酶的性質(zhì)PPT課件

1、一、目的與要求： 在掌握蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上進一步掌握酶活性中心的結(jié)構(gòu)與功能；酶促反應(yīng)的特點與機制；酶動力學(xué)的概念及影響酶促反應(yīng)的因素以及機體如何調(diào)節(jié)酶活性。第1頁/共103頁二、重點與難點重點：掌握酶的概念、酶的化學(xué)組成、酶活性中心的概念；必需基團的概念及分類；酶動力學(xué)的概念及影響酶促反應(yīng)的因素。難點：底物濃度、抑制劑對酶活性的影響第2頁/共103頁 公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。 一百余年前，一百余年前，PasteurPasteur認為發(fā)酵是酵母細胞生命認為發(fā)酵是酵母細胞生命活動的結(jié)果。活動的結(jié)果。 18781878年，年，KuhneKuhne首次

2、提出首次提出 Enzyme 一詞。一詞。 18971897年，年，BuchnerBuchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現(xiàn)了發(fā)酵。實現(xiàn)了發(fā)酵。 19261926年，年，SumnerSumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。 19821982年，年，CechCech首次發(fā)現(xiàn)首次發(fā)現(xiàn)RNARNA也具有酶的催化活也具有酶的催化活性，提出性，提出核酶核酶（ribozyme）的概念。的概念。第3頁/共103頁 第一節(jié) 酶是生物催化劑第4頁/共103頁一、酶的生物學(xué)意義第5頁/共103頁酶催化作用的特點：第6頁/共103頁2、作為生物催化劑的特點：

3、1）條件溫和2）高效性3）高度專一性4）催化作用受調(diào)控5）酶可催化某些特異的化學(xué)反應(yīng)第7頁/共103頁 一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵一定的化學(xué)鍵 ，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生一定的產(chǎn)物。產(chǎn)生一定的產(chǎn)物。二、酶作用的專一性第8頁/共103頁第9頁/共103頁酶作用專一性的學(xué)說v 鎖鑰假說（lock-key hypothesis）：v 誘導(dǎo)契合假說（induced-fit hypothesis）： 第10頁/共103頁第11頁/共103頁羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式第12頁/共103頁（一） 酶的分類：三、酶的分類

4、與命名第13頁/共103頁（二） 酶的命名： . .習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法 . .系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法第14頁/共103頁第15頁/共103頁一、 酶的化學(xué)本質(zhì)與分子組成蛋白質(zhì)部分：酶蛋白蛋白質(zhì)部分：酶蛋白 apoenzymeapoenzyme輔助因子輔助因子 cofactor 輔基輔基輔酶輔酶 全酶全酶 holoenzyme( (conjugated enzyme) )( (simple enzyme) )第16頁/共103頁酶的不同形式 單體酶（單體酶（monomeric enzyme）：僅具有：僅具有三級結(jié)構(gòu)的酶三級結(jié)構(gòu)的酶 寡聚酶（寡聚酶（oligomeric enzyme）：由多個相：

5、由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶 多酶體系（多酶體系（multienzyme system）：由幾：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物 第17頁/共103頁輔助因子分類輔助因子分類： （按其（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度與酶蛋白結(jié)合的緊密程度） 輔酶輔酶 (coenzyme)： 與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合疏松，可用疏松，可用透析或超濾的透析或超濾的方法除去。方法除去。 輔基輔基 (prosthetic group)： 與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用緊密，不能用透析或超濾透析或超濾的方法除去的方法除去 。

6、二、酶的輔助因子第18頁/共103頁第19頁/共103頁金屬酶金屬酶 金屬離子與酶結(jié)合緊密。如：黃嘌呤氧化酶金屬離子與酶結(jié)合緊密。如：黃嘌呤氧化酶（一）無機離子對酶的作用第20頁/共103頁維持酶分子的活性構(gòu)象通過氧化還原傳遞電子在酶與底物之間起橋梁作用利用離子的電荷影響酶的活性第21頁/共103頁第22頁/共103頁 NNCH3CH2NH2SCHN+CH3CH2CH2OPOHOOPOOHOH維生素B1TPP是-酮酸氧化脫羧酶的輔酶,參與-酮酸氧化脫羧酮基的轉(zhuǎn)移。第23頁/共103頁維生素B2第24頁/共103頁Vit B2FMNAMPFADNNCNHNCOOCH3CH3CH3HCOHHCOH

7、HCOHH2CPOO HOOO HOPOCH3OO HO HNNNNN H2第25頁/共103頁維生素PP維生素維生素PP包括：包括： 尼克酸尼克酸(nicotinic acid) 尼克酰胺尼克酰胺(nicotinamide)第26頁/共103頁POOHOHNADP+：R為為NAD+：R為為 H尼克酰胺N+OCH2OPOOHOOHOHCONH2OOHOPNNNNNH2OCH2OOHRNAD+及NADP+是體內(nèi)多種脫氫酶的輔酶，起傳遞氫的作用。第27頁/共103頁維生素B6 維生素維生素B6包括包括吡哆醇吡哆醇，吡哆醛吡哆醛及及吡哆胺吡哆胺 體內(nèi)活性形式為體內(nèi)活性形式為磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛和和磷

8、酸吡哆磷酸吡哆胺胺第28頁/共103頁NCH3OHCH2OHCH2OH吡哆醇ONCHOCH3OHCH2OH吡哆醛NCH2NH2CH3OHCH2OH吡哆胺NH2NCH3OHCH2OPO3H2CHO磷酸吡哆醛NCH2NH2CH3OHCH2OPO3H2磷酸吡哆胺-NH2-NH2磷酸吡哆醛是氨基酸轉(zhuǎn)氨酶及脫羧酶的輔酶，參與轉(zhuǎn)氨、脫羧作用。第29頁/共103頁生物素生物素生物素(biotin)是多種是多種羧化酶羧化酶的輔酶，參與的輔酶，參與CO2的傳遞。的傳遞。CHSCHCH2NHCHNHO(CH2)4COOH與羧基結(jié)合生與羧基結(jié)合生成羧基生物素成羧基生物素與賴氨酸殘基與賴氨酸殘基 - -氨基結(jié)合氨基結(jié)

9、合成生物胞素成生物胞素第30頁/共103頁泛酸泛酸泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸又名遍多酸 體內(nèi)活性形式為體內(nèi)活性形式為輔酶輔酶A(CoA) 酰基載體蛋白?；d體蛋白(ACP) 第31頁/共103頁NNNNNH2OCH2OOHOPO3H2OHOOPPOOOHCH2CCH3CH3COHHCONHCH2CH2CONHCH2CH2SH泛酸泛酸4-磷酸泛酰磷酸泛酰巰基乙胺巰基乙胺CoA的結(jié)構(gòu)式CoA及ACP是?；D(zhuǎn)移酶的輔酶，參與?；霓D(zhuǎn)移作用。第32頁/共103頁葉酸(folic acid)第33頁/共103頁葉酸葉酸二氫葉酸還原酶NADPH+H+NADP+二氫葉酸二氫葉酸二氫葉

10、酸還原酶NADPH+H+NADP+四氫葉酸四氫葉酸5, 6, 7, 8-四氫葉酸四氫葉酸 N1N3CH6NH57NH8NH2OHCH29NH10CONH CHHOOC(CH2)2COOH第34頁/共103頁維生素B12第35頁/共103頁R：-CH3甲基鈷胺素甲基鈷胺素 R：5-脫氧腺苷脫氧腺苷5-脫氧腺苷鈷胺素脫氧腺苷鈷胺素第36頁/共103頁硫辛酸(lipoic acid) CH2CH2CHSS(CH2)4HOOC2H2HCH2CH2CHSHSH(CH2)4HOOC氧化型氧化型還原型還原型硫辛酸是-酮酸氧化脫羧酶的輔酶，參與-酮酸氧化脫羧。第37頁/共103頁B族維生素及其輔酶形式族維生素

11、及其輔酶形式第38頁/共103頁第39頁/共103頁第40頁/共103頁* *各部分在催化反應(yīng)中的作用：各部分在催化反應(yīng)中的作用： q酶蛋白酶蛋白決定反應(yīng)的專一性決定反應(yīng)的專一性q輔助因子輔助因子決定反應(yīng)的類型（起遞氫、傳決定反應(yīng)的類型（起遞氫、傳遞電子和轉(zhuǎn)移某些化學(xué)基團的作用）遞電子和轉(zhuǎn)移某些化學(xué)基團的作用）第41頁/共103頁三、酶蛋白的結(jié)構(gòu) 必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異的結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶的活性中心 （active center）胰凝乳蛋白酶的一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)第42頁/共103頁*必需基團（essential group ）：活性中心內(nèi)

12、的必需基團：活性中心外的必需基團： binding groupcatalytic group酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團中與酶的活性密切相關(guān)的化學(xué)基團。第43頁/共103頁底 物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心第44頁/共103頁四、酶蛋白的結(jié)構(gòu)與功能第45頁/共103頁第46頁/共103頁第47頁/共103頁酶原激活的機理：酶原激活的機理： 酶酶 原原 分子構(gòu)象發(fā)生改變分子構(gòu)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，水解一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽掉一個或幾個短肽在特定條件下在特定條件下 第48頁/共103頁賴

13、賴纈纈天天天天天天天天甘甘異異纈纈組組絲絲甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲第49頁/共103頁第50頁/共103頁酶原激活的生理意義酶原激活的生理意義: : 避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身消化，并避免細胞產(chǎn)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(nèi)使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行。代謝正常進行。 第51頁/共103頁第52頁/共103頁一、酶能降低反應(yīng)的活化能 ( (activation activation energyenergy) ) 活化能: 底物分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量。第53頁/共103頁酶底物復(fù)合物三、酶催化作

14、用高效率的機制：鄰近效應(yīng)與定向排列多元催化表面效應(yīng)二、中間產(chǎn)物學(xué)說:第54頁/共103頁四、核酶與抗體酶 （一）核酶（ribozyme） 具有生物催化活性的RNA 功能是切割和剪接RNA，底物是RNA分子 （二）抗體酶第55頁/共103頁(ppG,pppG) pGoHU -OHG pUpAG -OHpAU pU第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)U pAG pU外顯子內(nèi)含子外顯子四膜蟲rRNA前體的自我剪切第56頁/共103頁第四節(jié)第四節(jié) 酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)第57頁/共103頁q概念：探討酶催化反應(yīng)的速度及各種因素對概念：探討酶催化反應(yīng)的速度及各種因素對酶促反應(yīng)速

15、度酶促反應(yīng)速度的影響。的影響。 q影響因素包括有：溫度、影響因素包括有：溫度、 氫離子濃度氫離子濃度、底物濃度、酶濃底物濃度、酶濃度、度、 抑制劑、激活劑等。抑制劑、激活劑等。 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，其余各因素均恒定。第58頁/共103頁一、底物濃度對反應(yīng)速度的影響v 在其他因素不變的情況下，底物濃度對在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系矩形雙曲線關(guān)系。酶底物復(fù)合物第59頁/共103頁當(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)。第60頁/共103頁隨著底物濃度的增高：反應(yīng)速度不再成正比例加速；反

16、應(yīng)為混合級反應(yīng)。第61頁/共103頁當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_一定程度當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_一定程度：反應(yīng)速度不再增加，達最大速度；反應(yīng)速度不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)反應(yīng)為零級反應(yīng)第62頁/共103頁第63頁/共103頁（一）米曼氏方程式的推導(dǎo)v推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：1. 1.E E與與S S形成形成ESES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)而復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)而ESES分解為分解為E E及及P P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)即決于慢反應(yīng)即 Vk3ES (1)2. 2.S S的總濃度遠遠大于的總濃度遠遠大于E E的總濃度，因此在反應(yīng)的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，的初始階段

17、，S S的濃度可認為不變即的濃度可認為不變即SSt 第64頁/共103頁推導(dǎo)過程： 穩(wěn)態(tài)：是指ES的生成速度與分解速度相等，即ES恒定。 K K1 1 ( E( Et t ES) SES) SK K2 2 ES + KES + K3 3 ESES第65頁/共103頁第66頁/共103頁KmKm值值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是一半時的底物濃度，單位是mol/Lmol/L。第67頁/共103頁（二） Km與Vmax的意義 意義意義： a) Kma) Km是酶的特征性常數(shù)之一；是酶的特征性常數(shù)之一； b) Km b) Km可近似表示酶對底物的親

18、和力；可近似表示酶對底物的親和力； c) c) 同一酶對于不同底物有不同的同一酶對于不同底物有不同的KmKm值，值， KmKm值值最小的底物一般為該酶的最適底物或天然最小的底物一般為該酶的最適底物或天然底物。底物。 d) d) 了解了解KmKm值及其底物在細胞內(nèi)的底物濃度，可值及其底物在細胞內(nèi)的底物濃度，可推知該酶在細胞內(nèi)是否受底物濃度的調(diào)節(jié)。推知該酶在細胞內(nèi)是否受底物濃度的調(diào)節(jié)。 f) f) 測定不同抑制劑對某個酶的測定不同抑制劑對某個酶的KmKm及及Vmax的影響，可區(qū)別抑制的類型。 第68頁/共103頁 Vmax ： 定義：定義：Vm是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速度，是酶完全被底物飽和時的

19、反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。與酶濃度成正比。第69頁/共103頁（三） 值與值的測定1 1、 雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法（林貝氏方程）（林貝氏方程）第70頁/共103頁-Km第71頁/共103頁二、 pH的影響與最適pHq最適pH：酶催化活性最大時的環(huán)境pH胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶第72頁/共103頁q雙重影響：雙重影響： 溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高； 酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì), ,溫度升高，可引起酶的變性，溫度升高，可引起酶的變性， 從而反應(yīng)速度降低從而反應(yīng)速度降低 。 三、溫度對反應(yīng)速度的影響q 最適溫度最適溫度 （optimum temperature）：）

20、： 酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。第73頁/共103頁四、 酶濃度對反應(yīng)速度的影響當(dāng)當(dāng) SSEE，酶可被底物飽和的情況下，反酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。應(yīng)速度與酶濃度成正比。 關(guān)系式為：關(guān)系式為：V = KV = K3 3 EE第74頁/共103頁激活劑激活劑(activator)： 能提高酶活性，加速酶促反應(yīng)進能提高酶活性，加速酶促反應(yīng)進行的物質(zhì)。行的物質(zhì)。激活作用是相對的，一種酶的激活劑激活作用是相對的，一種酶的激活劑對另一種酶來說，也可能是一種抑制劑。對另一種酶來說，也可能是一種抑制劑。不同濃度的激活劑對酶活性的影響不不同濃度的激活劑對酶

21、活性的影響不同。同。第75頁/共103頁六、抑制劑對反應(yīng)速度的影響 酶的抑制劑酶的抑制劑(inhibitor)： 凡能使酶的催化活性下降的物質(zhì)稱為酶的抑制凡能使酶的催化活性下降的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。劑。 第76頁/共103頁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；非競爭性抑制；反競爭性抑制；第77頁/共103頁(一) 概念：概念： 抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活。使酶失活。 非專一性不可逆抑制非專一性不

22、可逆抑制 重金屬離子及砷化合物重金屬離子及砷化合物 巰基酶巰基酶 解毒解毒 - - - - - - 二巰基丙醇二巰基丙醇( (BAL)BAL) 專一性不可逆抑制專一性不可逆抑制 有機磷化合物有機磷化合物 羥基酶羥基酶 解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定( (PAM)PAM) 第78頁/共103頁* * 概念：概念： 抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶- -底物復(fù)合底物復(fù)合物物可逆性可逆性結(jié)合結(jié)合, ,使酶的活性降低或喪失，抑制使酶的活性降低或喪失，抑制劑可用透析、超濾等方法除去。劑可用透析、超濾等方法除去。第79頁/共103頁、競爭性抑制作用、競爭性抑制作用*

23、 * 定義：抑制劑與底物的定義：抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似，能與底物競，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。物的形成，使酶的活性降低。+第80頁/共103頁第81頁/共103頁抑制劑抑制劑第82頁/共103頁* * 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COOHCOOHCH2丙二酸COOHCH2CH2COOH 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2第83頁/共103頁 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競爭二氫葉

24、酸合成酶二氫葉酸合成酶COOHH2N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SO2NHRH2N磺磺 胺胺 類類 藥藥 物物四氫葉酸四氫葉酸二氫葉酸二氫葉酸 還原酶還原酶第84頁/共103頁 2 2、非競爭性抑制、非競爭性抑制* * 反應(yīng)模式：反應(yīng)模式：第85頁/共103頁 * * 特點：特點：a) a) 抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系；與抑制劑之間無競爭關(guān)系； b)b) 抑制程度取決于抑制劑的濃度；抑制程度取決于抑制劑的濃度；c) c) 動力學(xué)特點：動力學(xué)特

25、點：VmaxVmax降低，表觀降低，表觀KmKm不變。不變。 抑制劑抑制劑1 / V1/S無抑制劑無抑制劑第86頁/共103頁、反競爭性抑制、反競爭性抑制* * 反應(yīng)模式：反應(yīng)模式： 第87頁/共103頁* * 特點：特點：a) a) 抑制劑只與酶底物復(fù)合物結(jié)合；抑制劑只與酶底物復(fù)合物結(jié)合；b)b) 抑制程度取決與抑制劑的濃度及底物的濃度；抑制程度取決與抑制劑的濃度及底物的濃度；c) c) 動力學(xué)特點：動力學(xué)特點：VmaxVmax降低，表觀降低，表觀KmKm降低。降低。 抑制劑抑制劑1/V1/S無抑制劑無抑制劑第88頁/共103頁第五節(jié) 酶的分離、提純及活性測定 一、酶的分離、提純 生物細胞產(chǎn)生的酶分為： 細胞外酶 細胞內(nèi)酶 （一）酶的抽提 （二）純化 第89頁/共103頁什么是什么是酶活性測定酶活性測定 ? ? 在