生物化學(xué)教案

Enzyme第三章

酶酶的普通概念酶的組成與輔酶酶構(gòu)造與功能的關(guān)系酶催化機(jī)理酶促反響動(dòng)力學(xué)酶活性調(diào)理本章主要內(nèi)容第一節(jié)酶的普通概念

酶的概念酶的分類和命名酶催化活性表示法酶的特征一、酶的概念什么是酶〔enzyme〕？酶是生物催化劑。絕大部分酶是蛋白質(zhì)，還有一些核糖核酸RNA具有催化作用，稱為核酶〔ribozyme〕。酶和普通催化劑的共性1)用量少而催化效率高，只參與化學(xué)反響速度，不參與化學(xué)反響2)它可以改動(dòng)化學(xué)反響的速度，但是不能改動(dòng)化學(xué)平衡常數(shù)3)酶只可以本身可以發(fā)生的反響進(jìn)展，反之那么不行二、酶的特點(diǎn)〔一〕高效性酶的催化作用可使反響速度比非催化反響提高108-1020倍。比其他催化反響高106-1013倍例如：過氧化氫分解2H2O2→2H2O+O2Fe3+催化，效率為6*10-4mol/mol.S，過氧化氫酶催化，效率為6*106mol/mol.S〔二〕專注性〔enzymespecificity〕酶對(duì)于其所催化的底物和反響類型有嚴(yán)厲的選擇性?？煞譃槿N類型：1、絕對(duì)專注性：指酶只催化一種底物轉(zhuǎn)變成特定的產(chǎn)物。如脲酶催化尿素的水解反響。2、相對(duì)專注性:指酶對(duì)于一類化合物或化學(xué)鍵的催化作用。〔1〕鍵專注性：只對(duì)底物分子中某種化學(xué)鍵有選擇性的催化作用對(duì)該鍵兩端的基團(tuán)無嚴(yán)厲要求?！?〕基團(tuán)專注性：如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對(duì)于糖苷的另一端沒有嚴(yán)厲要求。3、立體專注性:指酶只催化立體異構(gòu)體中的一種。如延胡索酸酶只能使延胡索酸〔反丁烯二酸〕加水生成蘋果酸，而對(duì)順丁烯二酸無作用?！踩骋鬃冃悦复呋错懫胀ㄔ诔?、常壓、中性等溫暖的反響條件下進(jìn)展高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。這是酶的化學(xué)本質(zhì)〔蛋白質(zhì)〕所決議的〔四〕可調(diào)理性如變構(gòu)調(diào)理共價(jià)修飾調(diào)理反響調(diào)理酶原激活多酶復(fù)合體同工酶激素控制等體內(nèi)酶活性是受調(diào)控的三、酶的分類與命名一〕酶的命名1習(xí)慣命名——根據(jù)所催化的底物〔substrate〕、反響的性質(zhì)、酶的來源等命名。例如淀粉酶，胃蛋白酶、堿性磷酸酶。2系統(tǒng)命名——根據(jù)底物與反響性質(zhì)命名。反響：葡萄糖+ATP葡萄糖-6-磷酸+ADP命名：葡萄糖：ATP磷?；D(zhuǎn)移酶〔習(xí)慣稱號(hào)，葡萄糖激酶〕二〕酶的分類1氧化復(fù)原酶AH2+BA+BH22轉(zhuǎn)移酶AB+CA+BC3水解酶AB+H2OAH+BOH4裂解酶AB+C5異構(gòu)酶AB6合成酶A+BAB，需求ATP1961年酶學(xué)委員會(huì)〔EnzymeCommission，EC〕規(guī)定酶的表示法：EC.X.X.X.X例如：乳酸脫氫酶EC.1.1.1.27氧化復(fù)原酶類-CH2OH亞類NAD〔P〕亞亞類排序酶學(xué)委員會(huì)四、酶催化活性的表示方法酶活性〔enzymeactivity〕:酶催化反響的才干。用酶催化反響的的初速度來衡量，用國際單位表示。酶的比活力：即酶含量的多少，定位每mg酶蛋白所具有的酶活力單位，普通用U/mg蛋白表示。酶的轉(zhuǎn)換數(shù)：Kcat指每秒鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的mmol數(shù)，代表酶的催化效率。酶的活力單位〔U〕：酶活力的度量單位。1961年國際酶學(xué)委員會(huì)規(guī)定：1個(gè)酶活力單位是指特定條件下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1umol底物的酶量。酶比活性〔enzymespecificactivity〕:每毫克酶制劑所含的酶的國際單位數(shù)。用于比較每單位分量酶蛋白的催化才干。比活性愈高闡明酶愈純第二節(jié)酶的組成和輔酶一、簡單酶〔simpleenzyme〕單純由氨基酸組成。如脲酶、胃蛋白酶、淀粉酶等二、結(jié)合酶〔conjugatedenzyme〕結(jié)合酶〔全酶〕=蛋白質(zhì)部分〔酶蛋白〕+非蛋白質(zhì)部分〔輔因子〕酶的輔助因子:本身無催化作用，在酶促反響中起運(yùn)輸電子、原子或某些功能基團(tuán)的作用，包括金屬離子和輔酶〔基〕1、金屬離子：有助于穩(wěn)定酶蛋白的空間構(gòu)造；是酶與底物結(jié)合的橋梁；作為酶的輔助因子，在酶促反響中傳送電子，原子或功能團(tuán)的載體，參與反響。2、輔酶和輔基是酶的輔因子。大多數(shù)是耐熱的有機(jī)小分子，其化學(xué)組成與維生素和核苷酸有關(guān)。決議酶所催化的反響性質(zhì)輔酶〔coenzyme〕與酶蛋白部分結(jié)合較松，用透析法易于分別。如輔酶I(NAD)和輔酶II(NADP)是許多脫氫酶的輔酶，由煙酰胺和腺嘌呤核苷酸結(jié)合而成。輔基〔prostheticgroup〕:酶的輔因子或結(jié)合蛋白的非蛋白部分。與酶或蛋白質(zhì)結(jié)合非常嚴(yán)密，用透析法不易除去。如細(xì)胞色素氧化酶的輔基鐵卟啉。全酶中三、維生素與輔酶維生素〔Vitamin〕是機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必需，人和動(dòng)物不能合成或合成量極少，必需由食物供應(yīng)的一類小分子有機(jī)物質(zhì)。脂溶性維生素：A視黃醇〔維生素A原——胡蘿卜素〕D鈣化醇E生育酚K凝血維生素水溶性維生素：B族維生素和維生素C水溶性維生素及輔酶

水溶性維生素及其輔酶〔基〕的作用第三節(jié)

酶的分子構(gòu)造與功能

TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme

酶的不同方式單體酶(monomericenzyme)寡聚酶(oligomericenzyme)多酶體系(multienzymesystem)多功能酶(multifunctionalenzyme)或串聯(lián)酶(tandemenzyme)一、酶的分子組成結(jié)合酶(conjugatedenzyme)單純酶(simpleenzyme)酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)全酶(holoenzyme)決議反響的特異性決議反響的種類與性質(zhì)金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結(jié)合嚴(yán)密，提取過程中不易喪失。金屬激活酶(metal-activatedenzyme)金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結(jié)合不甚嚴(yán)密。輔助因子(cofactor)金屬離子小分子有機(jī)化合物金屬離子的作用參與催化反響，傳送電子；在酶與底物間起橋梁作用；穩(wěn)定酶的構(gòu)象；中和陰離子，降低反響中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物的作用參與酶的催化過程，在反響中傳送電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。輔助因子按其與酶蛋白結(jié)合的嚴(yán)密程度分為輔酶(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。輔基(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合嚴(yán)密，不能用透析或超濾的方法除去。二、酶的活性中心必需基團(tuán)(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團(tuán)中，一些與酶活性親密相關(guān)的基團(tuán)。酶的活性中心(activecenter)或稱活性部位(activesite)，指必需基團(tuán)在空間構(gòu)造上彼此接近，組成具有特定空間構(gòu)造的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。溶菌酶的活性中心活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F(tuán)構(gòu)成酶活性中心的常見基團(tuán)：His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、Glu的γ-COOH。底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心63第四節(jié)

酶促反響的機(jī)理

TheCharacteristicandMechanismofEnzyme-CatalyzedReaction反響總能量改動(dòng)非催化反響活化能酶促反響活化能普通催化劑催化反響的活化能能量反應(yīng)過程底物產(chǎn)物酶促反響活化能的改動(dòng)活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。一、酶促反響的機(jī)理〔一〕酶-底物復(fù)合物的構(gòu)成與誘導(dǎo)契合假說*誘導(dǎo)契合假說(induced-fithypothesis)酶底物復(fù)合物E+SE+PES酶與底物相互接近時(shí)，其構(gòu)造相互誘導(dǎo)、相互變形和相互順應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。鎖－鑰學(xué)說誘導(dǎo)契合假說〔二〕酶促反響的機(jī)制1.臨近效應(yīng)與定向陳列2.多元催化3.外表效應(yīng)(surfaceeffect)第五節(jié)酶促反響動(dòng)力學(xué)KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction酶促反響動(dòng)力學(xué)研討各種要素對(duì)酶促反響速度的影響。影響要素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。單底物、單產(chǎn)物反響酶促反響速度用單位時(shí)間內(nèi)底物的耗費(fèi)量和產(chǎn)物的生成量來表示反響速度取其初速度，即底物的耗費(fèi)量很小〔普通在5﹪以內(nèi)〕時(shí)的反響速度研討前提一、底物濃度對(duì)反響速度的影響矩形雙曲線〔一〕米－曼氏方程式中間產(chǎn)物學(xué)說E+Sk1k2k3ESE+P

※1913年Michaelis和Menten提出反響速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。ＶVmax[S]Km+[S]＝米－曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個(gè)假設(shè)：①反響剛剛開場，產(chǎn)物的生成量極少，逆反響可不予思索。②［S］超越［E］，［S］的變化可忽略不計(jì)。當(dāng)v=Vmax/2時(shí)Km＝[S]1.Km值等于酶促反響速度為最大反響速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2〔二〕Km與Vmax的意義

2.Km可近似表示酶對(duì)底物的親和力；3.Km是酶的特征性常數(shù)之一當(dāng)K2>>K3時(shí)，Km≈Ks4.Vmax定義：Vm是酶完全被底物飽和時(shí)的反響速度，與酶濃度成正比。意義：Vmax=K3[E]假設(shè)酶的總濃度知，可從Vmax計(jì)算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnovernumber)，即動(dòng)力學(xué)常數(shù)K3。定義—當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。意義—可用來比較每單位酶的催化才干。

酶的轉(zhuǎn)換數(shù)〔三〕Ｋm值與Ｖmax值的測定雙倒數(shù)作圖法(doublereciprocalplot)，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=〔林－貝氏方程〕兩邊同取倒數(shù)

雙倒數(shù)作圖法二、酶濃度對(duì)反響速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，反響速度與酶濃度成正比。0V[E]關(guān)系式為：V=K3[E]雙重影響三、溫度對(duì)反響速度的影響最適溫度(optimumtemperature)：酶促反響速度最快時(shí)的環(huán)境溫度。*低溫的運(yùn)用酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC四、pH對(duì)反響速度的影響最適pH(optimumpH)：酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。0酶活性pH胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810五、抑制劑對(duì)反響速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑。區(qū)別于酶的變性抑制劑對(duì)酶有一定選擇性，而變性的要素對(duì)酶沒有選擇性抑制造用的類型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)(一)不可逆性抑制造用*概念抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活，不能用透析、超濾等方法予以除去。

*舉例有機(jī)磷化合物羥基酶解毒------解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)

有機(jī)磷化合物對(duì)羥基酶的抑制路易士氣失活的酶巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物〔二〕可逆性抑制造用*概念抑制劑以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制*類型1.競爭性抑制造用定義抑制劑與底物的構(gòu)造類似，能與底物競爭酶的活性中心，從而妨礙酶底物復(fù)合物的構(gòu)成，使酶的活性降低。競爭性抑制*特點(diǎn)抑制程度取決于抑制劑與酶的相對(duì)親和力及［S］；I與S構(gòu)造類似，競爭酶的活性中心；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax不變，表觀Km↑。抑制劑↑無抑制劑1/v1/[S]*舉例1.丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸2.磺胺藥對(duì)細(xì)菌FH2合成酶的抑制3.抗代謝物的抗癌作用2.非競爭性抑制抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系。非競爭性抑制*特點(diǎn)抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合；抑制程度取決于［I］；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax↓，表觀Km不變。抑制劑↑1/v1/[S]無抑制劑2.反競爭性抑制抑制劑僅與酶和底物構(gòu)成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使ES的量下降。反競爭性抑制*特點(diǎn)抑制劑只與ES結(jié)合；抑制程度取決與［I］及［S］；動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：Vmax↓，表觀Km↓。抑制劑↑1/V1/[S]無抑制劑?各種可逆性抑制造用的比較

作用特征競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制與I結(jié)合的組分EE、ESES表觀Km增大不變減小Vmax不變降低降低六、激活劑對(duì)反響速度的影響激活劑(activator)使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚蕴砑拥奈镔|(zhì)。?必需激活劑(essentialactivator)?非必需激活劑(non-essentialactivator)七、酶活性測定和酶活性單位酶的活性酶的活性單位：在規(guī)定條件下，酶促反響在單位時(shí)間〔s、min或h〕內(nèi)生成一定量〔mg、g、mol等〕的產(chǎn)物或耗費(fèi)一定數(shù)量的底物所需的酶量。國際單位(IU)在特定的條件下，每分鐘催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位。催量單位(katal)１催量(kat)是指在特定條件下，每秒鐘使１mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。kat與IU的換算：1IU=16.67×10-9kat第六節(jié)

酶的調(diào)節(jié)

TheRegulationofEnzyme酶活性的調(diào)理〔快速調(diào)理〕酶含量的調(diào)理〔緩慢調(diào)理〕調(diào)理方式調(diào)理對(duì)象關(guān)鍵酶

普通位于代謝途徑的起始或分支處；催化單向不可逆反響；活性較低，活性最低者又稱為限速酶；是可調(diào)理酶。關(guān)鍵酶：一、酶活性的調(diào)理〔一〕酶原與酶原的激活酶原(zymogen)有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。酶原激活的機(jī)理酶原分子構(gòu)象發(fā)生改動(dòng)構(gòu)成或暴顯露酶的活性中心一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽在特定條件下胰蛋白酶原的激活過程酶原激活的生理意義防止細(xì)胞產(chǎn)生的酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)展本身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揚(yáng)作用，保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)展。有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存方式。在需求時(shí)，酶原適時(shí)地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揚(yáng)其催化作用?！捕匙儤?gòu)酶變構(gòu)效應(yīng)劑(allostericeffector)變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑變構(gòu)調(diào)理(allostericregulation)變構(gòu)酶(allostericenzyme)變構(gòu)部位(allostericsite)一些代謝物可與某些酶分子活性中心以外的部位可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改動(dòng)，從而改動(dòng)酶的催化活性，此種調(diào)理方式稱變構(gòu)調(diào)理。變構(gòu)酶的特點(diǎn)①

通常具有四級(jí)構(gòu)造，存在協(xié)同效應(yīng)；②含有催化亞基和調(diào)理亞基〔或催化部位和調(diào)理部位〕。③[S]-v關(guān)系曲線為S形。變構(gòu)激活變構(gòu)抑制變構(gòu)酶的S形曲線[S]V無變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)調(diào)理舉例

變構(gòu)調(diào)理〔三〕酶的共價(jià)修飾調(diào)理共價(jià)修飾(covalentmodification)在其他酶的催化下，酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改動(dòng)酶的活性，此過程稱為共價(jià)修飾。常見類型磷酸化與脫磷酸化〔最常見〕乙?；兔撘阴；谆兔摷谆佘栈兔撓佘栈璖H與－S－S互變酶的磷酸化與脫磷酸化酶蛋白SerThrTyrOH酶蛋白SerThrTyrOPATPADPPi