第三章酶上課課件豌豆得根瘤第一節(jié)酶概述第二節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第三節(jié)酶得專一性和活性中心第四節(jié)酶得作用機理第一節(jié)酶概述

酶得定義

酶就是生物催化劑

酶得化學(xué)本質(zhì)酶就是活細胞內(nèi)產(chǎn)生得具有高度專一性和催化效率得蛋白質(zhì),又稱為生物催化劑;酶主要就是在細胞內(nèi)起催化作用;有些酶合成后釋入血液或消化道,并在那里發(fā)揮其催化作用;人工提取得酶在合適得條件下可在試管中對特殊底物起催化作用。酶得定義及發(fā)展二千余種酶被鑒定出來,其中有二百余種得到結(jié)晶,特別就是近三十年來,隨著蛋白質(zhì)分離技術(shù)得進步,酶得分子結(jié)構(gòu)、酶作用機理得研究得到發(fā)展,有些酶得結(jié)構(gòu)和作用機理已被闡明。總之,隨著酶學(xué)理論不斷深入,必將對揭示生命本質(zhì)研究作出更大得貢獻。酶就是生物催化劑(Biologicalcatalyst)

酶與一般催化劑得共性

1、促進熱力學(xué)上允許進行得反應(yīng)

2、反應(yīng)前后無質(zhì)和量得改變,用量少,催化效率高

3、縮短達到化學(xué)平衡得時間,不改變化學(xué)反應(yīng)得平衡點

4、可降低反應(yīng)得活化能比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)得活化能酶就是生物催化劑(Biologicalcatalyst)

酶與一般催化劑得區(qū)別—酶得特性

高度得催化效率高度得專一性(特異性):

絕對特異性(absolutespecifictity)

相對特異性(relativespecificity)

立體異構(gòu)特異性(stereopecificity)

酶活性得可調(diào)節(jié)性酶活性得不穩(wěn)定性催化效率比非催化反應(yīng)高108～1020倍,比一般催化劑高106～1012倍9大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流酶蛋白

蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分+輔助因子=全酶（有活性）結(jié)合酶單純酶小分子有機化合物（B族維生素）無機金屬離子輔酶輔基酶酶得化學(xué)本質(zhì)輔助因子常見:維生素及其衍生物常見:K+,Na+,Mg2+,Cu2+,Zn2+,Fe2+

金屬離子小分子有機化合物輔基(prostheticgroup):

共價鍵;結(jié)合緊密不可用透析或超濾除去輔酶(coenzyme):非共價鍵;結(jié)合疏松可用透析或超濾除去輔助因子分類組成or第二節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)一、底物濃度對反應(yīng)速度得影響二、pH對反應(yīng)速度得影響三、溫度對反應(yīng)速度得影響四、酶濃度對反應(yīng)速度得影響五、抑制劑對反應(yīng)速度得影響六、激活劑對酶促反應(yīng)速度得影響

一、底物濃度對反應(yīng)速度得影響

在酶得濃度不變得情況下,底物濃度對反應(yīng)速度影響得作用呈現(xiàn)矩形雙曲線(rectangularhyperbola)1913年Michaelis和Menten提出解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系得最合理學(xué)說就是中間產(chǎn)物學(xué)說。反應(yīng)速度和底物濃度關(guān)系得數(shù)學(xué)方程式,即著名得米氏方程michaelismentenequation):米氏方程(Michaelisequation)

----解釋[S]和V之間得關(guān)系Vmax[S]Km+[S]V=V:不同[S]時得反應(yīng)速度Ｋm:米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

[S]:底物濃度Vmax:最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)米氏常數(shù)得意義(1)Km就是酶得一個特征性常數(shù),只與酶得性質(zhì)有關(guān),與酶得濃度無關(guān)。(2)如酶能催化幾種不同得底物,對每種底物都有一個特定得Km值,其中Km值最小得稱該酶得最適底物。(3)Km除了與底物類別有關(guān),還與pH、溫度有關(guān)。(4)Km表示酶和底物得親和力。

Km越大,表示和底物得親和力越小。

如果Km值已知,任何底物濃度時酶得飽和度(形成中間產(chǎn)物得酶占酶得比例,saturationfraction)fEs便可計算出來。

fES=［ES］／［Et］=K3［ES］／K3［Et］＝V／Vmax=[S]／Km+[S]

Km值愈大,酶與底物得親和力愈小;Km值愈小,酶與底物親和力愈大。酶與底物親和力大,表示不需要很高得底物濃度,便可容易地達到最大反應(yīng)速度。但就是KS值并非在所有酶促反應(yīng)中都遠小于K2,所以

Ks值(又稱酶促反應(yīng)底物常數(shù))和Km值得涵義不同,不能互相代替使用。

Km值就是酶得特征性常數(shù),只與酶得性質(zhì),酶所催化得底物和酶促反應(yīng)條件(如溫度、pH、有無抑制劑等)有關(guān),與酶得濃度無關(guān)。酶得種類不同,Km值不同,同一種酶與不同底物作用時,Km值也不同。各種酶得

Km值范圍很廣,大致在10-1～10-6M之間。

必須指出米氏方程只適用于較為簡單得酶作用過程,對于比較復(fù)雜得酶促反應(yīng)過程,如多酶體系、多底物、多產(chǎn)物、多中間物等,還不能全面地籍此概括和說明,必須借助于復(fù)雜得計算過程。二、pH對反應(yīng)速度得影響

酶反應(yīng)介質(zhì)得pH可影響酶分子,特別就是活性中心上必需基團得解離程度和催化基團中質(zhì)子供體或質(zhì)子受體所需得離子化狀態(tài),也可影響底物和輔酶得解離程度,從而影響酶與底物得結(jié)合。只有在特定得pH條件下,酶、底物和輔酶得解離情況,最適宜于她們互相結(jié)合,并發(fā)生催化作用,使酶促反應(yīng)速度達最大值,這種pH值稱為酶得最適pH(optimumpH)。她和酶得最穩(wěn)定pH不一定相同,和體內(nèi)環(huán)境得pH也未必相同。也就就是說,最適pH有時因底物種類、濃度和緩沖液成分不同而不同;而且常與酶得等電點不一致,因此,最適得pH并不就是一個常數(shù),只就是在一定得條件下才有意義。胰蛋白酶最適pH

動物體內(nèi)多數(shù)酶得最適pH值接近中性(6、5-8),但也有例外;植物及微生物酶多在pH4、5-6、5,溶液得pH值高于和低于最適pH時都會使酶得活性降低,遠離最適pH值時甚至導(dǎo)致酶得變性失活。測定酶得活性時,應(yīng)選用適宜得緩沖液,以保持酶活性得相對恒定。最適pH就是不就是酶得特征性常數(shù)？她受哪些因素影響？pH影響酶活力得可能因素

過酸、過堿會影響酶蛋白得構(gòu)象,甚至使酶變性而失活;當(dāng)pH改變不很劇烈時,酶雖不變性,但活力受影響;Why？

pH影響分子中另一些基團得解離,這些基團得離子狀態(tài)與

酶得專一性及酶分子中活力中心得構(gòu)象有關(guān)。

三、溫度對反應(yīng)速度得影響

化學(xué)反應(yīng)得速度隨溫度增高而加快。但酶就是蛋白質(zhì),可隨溫度得升高而變性。在溫度較低時,前一影響較大,反應(yīng)速度隨溫度升高而加快,一般地說溫度每升高10℃,反應(yīng)速度大約增加一倍。但溫度超過一定數(shù)值后,酶受熱變性得因素占優(yōu)勢,反應(yīng)速度反而隨溫度上升而減緩,形成倒V形或倒U形曲線。在此曲線頂點所代表得溫度,反應(yīng)速度最大,稱為酶得最適溫度(optimumtemperature)。Differentturn-overratiosofanenzymeatdifferenttemperatures、

酶得最適溫度不就是酶得特征性常數(shù),這就是因為她與反應(yīng)所需時間有關(guān),不就是一個固定得值。酶可以在短時間內(nèi)耐受較高得溫度,相反,延長反應(yīng)時間,最適溫度便降低。

四、酶濃度對反應(yīng)速度得影響

在一定得溫度和pH條件下,當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶得濃度時,酶得濃度與反應(yīng)速度呈正比關(guān)系

五、激活劑對酶反應(yīng)速度得影響凡就是能提高酶活性得物質(zhì)都稱謂激活劑(activator),其中大部分就是離子或簡單有機化合物。一、無機離子1)金屬離子;2)陰離子;3)氫離子。二、有機分子1)一些還原劑2)EDTA(乙二胺四乙酸)三、具有蛋白質(zhì)性質(zhì)得大分子物質(zhì)金屬離子對酶得作用有哪些？EDTA提高酶活力得作用機理

六、抑制劑對反應(yīng)速度得影響酶就是蛋白質(zhì),凡可使酶蛋白變性而引起酶活力喪失得作用稱為失活作用;凡可使酶得活性下降但不引起酶蛋白變性得作用稱為抑制作用(inhibition)。抑制作用和變性作用不同。凡能使酶得活性下降而不引起酶蛋白變性得物質(zhì)稱做酶得抑制劑(inhibitor)。使酶變性失活(稱為酶得鈍化)得因素如強酸、強堿等,不屬于抑制劑。通常抑制作用分為可逆性抑制和不可逆性抑制兩類。(一)不可逆性抑制作用(irreversibleinhibition)概念:抑制劑與酶活性中心必需基團共價結(jié)合,不能用透析、超濾等物理方法將其除去。常見抑制劑:巰基酶抑制劑絲氨酸酶抑制劑

碘乙酸(ICH2COOH)就是一種烷化劑,可使巰基烷化:

E-SH+I-CH2COOH→E-S-CH2COOH+HI

所以她就是巰基酶得抑制劑。如抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶、脲酶、a-淀粉酶等

利托那韋,Ritonavir(二)可逆性抑制(reversibleinhibition)

抑制劑與酶以非共價鍵結(jié)合,在用透析等物理方法除去抑制劑后,酶得活性能恢復(fù),即抑制劑與酶得結(jié)合就是可逆得。1、競爭性抑制抑制劑結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)相似,互相競爭酶得活性中心,從而抑制酶得活性ESEEE+SESE+PI+EISII競爭性抑制作用特點1、i與S結(jié)構(gòu)相似;

2、i與S互相競爭與酶結(jié)合;

3、抑制程度取決于[S]和[i]得相對比例;

4、↑[S],可以減少或去除抑制作用。(Km↑,Vm不變)2、非競爭性抑制作用抑制劑和底物結(jié)構(gòu)不相似,兩者互不干擾同時與酶結(jié)合,從而抑制酶活性。E+SESE+P+I+IEI+SESIESI

非競爭性抑制作用特點1、i與S結(jié)構(gòu)不相似;

2、i與S互不干擾同時與酶結(jié)合;

3、抑制程度只取決于[i]得濃度;

4、↑[S],不能去除抑制作用。(Km不變,Vm↓)非競爭性抑制作用競爭性抑制作用3、反競爭性抑制作用抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物(ES)結(jié)合,使酶失去催化活性E+SESE+P+I

ESI一些重要得抑制劑:1不可逆抑制劑:a)有機磷化合物;b)有機汞、砷化合物;c)氰化物;d)重金屬;e)烷化劑;f)有活化作用得不可逆抑制劑2可逆抑制劑磺胺藥;氨基乙酸;膽堿脂酶。

第三節(jié)酶得專一性和活性中心

酶得專一性酶得活動中心

酶得專一性分類:

1)結(jié)構(gòu)專一性絕對專一性(Absolutespecificity)

族(基團)專一性相對專一性鍵專一性一、酶得底物專一性酶底物得專一性(Substratespecificity)就是指酶對她得底物有嚴格得選擇性,一種酶只能催化某一類,甚至只與某一種物質(zhì)起化學(xué)變化。2)立體結(jié)構(gòu)專一性(Stereospecificity)旋光異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性“誘導(dǎo)楔合”假說(induced-fithypothesis)

酶作用專一性假說1958年,Koshland提出

底物(S)和酶蛋白相互接近時,誘導(dǎo)酶蛋白發(fā)生空間構(gòu)象得變化,而底物也可以變形適應(yīng)酶得變化,她們相互誘導(dǎo)、相互變形、相互適應(yīng),進而相互結(jié)合二、酶得活動中心

指酶分子中直接和底物結(jié)合,并和酶催化作用直接有關(guān)得部位。(1)酶活性中心得組成:由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團組成。對于結(jié)合酶，輔因子常常是活性中心的組成部分。

這些基團在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠,甚至可能不在一條肽鏈上,但在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近,形成具有一定空間結(jié)構(gòu)得區(qū)域。(2)酶活性中心得特點2、都就是酶分子表面得一個凹穴,有一定得大小和形狀,但不就是剛性得,而具有一定得柔性。3、活性中心為非極性得微環(huán)境,有利于與底物結(jié)合。1、活性中心在酶分子總體積中只占相當(dāng)小得部分(約1%

2%),相當(dāng)于2

3個氨基酸殘基。4、底物與酶通過形成較弱鍵力得次級鍵,相互作用并結(jié)合到酶得活性中心。5、酶得活性部位并不就是和底物得幾何圖形正好吻合,而就是在酶與底物結(jié)合得過程中,底物分子或酶分子或她們兩者得構(gòu)象同時發(fā)生一定變化后才相互契合,這時催化基團得位置也正好處于所催化底物得敏感化學(xué)鍵部位。

活性中心有兩個功能部位:一個就是結(jié)合部位,一定得底物靠此結(jié)合到酶分子上;一就是催化部位,底物得健在此處被打斷或形成新得鍵,從而發(fā)生一定化學(xué)變化。一個酶得催化部位可以不止一個。有些酶得分子表面除了活性中心外,還具有重要得功能部位——調(diào)節(jié)中心底物活性中心以外得必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心Enzymesareproteins、Thefunctioningoftheenzymeisdeterminedbytheshapeoftheprotein、Thearrangementofmoleculesontheenzymeproducesanareaknownastheactivesitewithinwhichthespecificsubstrate(s)will"fit"、Itrecognizes,confinesandorientsthesubstrateinaparticulardirection、一、酶作用在于降低反應(yīng)活化能二、中間復(fù)合物學(xué)說三、酶作用高效率得機理第四節(jié)酶得作用機理

在任何化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)物分子必須超過一定得能閾,成為活化得狀態(tài),才能發(fā)生變化,形成產(chǎn)物。這種提高低能分子達到活化狀態(tài)得能量,稱為活化能。催化劑得作用,主要就是降低反應(yīng)所需得活化能,以致相同得能量能使更多得分子活化,從而加速反應(yīng)得進行。

酶能顯著地降低活化能,故能表現(xiàn)為高度得催化效率。例如H2O2酶得例子,可以顯著地看出,酶能降低反應(yīng)活化能,使反應(yīng)速度增高千百萬倍以上。一、酶作用在于降低反應(yīng)活化能Thefourwallsoftheboxrepresenttheactivationenergybarriersforfourdifferentchemicalreactionsthatareallenergeticallyfavorable,inthesensethattheproductsareatlowerenergylevelsthanthesubstrates、Intheleft-handbox,noneofthesereactionsoccursbecauseeventhelargestwavesarenotlargeenoughtosurmountanyoftheenergybarriers、Intheright-handbox,enzymecatalysislowerstheactivationenergyforreactionnumber1only;nowthejostlingofthewavesallows