王鏡巖生化課件4酶學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1王鏡巖生化王鏡巖生化(shn hu)課件課件4酶酶第一頁，共70頁。第2頁/共70頁第二頁，共70頁。第3頁/共70頁第三頁，共70頁。第4頁/共70頁第四頁，共70頁。純化步驟純化步驟 級(jí)分體積級(jí)分體積 （ml） 總蛋白總蛋白 （mg） 活力活力 （U） 比活比活（U/mg）粗提取液粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分級(jí)丙酮分級(jí)80960960015凝膠層析凝膠層析80300870029離子交換離子交換2290423047豬腎氨基?；父鱾€(gè)步驟純化豬腎氨基酰化酶各個(gè)步驟純化(chn hu)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)第5頁/共70頁第五頁，共70頁。無催化無催化催催化化反應(yīng)劑反應(yīng)劑產(chǎn)物產(chǎn)物

2、自自由由能能活化活化能能過渡態(tài)過渡態(tài)自由能變化自由能變化自自由由能能第6頁/共70頁第六頁，共70頁。 縱坐標(biāo)表示自由能（縱坐標(biāo)表示自由能（G），橫坐標(biāo)為反應(yīng)過程。從圖中可以看到，），橫坐標(biāo)為反應(yīng)過程。從圖中可以看到，S和和P都含有一定的自由能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)都含有一定的自由能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)(zhungti)。S和和P之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座“ 山山 ” 的能障，反應(yīng)的底物必須提高能量水平才能跨越能障。的能障，反應(yīng)的底物必須提高能量水平才能跨越能障。 “ 山山 ”頂處稱

3、為過渡態(tài)，因?yàn)榫哂羞^渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為頂處稱為過渡態(tài)，因?yàn)榫哂羞^渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為 S 或或 P。從反應(yīng)物的基態(tài)到達(dá)過渡態(tài)所需要的能量稱為反應(yīng)的活化能。從反應(yīng)物的基態(tài)到達(dá)過渡態(tài)所需要的能量稱為反應(yīng)的活化能。SP的活化能用的活化能用G0 SP，PS的活化能用的活化能用G0 PS表示。而表示。而G0 代表由代表由S到到P的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。一個(gè)底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應(yīng)溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒有降低。的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。一個(gè)底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應(yīng)溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒有降低。第7頁/共

4、70頁第七頁，共70頁。第8頁/共70頁第八頁，共70頁。第9頁/共70頁第九頁，共70頁。第10頁/共70頁第十頁，共70頁。第11頁/共70頁第十一頁，共70頁。第12頁/共70頁第十二頁，共70頁。第13頁/共70頁第十三頁，共70頁。酶濃酶濃度度(nngd)反反應(yīng)應(yīng)速速度度第14頁/共70頁第十四頁，共70頁。第15頁/共70頁第十五頁，共70頁。酶濃度酶濃度(nngd)固定，反應(yīng)速度與底物濃度固定，反應(yīng)速度與底物濃度(nngd)之間的關(guān)系之間的關(guān)系底物底物(d w)濃度濃度零級(jí)零級(jí)(ln j)反應(yīng)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)第16頁/共70頁第十六頁，共70頁。第17頁/共70頁第十七頁，共

5、70頁。第18頁/共70頁第十八頁，共70頁。第19頁/共70頁第十九頁，共70頁。ES）S Km （4.5） 1 ES從方程（從方程（4.5）：）：KmES（EtotalES）S ES（KmS）EtotalS第20頁/共70頁第二十頁，共70頁。第21頁/共70頁第二十一頁，共70頁。第22頁/共70頁第二十二頁，共70頁。第23頁/共70頁第二十三頁，共70頁。第24頁/共70頁第二十四頁，共70頁。第25頁/共70頁第二十五頁，共70頁。 競爭性抑制劑一與酶結(jié)合競爭性抑制劑一與酶結(jié)合(jih)就阻止了底物與酶的結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合(jih)，所以說底物、抑制劑與酶的結(jié)合，所以說底物

6、、抑制劑與酶的結(jié)合(jih)是競爭性的。是競爭性的。 只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒有抑制劑存在時(shí)一樣，即最大反應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)是不變的。只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒有抑制劑存在時(shí)一樣，即最大反應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)是不變的。 因此在有競爭性抑制劑存在下，因此在有競爭性抑制劑存在下， Vmax不變，但不變，但Km 增加。增加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的競爭性，這是由于酶作用的底物吲哚是胰凝乳蛋白酶的競爭性，這是由于酶作用的底物Trp的側(cè)鏈中含有吲哚基。的側(cè)鏈中含有吲哚基。第26頁/共70頁第二十六頁，共70頁。第27頁/共70頁第二十七頁，共70頁。第28頁/共70頁第

7、二十八頁，共70頁。第29頁/共70頁第二十九頁，共70頁。第30頁/共70頁第三十頁，共70頁。第31頁/共70頁第三十一頁，共70頁。第32頁/共70頁第三十二頁，共70頁。第33頁/共70頁第三十三頁，共70頁。 另外，磺胺藥是以對(duì)氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細(xì)菌生長繁殖所需要的葉酸中對(duì)氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以另外，磺胺藥是以對(duì)氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細(xì)菌生長繁殖所需要的葉酸中對(duì)氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以(suy)磺胺藥與葉酸競爭結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺

8、胺藥是細(xì)菌二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑?；前匪幣c葉酸競爭結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺胺藥是細(xì)菌二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑。 人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以(suy)基本上不受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸。基本上不受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸。第34頁/共70頁第三十四頁，共70頁。磺胺磺胺(hun n)藥中的主要成分藥中的主要成分 葉葉 酸酸第35頁/共70頁第三十五頁，共70頁。第36頁/共70頁第三十六頁，共70頁。第37頁/共70頁第三十七頁，共70頁。第38頁/共70頁第三十八頁，共70頁。 胃蛋白酶胃蛋白酶(wi dn bi mi)

9、鐘形曲線鐘形曲線(qxin)第39頁/共70頁第三十九頁，共70頁。第40頁/共70頁第四十頁，共70頁。第41頁/共70頁第四十一頁，共70頁。第42頁/共70頁第四十二頁，共70頁。第43頁/共70頁第四十三頁，共70頁。第44頁/共70頁第四十四頁，共70頁。內(nèi)在內(nèi)在(nizi)途徑途徑外在途徑外在途徑(tjng)血管血管(xugun)損傷損傷組織因子組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白交聯(lián)的血纖維蛋白第45頁/共70頁第四十五頁，共70頁。第46頁/共70頁第四十六頁，共70頁。第47頁/共70頁第四十七頁，共70頁。第48頁/共70頁第四十八頁，共70頁。第49頁/共70頁第四十九頁，共70頁。

10、第50頁/共70頁第五十頁，共70頁。第51頁/共70頁第五十一頁，共70頁。第52頁/共70頁第五十二頁，共70頁。第53頁/共70頁第五十三頁，共70頁。 加入加入(jir)激活劑可以使激活劑可以使S型曲線向雙曲線漂移，可以明顯地降低型曲線向雙曲線漂移，可以明顯地降低Km值，并值，并提高酶的活性。如果加入提高酶的活性。如果加入(jir)抑制劑，可以明顯地提高抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降值，并使酶的活性降低。低。第54頁/共70頁第五十四頁，共70頁。的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個(gè)寡聚分子的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個(gè)寡聚分子中允許存在著高親和力和

11、低親和力的亞基（圖中允許存在著高親和力和低親和力的亞基（圖b）。）。第55頁/共70頁第五十五頁，共70頁。齊變模型齊變模型(mxng)第56頁/共70頁第五十六頁，共70頁。一個(gè)競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。一個(gè)競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來的使得原來的S曲線更為明顯曲線更為明顯(mngxin)，表明天，表明天冬氨酸結(jié)合冬氨酸結(jié)合ATCase的過程中具有更大的協(xié)同性。的過程中具有更大的協(xié)同性。ATP的存在使得的存在使得S型曲線向雙曲線漂移，降低了底物型曲線向雙曲線漂移，降低了底物對(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。對(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。第57頁/共70頁第五十七頁，共70頁。

12、第58頁/共70頁第五十八頁，共70頁。第59頁/共70頁第五十九頁，共70頁。殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受化的，該磷酸酶受Ca2+激活。激活。第60頁/共70頁第六十頁，共70頁。 脫磷酸(ln sun)第61頁/共70頁第六十一頁，共70頁。同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重要的意義。例如肌肉中富含要的意義。例如肌肉中富含LDH5，它對(duì)丙酮酸的親和，它對(duì)丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH

13、1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異性。在臨床性。在臨床(ln chun)上可根據(jù)上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷酶譜的變化診斷疾病。疾病。第62頁/共70頁第六十二頁，共70頁。第63頁/共70頁第六十三頁，共70頁。 要點(diǎn)要點(diǎn)(yodin)歸納歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶

14、、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)(zhbio)，對(duì)同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。，對(duì)同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。 3. 酶也和其他催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)快速達(dá)到平衡點(diǎn)，但酶不能改變平衡點(diǎn)。酶也和其他催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)

15、快速達(dá)到平衡點(diǎn)，但酶不能改變平衡點(diǎn)。 第64頁/共70頁第六十四頁，共70頁。 4. 酶活性部位是一個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。酶活性部位是一個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個(gè)主要模式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；在共價(jià)催化中，底物

16、或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。酶催化的兩個(gè)主要模式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反應(yīng)物濃度急劇增高，將大大加速酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反應(yīng)物濃度急劇增高，將大大加速(ji s)酶促反應(yīng)的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到過渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底物的親和力最大

17、，使反應(yīng)活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶促反應(yīng)的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到過渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底物的親和力最大，使反應(yīng)活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 第65頁/共70頁第六十五頁，共70頁。7. 酶動(dòng)力學(xué)測定常常是測定反應(yīng)的起始速度。酶促反應(yīng)的第一步是形成非共價(jià)的酶酶動(dòng)力學(xué)測定常常是測定反應(yīng)的起始速度。酶促反應(yīng)的第一步是形成非共價(jià)的酶-底物復(fù)合物。酶促反應(yīng)相對(duì)于酶濃度是一級(jí)反應(yīng)，相對(duì)于底物濃度的變化表現(xiàn)出典型的雙曲線特征。當(dāng)酶被底物飽和時(shí)達(dá)到最大反應(yīng)速度底物復(fù)合物。酶促反應(yīng)相對(duì)于酶濃度是一級(jí)反應(yīng)，相對(duì)于底物濃度的變化表現(xiàn)出典型的雙曲線特征。當(dāng)酶被底物飽和時(shí)

18、達(dá)到最大反應(yīng)速度Vmax 。米氏。米氏(Michaelis-Menten)方程描述了這樣方程描述了這樣(zhyng)的動(dòng)力學(xué)行為。的動(dòng)力學(xué)行為。8. 米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，Km是酶的特征常數(shù)。通過雙倒數(shù)作圖法很容易獲得是酶的特征常數(shù)。通過雙倒數(shù)作圖法很容易獲得Km和和Vmax。酶的催化常數(shù)（。酶的催化常數(shù)（kcat）或轉(zhuǎn)換數(shù)等于每個(gè)酶分子（或是每個(gè)活性部位）每秒鐘轉(zhuǎn)換底物（轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物）的最大分子數(shù)，在數(shù)值上）或轉(zhuǎn)換數(shù)等于每個(gè)酶分子（或是每個(gè)活性部位）每秒鐘轉(zhuǎn)換底物（轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物）的最大分子數(shù)，在數(shù)值上kcat等于等于Vmax除以總

19、酶濃度。當(dāng)除以總酶濃度。當(dāng)kcat很小可以忽略時(shí)，很小可以忽略時(shí)，Km是酶對(duì)底物親和力的量度：是酶對(duì)底物親和力的量度：Km越小，表明酶對(duì)底物親和力越大。越小，表明酶對(duì)底物親和力越大。第66頁/共70頁第六十六頁，共70頁。 9. 酶促反應(yīng)速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑?？赡嬉种苿┡c酶非共價(jià)結(jié)合，可逆抑制包括競爭性抑制（酶促反應(yīng)速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑?？赡嬉种苿┡c酶非共價(jià)結(jié)合，可逆抑制包括競爭性抑制（Km增加，而增加，而Vmax不變）、反競爭性抑制（不變）、反競爭性抑制（Km和和Vmax都成比例地減少）、非競爭性抑制（都成比例地減少）、非競爭性

20、抑制（Vmax減少，減少，Km不變）；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共價(jià)結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋不變）；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共價(jià)結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋(jish)酶催化的機(jī)制。酶催化的機(jī)制。 10. 酶促反應(yīng)受酶促反應(yīng)受pH和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最適和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最適pH和最適溫度，但最適和最適溫度，但最適pH和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適pH和最適溫度下酶促反應(yīng)具有最大反應(yīng)速度，大多數(shù)酶的反應(yīng)速度和最適溫度下酶促

21、反應(yīng)具有最大反應(yīng)速度，大多數(shù)酶的反應(yīng)速度-pH以及反應(yīng)速度以及反應(yīng)速度-溫度曲線是鐘形曲線。溫度曲線是鐘形曲線。 第67頁/共70頁第六十七頁，共70頁。 11. 許多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合適的條件下酶原通過有選擇的蛋白水解被激活，這一過程稱為酶原激活。血液凝固取決于酶原激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)和許多凝血因子。級(jí)聯(lián)反應(yīng)是一個(gè)信號(hào)放大的過程。許多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合適的條件下酶原通過有選擇的蛋白水解被激活，這一過程稱為酶原激活。血液凝固取決于酶原激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)和許多凝血因子。級(jí)聯(lián)反應(yīng)是一個(gè)信號(hào)放大的過程。 12. 某些酶是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)代謝速度的關(guān)鍵酶。在反饋抑制中，途徑的終產(chǎn)物往往抑制該途徑的第一個(gè)酶。一些稱為別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)酶的活性受到特殊的調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)劑可逆地結(jié)合在別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)部位（常常是