生物化學---酶課件

1、酶的概念酶的概念n 酶是一類由活細胞產生的，對其特異底物具酶是一類由活細胞產生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質。有高效催化作用的蛋白質。酶的不同形式酶的不同形式:一、一、 酶的分子組成酶的分子組成蛋白質部分：酶蛋白蛋白質部分：酶蛋白 ( (apoenzyme)輔助因子輔助因子(cofactor) 金屬離子金屬離子小分子有機化合物小分子有機化合物全酶全酶(holoenzyme)(simple enzyme)u各部分在催化反應中的作用各部分在催化反應中的作用 金屬酶金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。 金屬

2、激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme) 金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚緊密。金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚緊密。 金屬離子的作用金屬離子的作用穩(wěn)定酶的構象；穩(wěn)定酶的構象； 參與催化反應，傳遞電子；參與催化反應，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。小分子有機化合物的作用小分子有機化合物的作用在反應中起運載體的作用，傳遞電子、質子或其在反應中起運載體的作用，傳遞電子、質子或其它基團。它基團。u輔助因子分類輔助因子分類（按其（按其與酶蛋白結合的緊密程度與酶蛋

3、白結合的緊密程度） 輔酶輔酶 (coenzyme):與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法除與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法除去。去。 輔基輔基 (prosthetic group):與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基團必需基團(essential group)酶分子中氨基酸殘酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中，基側鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關一些與酶活性密切相關的化學基團。的化學基團。或稱活性部位或稱活性部位(active site)，指，指必需基團在空間結必需基團在空間結構上彼此靠

4、近，組成具有特定空間結構的區(qū)域，能與構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區(qū)域，能與底物特異結合并將底物轉化為產物。底物特異結合并將底物轉化為產物。u酶的活性中心酶的活性中心(active center)結合基團結合基團binding group催化基團催化基團(catalytic group)催化底物轉變成產物催化底物轉變成產物 位于活性中心以外，維持酶活性中心應有的空間構象位于活性中心以外，維持酶活性中心應有的空間構象所必需。所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F活性中心外的必需基團底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基團的必需基團結合基團結合基團催化基團催化基團 活性中心活性中心 溶菌酶的活性

5、溶菌酶的活性中心中心谷氨酸谷氨酸35和天冬和天冬氨酸氨酸52是催化基團；是催化基團；色氨酸色氨酸62和和83、天冬氨酸天冬氨酸101和色氨和色氨酸酸108是結合基團；是結合基團；AF為底物多糖為底物多糖鏈的糖基，位于鏈的糖基，位于酶的活性中心形酶的活性中心形成的裂隙中。成的裂隙中。第二節(jié)第二節(jié) 酶促反應的特點與機理酶促反應的特點與機理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 一、一、 酶促反應的特點酶促反應的特點 酶的催化效率通常比非催化反應高酶的催化效率通常比非催化反應高1081020倍，比一般催倍，比一般催化

6、劑高化劑高1071013倍。倍。 酶的催化不需要較高的反應溫度。酶的催化不需要較高的反應溫度。 酶和一般催化劑加速反應的機理都是降低反應的活化能酶和一般催化劑加速反應的機理都是降低反應的活化能(activation energy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能?；?。 反應總能量改變反應總能量改變 非催化反應活化能非催化反應活化能 酶促反應酶促反應 活化能活化能 一般催化劑催一般催化劑催化反應的活化能化反應的活化能 能能量量 反反 應應 過過 程程 底物底物 產物產物 酶促反應活化能的改變酶促反應活化能的改變 活化能：底物分子從初態(tài)轉變到活化態(tài)所需

7、的能量?；罨埽旱孜锓肿訌某鯌B(tài)轉變到活化態(tài)所需的能量。一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應并生成一定的產物。酶的這種特性稱為催化一定的化學反應并生成一定的產物。酶的這種特性稱為酶的特異性或專一性酶的特異性或專一性。u酶的特異性酶的特異性(specificity)（二）酶促反應具有高度的特異性（二）酶促反應具有高度的特異性u根據酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，根據酶對其底物結構選擇的嚴格程度不同，酶的特異性可大致分為以下酶的特異性可大致分為以下3 3種類型：種類型：（三）（三）酶促反應的可調節(jié)性酶促反應的可調節(jié)性 對

8、酶生成與降解量的調節(jié)對酶生成與降解量的調節(jié) 酶催化效力的調節(jié)酶催化效力的調節(jié) 通過改變底物濃度對酶進行調節(jié)等通過改變底物濃度對酶進行調節(jié)等酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷變化的內酶促反應受多種因素的調控，以適應機體對不斷變化的內外環(huán)境和生命活動的需要。其中包括三方面的調節(jié)。外環(huán)境和生命活動的需要。其中包括三方面的調節(jié)。二、酶促反應的機理二、酶促反應的機理（一）酶（一）酶-底物復合物的形成與誘導契合假說底物復合物的形成與誘導契合假說誘導契合假說誘導契合假說(induced-fit hypothesis)酶底物復合物酶底物復合物 E + S E + P ES 酶與底物相互接近時，其結構相

9、互誘導、相互變形和酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶- -底物結合的誘底物結合的誘導契合假說導契合假說羧肽酶的誘導契合模式羧肽酶的誘導契合模式 底物底物（二）酶促反應的機理（二）酶促反應的機理 1. 鄰近效應鄰近效應(proximity effect) 與定向排列與定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效應表面效應(surface effect)l研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。研究一種因素的影響時，其

10、余各因素均恒定。一、底物濃度對反應速度的影響一、底物濃度對反應速度的影響研究前提研究前提v在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應速度的影響呈在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應速度的影響呈矩矩形雙曲線關系形雙曲線關系。當?shù)孜餄舛容^低時當?shù)孜餄舛容^低時反應速度與底物濃度成正比；反應為一級反應速度與底物濃度成正比；反應為一級反應。反應。隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高反應速度不再成正比例加速；反應為混合級反應速度不再成正比例加速；反應為混合級反應。反應。當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度當?shù)孜餄舛雀哌_一定程度反應速度不再增加，達最大速度；反應為零反應速度不再增加，達最大速度；反應為零級反應級反應（一）米

11、曼氏方程式（一）米曼氏方程式酶促反應模式酶促反應模式中間產物學說中間產物學說E + S k1k2k3ESE + PS：底物濃度：底物濃度V：不同：不同S時的反應速度時的反應速度Vmax：最大反應速度：最大反應速度(maximum velocity) m：米氏常數(shù)：米氏常數(shù)(Michaelis constant) VmaxS Km + S 米曼氏方程式推導基于兩個假設：米曼氏方程式推導基于兩個假設：測定的反應速度為初速度，即反應剛剛開始，產物的生成量測定的反應速度為初速度，即反應剛剛開始，產物的生成量極少，逆反應可不予考慮；極少，逆反應可不予考慮； S超過超過 E， S 的變化在測定初速度的過程

12、中可忽略不的變化在測定初速度的過程中可忽略不計。計。 E + S k1k2k3ESE + P（二）（二）Km與與Vmax的意義的意義VmaxS Km + S 意義：意義：Vmax=K3 E如果酶的總濃度已知，可從如果酶的總濃度已知，可從Vmax計算計算 酶的轉換數(shù)酶的轉換數(shù)(turnover number)，即動力學常數(shù)，即動力學常數(shù)K3。E + S k1k2k3ESE + P（三）（三）m m值與值與maxmax值的測定值的測定（林貝氏方程）（林貝氏方程） 二、酶濃度對反應速度的影響二、酶濃度對反應速度的影響0 V E 當當SE時，時，Vmax = k3 E 酶濃度對反應速度的影酶濃度對反應

13、速度的影響響 三、溫度對反應速度的影響三、溫度對反應速度的影響q最適溫度最適溫度 (optimum temperature)：酶促反應速度最快時的環(huán)境溫酶促反應速度最快時的環(huán)境溫度。度。l低溫的應用低溫的應用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 溫度溫度 C 溫度對淀粉酶活性的影響溫度對淀粉酶活性的影響 四、四、 pH對反應速度的影響對反應速度的影響q最適最適pH (optimum pH)：酶催化活性最大時酶催化活性最大時的環(huán)境的環(huán)境pH。0酶酶活活性性 pH pH對某些酶活性的影響對某些酶活性的影響 246810五、抑制劑對反應速度的影響五、抑制劑對反應

14、速度的影響區(qū)別于酶的變性區(qū)別于酶的變性抑制劑對酶有一定選擇性抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性 抑制作用的類型抑制作用的類型不可逆性抑制不可逆性抑制 (irreversible inhibition)可逆性抑制可逆性抑制 (reversible inhibition)：競爭性抑制競爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑制非競爭性抑制 (non-competitive inhibition)反競爭性抑制反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition)(一一) ROROPOX+HOEROROPOOE+HXC

15、lAsClCHCHCl+ ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl有機磷化合物有機磷化合物路易士氣路易士氣羥基酶羥基酶失活的酶失活的酶酸酸巰基酶巰基酶失活的酶失活的酶酸酸競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制 . 競爭性抑制作用競爭性抑制作用+反應模式反應模式 * * 特點特點b)b) 抑制程度取決于抑制程度取決于抑制劑與酶的相抑制劑與酶的相對親和力及底物對親和力及底物濃度；濃度；a) I與與S結構類似，結構類似，競爭酶的活性中競爭酶的活性中心；心；c)動力學特點：動力學特點：Vmax不變，表觀不變，表觀Km增增大。大。 抑制劑抑制劑 無抑制劑無抑制劑 1/V

16、1/S VSmaxVIK(1) SmKiiKI111m(1)VVKSVmaxmax* *舉例舉例丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸u磺胺類藥物的抑菌機制磺胺類藥物的抑菌機制與與對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸二氫葉酸合成酶合成酶二氫葉酸二氫葉酸COOH H2N SO2NHR H2N 磺磺 胺胺 類類 藥藥 物物2. 2. 非競爭性抑制

17、非競爭性抑制特點特點a) a)抑制劑與酶活性中抑制劑與酶活性中心外的必需基團結心外的必需基團結合，底物與抑制劑合，底物與抑制劑之間無競爭關系；之間無競爭關系；b)b)抑制程度取決于抑制抑制程度取決于抑制劑的濃度；劑的濃度；c)動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表觀降低，表觀Km不不變。變。 抑制劑抑制劑 1 / V 1/S 無抑制劑無抑制劑 iiKI 11I1m(1)(1)VVK S VKmaxmax. 反競爭性抑制反競爭性抑制特點：特點：a) a)抑制劑只與酶抑制劑只與酶底物復合物結合；底物復合物結合；b)b)抑 制 程 度 取 決抑 制 程 度 取 決與 抑 制 劑 的 濃與 抑 制

18、劑 的 濃度 及 底 物 的 濃度 及 底 物 的 濃度；度；c)動力學特點：動力學特點：Vmax降低，表觀降低，表觀Km降降低。低。 抑制劑抑制劑 1/V 1/S 無抑制劑無抑制劑 各種可逆性抑制作用的比較各種可逆性抑制作用的比較 動力學參數(shù)動力學參數(shù)表觀表觀Km Km增大增大不變不變減小減小最大速度最大速度Vmax不變不變降低降低降低降低林林-貝氏作圖貝氏作圖斜率斜率Km/Vmax增大增大增大增大不變不變縱軸截距縱軸截距1/Vmax不變不變增大增大增大增大橫軸截距橫軸截距-1/Km增大增大不變不變減小減小與與I結合的組分結合的組分EE、ESES作用特征作用特征無抑制劑無抑制劑競爭性抑制競爭

19、性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制反競爭性抑制六、激活劑對反應速度的影響六、激活劑對反應速度的影響酶的活性酶的活性酶的活性單位酶的活性單位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規(guī)定條是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規(guī)定條件下，酶促反應在單位時間（件下，酶促反應在單位時間（s s、minmin或或h h）內生成一定量）內生成一定量（mgmg、gg、molmol等）的產物或消耗一定數(shù)量的底物所需的等）的產物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量酶量。國際單位國際單位(IU)在特定的條件下，每分鐘催化在特定的條件下，每分鐘催化1mol底物轉化為產物所需底物轉化為產物所需的酶量為一個國際單位。的酶量為一個國

20、際單位。 催量單位催量單位(katal)催量催量(kat)是指在特定條件下，每秒鐘使是指在特定條件下，每秒鐘使mol底物底物轉化為產物所需的酶量。轉化為產物所需的酶量。 第第 四四 節(jié)節(jié) 酶酶 的的 調調 節(jié)節(jié)The Regulation of Enzyme 關鍵酶關鍵酶(一般為不可逆的反應過程）一般為不可逆的反應過程）一一 、酶活性的調節(jié)、酶活性的調節(jié) 酶原激活的機理酶原激活的機理酶原酶原分子構象發(fā)生改變分子構象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽或幾個短肽在特定條件下在特定條件下賴賴纈纈

21、天天天天天天天天甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲 酶原激活的生理意義酶原激活的生理意義避免細胞產生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定避免細胞產生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內代謝正常進行。的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內代謝正常進行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。地轉變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結合，使酶構象改變，從而改變酶的

22、催化活性，此種調地結合，使酶構象改變，從而改變酶的催化活性，此種調節(jié)方式稱變構調節(jié)。節(jié)方式稱變構調節(jié)。u變構酶常為多個亞基構成的寡聚體，具有協(xié)變構酶常為多個亞基構成的寡聚體，具有協(xié)同效應同效應 （三）（三） 酶的共價修飾調節(jié)酶的共價修飾調節(jié)磷酸化與脫磷酸化（最常見）磷酸化與脫磷酸化（最常見） 酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化 -OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白三、三、 同工酶同工酶u定義定義同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學反應，是指催化相同的化學反應，而酶

23、蛋白的分子結構理化性質乃至免疫學性質不同的而酶蛋白的分子結構理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。一組酶。乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶u生理及臨床意義生理及臨床意義 在代謝調節(jié)上起著重在代謝調節(jié)上起著重要的作用；要的作用； 用于解釋發(fā)育過程中用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；階段特有的代謝特征； 同工酶譜的改變有助同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；于對疾病的診斷； 同工酶可以作為遺傳同工酶可以作為遺傳標志，用于遺傳分析研標志，用于遺傳分析研究。究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶譜的變化同工酶譜的變化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜正常酶譜正常

24、酶譜肝病酶肝病酶譜譜2 23 34 45 5第五節(jié)第五節(jié) 酶的命名與分類酶的命名與分類一些酶的命名舉例一些酶的命名舉例編號編號推薦名稱推薦名稱系系 統(tǒng)統(tǒng) 名名 稱稱催催 化化 的的 反反 應應EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸 + H2O + NAD+脫氫酶脫氫酶氧化還原酶氧化還原酶 -酮戊二酸酮戊二酸 + NH3 + NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸： -酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+ -酮戊二酸酮戊二酸基轉移酶基轉移酶戊二酸氨基轉移酶戊二酸氨基轉移酶草酰乙酸草酰乙酸 +L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨

25、酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸 + H2O L-鳥氨酸鳥氨酸+ 尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛縮酶醛縮酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 + D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸異構酶異構酶異構酶異構酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.1.2 谷氨酰胺谷氨酰胺L-谷氨酸：氨連接酶谷氨酸：氨連接酶ATP + L-谷氨酸谷氨酸 + NH3合成酶合成酶ADP

26、+磷酸磷酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺編號編號推薦名稱推薦名稱系系 統(tǒng)統(tǒng) 名名 稱稱催催 化化 的的 反反 應應EC1.4.1.3谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸：谷氨酸：NAD+L-谷氨酸谷氨酸 + H2O + NAD+脫氫酶脫氫酶氧化還原酶氧化還原酶 -酮戊二酸酮戊二酸 + NH3 + NADHEC2.6.1.1 天冬氨酸氨天冬氨酸氨L-天冬氨酸：天冬氨酸： -酮酮L-天冬氨酸天冬氨酸+ -酮戊二酸酮戊二酸基轉移酶基轉移酶戊二酸氨基轉移酶戊二酸氨基轉移酶草酰乙酸草酰乙酸 +L-谷氨酸谷氨酸EC3.5.3.1 精氨酸酶精氨酸酶L-精氨酸脒基水解酶精氨酸脒基水解酶L-精氨酸精氨酸 + H2O L-鳥氨酸鳥氨酸+ 尿素尿素EC4.1.2.13 果糖二磷酸果糖二磷酸D-果糖果糖1，6-二磷酸：二磷酸：D-果糖果糖1，6-二磷酸二磷酸醛縮酶醛縮酶D-甘油醛甘油醛3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 + D-甘油醛甘油醛3-磷酸磷酸EC5.3.1.9 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸酮醇磷酸酮醇D-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸異構酶異構酶異構酶異構酶D-果糖果糖6-磷酸磷酸EC6.3.