生物化學(xué)生物化學(xué)生物化學(xué)-酶省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第三章酶Enzyme第1頁酶概念當(dāng)前將生物催化劑（biocatalyst）分為兩類：*

酶（Enzyme）：

*

核酶（

Ribozyme

）：RNA或DNA第2頁本章主要內(nèi)容：

第一節(jié)、酶通論第二節(jié)、酶促反應(yīng)動力學(xué)第三節(jié)、酶促反應(yīng)機理第四節(jié)、酶調(diào)整第五節(jié)、維生素與輔酶第3頁GeneralDisscusionofEnzyme第一節(jié)、酶通論第4頁一、酶研究歷史

*公元前兩千多年，我國已經(jīng)有釀酒記載。*1857年P(guān)asteur提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動結(jié)果。*1897年Buchner弟兄證實不含細(xì)胞酵母汁也能進行乙醇發(fā)酵。第5頁*1926年

Sumner首次從刀豆中提出脲酶結(jié)晶。

J.B.SumnerJ.H.Northrop證實了酶是蛋白質(zhì)*1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶。第6頁*一些RNA有催化活性（

ribozyme，核酶）

ThomasCechUniversityofColoradoatBoulder,USASidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA2人共同獲1989年諾貝爾化學(xué)獎。第7頁酶及生物催化劑概念發(fā)展克隆酶、遺傳修飾酶蛋白質(zhì)工程新酶生物催化劑（Biocatalyst）蛋白質(zhì)類：

Enzyme(天然酶、生物工程酶)核酸類：Ribozyme;Deoxyribozyme模擬生物催化劑：抗體酶：（abzyme）第8頁二、酶催化作用特點(一)、酶與普通催化劑共性1、只能催化熱力學(xué)上允許反應(yīng)，降低反應(yīng)活化能2、不改改變學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)3、反應(yīng)前后酶沒有質(zhì)和量改變第9頁1、高效性（二）、酶作為生物催化劑特點

*酶催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比普通催化劑高107～1013倍。*酶加速反應(yīng)機理是降低反應(yīng)活化能。第10頁反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能酶促反應(yīng)活化能

普通催化劑催化反應(yīng)活化能能量反應(yīng)過程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能改變活化能(activationenergy)：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需能量。第11頁

絕對專一性(absolutespecificity)：相對專一性(relativespecificity)：立體異構(gòu)專一性(stereo

specificity)：2、專一性(specificity)第12頁絕對專一性

酶只作用于特定結(jié)構(gòu)底物，進行一個專一反應(yīng)，生成一個特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)物

。如：第13頁乳酸脫氫酶（Lactate

dehydrogenase）立體異構(gòu)專一性第14頁3、反應(yīng)條件溫和4、酶催化活性可調(diào)整控制*對酶生成與降解量調(diào)整*對酶活性調(diào)整*酶促反應(yīng)普通在常溫、常壓、中性pH條件下進行。*強酸、強堿、高溫條件下條件，將引發(fā)酶失活。第15頁三、酶分子組成

酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)全酶(holoenzyme)決定反應(yīng)特異性決定反應(yīng)種類與性質(zhì)*單純酶

(simpleenzyme)*結(jié)合酶(conjugatedenzyme)第16頁輔助因子(cofactor)金屬離子小分子有機化合物第17頁輔助因子按其與酶蛋白結(jié)合緊密程度分為

輔酶(coenzyme):結(jié)合疏松，可用透析或超濾方法除去。

輔基(prostheticgroup):

與酶蛋結(jié)合緊密，不能用透析或超濾方法除去。酶蛋白和輔助因子單獨存在均無催化活性，只有結(jié)合為全酶才有催化活性。第18頁1、氧化還原酶類(oxidoreductases)2、轉(zhuǎn)移酶類(transferases)3、水解酶類(hydrolases)4、裂解酶類(lyases)5、異構(gòu)酶類(isomerases)6、合成酶類(ligases,synthetases)四、酶分類第19頁五、酶活性和活性單位1、酶活力:又稱為酶活性，指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)能力。2、酶活力單位U（Unit）：又稱酶單位，在要求條件（最適條件）下，一定時間內(nèi)催化完成一定化學(xué)反應(yīng)量所需酶量。第20頁3、酶活力表示方法

（1）國際單位IU：1961年，在最適條件下每分鐘轉(zhuǎn)化1μmol底物所需要酶量為一個酶活力單位。

即1IU=1μmol/min（2）國際單位Kat：1972年，指在最適條件下1秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1mol底物所需酶量。即1Kat=1mol/s

Kat和IU換算關(guān)系：1Kat=6×107

IU，

1

IU=16.67nKat

第21頁(3)比活力（specificactivity）

酶比活力（比活性）：每單位（普通是mg）蛋白質(zhì)中酶活力單位數(shù)（酶單位/mg蛋白）。對同一個酶來講，比活力愈高則表示酶純度越高（含雜質(zhì)越少）。比活力是評價酶純度高低一個指標(biāo)。第22頁現(xiàn)有1g淀粉酶制劑，用水稀釋1000mL,從中吸收0.5mL測定該酶活力，得知5分鐘分解0.25g淀粉。計算每克酶制劑所含淀粉酶活力單位數(shù)。（淀粉酶活力單位要求為：在最適條件下，每小時分解1g淀粉酶量為1個火力單位。）問題？第23頁第二節(jié)、酶促反應(yīng)動力學(xué)TheKineticsofEnzyme-CatalyzedReaction第24頁*概念研究各種原因?qū)γ复俜磻?yīng)速度影響，并加以定量闡述。*影響原因包含有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。第25頁一、底物濃度對反應(yīng)速度影響*單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)*酶促反應(yīng)速度普通在要求反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)產(chǎn)物生成量來表示*反應(yīng)速度取其初速度，即底物消耗量很?。ㄆ胀ㄔ?﹪以內(nèi)）時反應(yīng)速度*底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度研究前提第26頁1、當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。[S]VVmax[S]VVmax2、伴隨底物濃度增高，反應(yīng)速度不再成正百分比加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。[S]VVmax3、當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度，反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)第27頁

1913年，德國化學(xué)家Michaelis和Menten依據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，推導(dǎo)出了著名公式米氏方程。（一）、米氏方程第28頁（二）、米氏方程式推導(dǎo)

酶促反應(yīng)模式——中間產(chǎn)物學(xué)說E+Sk1k2k3ESE+P第29頁Km＝[S]∴Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度二分之一時底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（三）、Km推導(dǎo)當(dāng)反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度二分之一時第30頁

1、Km是酶特征性常數(shù)之一，與酶濃度無關(guān)；

2、Km可近似表示酶對底物親和力；

3、同一個酶對于不一樣底物有不一樣Km值。

（四）、Km意義

Km值意義：第31頁雙倒數(shù)作圖法，又稱為林-貝氏(Lineweaver-Burk)作圖法Vmax[S]Km+[S]V=（林－貝氏方程）+1/V=KmVmax1/Vmax1/[S]-1/Km

1/Vmax

1/[S]1/V（五）、Km和Vmax測定兩邊同時取倒數(shù)第32頁

*當(dāng)[S]＞＞[E]，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。0V[E]*關(guān)系式為：V=K3[E]二、酶濃度對反應(yīng)速度影響第33頁酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC三、溫度對反應(yīng)速度影響最適溫度(optimumtemperature)：第34頁最適pH(optimumpH)：0酶活性pH胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810四、pH對反應(yīng)速度影響第35頁酶抑制劑(inhibitor)：

區(qū)分于酶變性

抑制劑對酶有一定選擇性，而變性原因?qū)γ笡]有選擇性五、

抑制劑對反應(yīng)速度影響第36頁抑制作用類型不可逆性抑制(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)第37頁(一)、不可逆性抑制作用*概念：

以共價鍵與酶活性中心必需基團相結(jié)合，使酶失活，不能用透析、超濾等方法給予除去。

*舉例：有機磷化合物

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)第38頁

有機磷化合物對羥基酶抑制第39頁（二）、可逆性抑制作用*概念：以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶活性降低或喪失；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：第40頁1、競爭性抑制作用第41頁特點：*抑制程度取決于抑制劑與酶相對親和力及［S］；*I與S結(jié)構(gòu)類似，競爭酶活性中心；*動力學(xué)特點：Vmax不變，表觀Km↑。第42頁舉例

1、丙二酸對琥珀酸脫氫酶抑制琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸第43頁2、磺胺藥對細(xì)菌FH2合成酶抑制第44頁2、非競爭性抑制

第45頁

特點：*抑制劑與酶活性中心外必需基團結(jié)合；*抑制程度取決于［I］；*動力學(xué)特點：Vmax↓，表觀Km不變。第46頁3、反競爭性抑制第47頁特點：*抑制劑只與ES結(jié)合；*抑制程度取決與［I］及［S］；*動力學(xué)特點：Vmax↓，表觀Km↓。第48頁各種可逆性抑制作用比較

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)合組分EE、ESES表觀Km增大不變減小Vmax不變降低降低第49頁六、激活劑對反應(yīng)速度影響激活劑(activator)

如：Cl-是唾液淀粉酶激活劑。凡能提升酶活力物質(zhì)都是酶激活劑。1、無機離子：Na+、K+、Mg2+、Ca2+2、有機分子：EDTA、谷胱甘肽第50頁第三節(jié)、酶促反應(yīng)機理

TheMechanismofEnzyme-CatalyzedReaction第51頁結(jié)合部位：決定酶專一性。催化部位：決定酶催化效率和催化反應(yīng)性質(zhì)。酶活性中心(activecenter)一、酶活性中心

第52頁底物活性中心以外必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心第53頁底物與酶結(jié)合第54頁酶活性中心特點*酶活性中心只有幾個氨基酸組成，多為極性氨基酸。*酶活性中心是一個三維實體結(jié)構(gòu)，*酶活性中心與底物結(jié)合經(jīng)過次級鍵。*酶活性中心含有柔性，可與底物誘導(dǎo)契合發(fā)生相互作用。*酶活性中心位于酶分子表面”空穴“中，為非極性環(huán)境。第55頁酶必需基團非必需基團活性中心活性中心外基團結(jié)合基團催化基團第56頁二、酶作用專一性機制1、鎖鑰學(xué)說(lockandkeyhypothesis)

2、誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fithypothesis)第57頁1.鎖鑰學(xué)說第58頁鎖鑰學(xué)說：認(rèn)為整個酶分子天然構(gòu)象是含有剛性結(jié)構(gòu)，酶：鑰匙，底物：鎖。一一對映。第59頁

2.誘導(dǎo)契合學(xué)說第60頁誘導(dǎo)契合學(xué)說:該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一個與底物互補固定形狀，而只是因為底物誘導(dǎo)才形成了互補形狀。第61頁三、酶作用高效性機制*鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

*“張力”與“形變”

*酸－堿催化

*共價催化

*酶活性中心疏水環(huán)境效應(yīng)

第62頁鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)第63頁鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)第64頁第四節(jié)、酶調(diào)節(jié)

TheRegulationofEnzyme第65頁酶活性調(diào)整（快速調(diào)整）酶含量調(diào)整（遲緩調(diào)整）調(diào)整方式調(diào)整對象:

關(guān)鍵酶第66頁一、酶活性調(diào)整（一）酶原與酶原激活

酶原(zymogen)：

有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶無活性前體，以前體物質(zhì)稱為酶原。酶原激活：從無活性酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚悦高^程。第67頁酶原激活機理：酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶活性中心

一個或幾個特定肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下第68頁甘異賴?yán)i天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS活性中心腸激酶/胰蛋白酶胰蛋白酶原激活過程第69頁酶原激活生理意義防止細(xì)胞產(chǎn)生酶對細(xì)胞進行本身消化，并使酶在特定部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，確保體內(nèi)代謝正常進行。有酶原能夠視為酶儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性酶，發(fā)揮其催化作用。第70頁（二）、變構(gòu)調(diào)整*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)整(allostericregulation)

*變構(gòu)酶(allostericenzyme)第71頁變構(gòu)調(diào)整舉例

第72頁（三）、酶共價修飾調(diào)整共價修飾(covalentmodification)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互變第73頁

酶磷酸化與脫磷酸化酶蛋白SerThrTyrOH酶蛋白SerThrTyrOPATPADPPiH2O蛋白激酶蛋白磷酸酶第74頁

同工酶：是指催化相同化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不一樣一組酶。（四）、同工酶（Isoenzyme）活性中心相同或相同：催化同一化學(xué)反應(yīng)。分子結(jié)構(gòu)不一樣：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不一樣。第75頁乳酸脫氫酶（LDH)：由H和M兩種亞基組成

MMMMMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型在骨骼肌中占優(yōu)勢，富含堿性氨基酸在心肌中占優(yōu)勢，富含酸性氨基酸第76頁不一樣組織中LDH同工酶電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+點樣槽位置第77頁乳酸丙酮酸

LDH5骨骼肌:乳酸丙酮酸心肌:LDH1

丙酮酸

乳酸乳酸脫氫酶第78頁同工酶存在意義

同工酶可能是機體對環(huán)境改變或代謝改變一個調(diào)整方式，當(dāng)一個同工酶受到抑制或破壞時，其它同工酶仍起作用，從而確保代謝正常進行。第79頁第五節(jié)、維生素與輔酶

VitamineandCoenzyme第80頁

維生素（vitamine）是參加生物生長發(fā)育和代謝所必需一類微量有機物質(zhì)。絕大多數(shù)維生素作為酶輔酶或輔基組成成份，在物質(zhì)代謝中起主要作用。

Vitamine，意為“Vital

amine”，漢字意思就是“致命胺”，說明它主要性。

第81頁一、維生素發(fā)覺和分類

*1519年，葡萄牙航海家麥哲倫率領(lǐng)遠(yuǎn)洋船隊從南美洲東岸向太平洋進發(fā)，船員生病。*1734年，生病船員用野草充饑，不治而愈了。*1747年，英國海軍在遠(yuǎn)航時多吃些檸檬，從此未發(fā)生過壞血病。*1890年，荷蘭軍醫(yī)艾克曼試驗雞群中暴發(fā)神經(jīng)性皮炎。*1907年，將丟棄米糠放回飼料中即可治愈雞群。第82頁主要脂溶性維生素輔酶形式及主要功效

維生素輔酶功效1.維生素A1１－順視黃醛視循環(huán)2.維生素D１，２－二羥膽鈣甾醇調(diào)整鈣、磷代謝3.維生素E

保護膜脂質(zhì)，抗氧化劑4.維生素K