生物化學7的學習材料

生物化學7的學習材料第1頁/共39頁酶促反應速率與底物濃度的關系底物濃度低時，反應速率與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應特征當?shù)孜餄舛戎饾u增加時，反應速率不再按正比關系升高，反應表現(xiàn)為混合級反應當?shù)孜餄舛冗_到一定值時，幾乎所有酶都與底物結(jié)合后，反應速率達到最大值，此時再增加底物濃度，反應速率不再增加第2頁/共39頁米氏常數(shù)Km當反應速率等于最大速率一半時，即v=1/2vmax米氏方程可以表示為Km=[S]，Km的物理意義是當酶促反應初速度達到最大反應速率一半時的底物濃度，單位為濃度單位.Km=(k2+k3)/k1第3頁/共39頁1.不同的酶具有不同的Km值，它是酶的一個重要的物理常數(shù)。只與酶的性質(zhì)有關，與酶的濃度無關。可以用來鑒別酶。米氏常數(shù)Km是酶學研究中的重要數(shù)據(jù)2.Km值表示酶與底物之間的親和程度。

Km大，說明反應速率達到最大反應速率一半時所需的底物濃度高，表示酶同底物親和程度小，酶的催化活性低；

Km小表示親和程度大，酶的催化活性高。第4頁/共39頁米氏常數(shù)Km的求法—雙倒數(shù)作圖法將米氏方程改寫成=0=-1/[S]=-1/Km第5頁/共39頁影響酶促反應速率的其他因素1.pH的影響在一定的pH下，酶具有最大的催化活性，稱此pH值為最適pH第6頁/共39頁pH影響反應速度的原因(1)在不同的pH條件下，酶的活性中心與底物之間形成氫鍵的能力和方向不同。影響了酶-底物過渡態(tài)的形成和穩(wěn)定程度，從而影響反應速率。(2)過高、過低的pH導致酶蛋白變性。第7頁/共39頁第8頁/共39頁酶活力

即酶活性，指酶催化某一化學反應的能力酶活力的大小可以用在一定條件下所催化的某一化學反應的反應速率來表示.

單位時間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的增加量第9頁/共39頁2.溫度的影響1.溫度升高，酶促反應速率加快。通常溫度升高10C,反應速度增加1-2倍。2.溫度升高，酶的高級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失多數(shù)酶有一個最適溫度，在最適溫度下，反應速率最大從動物組織中提取的酶，最適溫度一般為35~40C第10頁/共39頁思考題一、選擇題1.米氏常數(shù)Km是一個用來度量()A、酶和底物親和力大小的常數(shù)B、酶促反應速度大小的常數(shù)C、酶被底物飽和程度的常數(shù)D、酶的穩(wěn)定性的常數(shù)2.某酶今有4種底物(S)，其Km值如下，該酶的最適底物為（）A、S1：Km＝5×10-5MB、S2：Km＝1×10-5MC、S3：Km＝10×10-5MD、S4：Km＝0.1×10-5M第11頁/共39頁思考題二、問答題1.簡述如何測定一個酶的Km值。2.在一個酶促反應中，當?shù)孜餄舛萚S]為米氏常數(shù)Km的0.25倍時，反應速度V與最大速度Vmax的倍數(shù)是什么關系？第12頁/共39頁4.4酶的結(jié)構(gòu)和酶的催化作用機制酶分子的結(jié)構(gòu)特點-酶的活性中心酶活性中心的測定方法酶與底物分子相互作用酶的催化作用機制第13頁/共39頁酶的結(jié)構(gòu)與功能的關系

酶為什么具有催化功能?

它的極大的催化效率和高度的專一性與酶分子結(jié)構(gòu)有何關系?第14頁/共39頁酶的活性中心

酶的催化能力只局限在酶分子的一定區(qū)域，只有少數(shù)特異的氨基酸殘基參與了底物結(jié)合與催化作用，這些特異的氨基酸殘基比較集中的區(qū)域，即與酶活性直接相關的區(qū)域稱為酶的活性部位或活性中心。

酶活性部位在酶分子的總體積中只占相當小的部分，酶活性位點的表面積不超過總表面積的5%。4.4.1酶分子的結(jié)構(gòu)特點

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3.調(diào)控部位：不是酶的活性中心，調(diào)控部位的作用是調(diào)節(jié)酶促反應的速率或方向?？梢耘c底物以外的分子發(fā)生某種程度的結(jié)合，引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對酶起激活或抑制作用。按照酶活性部位的功能，分為1.結(jié)合部位：是活性中心，決定酶的專一性結(jié)合部位在空間形狀和氨基酸殘基組成上有利于與底物形成復合物使參加化學變化的反應基團相互接近并定向。2.催化部位：是活性中心，決定酶的催化能力酶的催化部位與結(jié)合部位重疊或者靠近。催化部位含有多種具有活性側(cè)鏈的氨基酸殘基，如Ser,His,Asp,Cys等，及輔酶和金屬離子。作用是使底物的價鍵發(fā)生形變或極化，降低過渡態(tài)活化能。第16頁/共39頁一個酶的活性中心不是一個點、一條線或一個面，而是一個空間部位。酶活性中心的氨基酸殘基在一級結(jié)構(gòu)上可以相距較遠，但通過肽鍵的盤繞折疊，在空間結(jié)構(gòu)中都處于鄰近位置。第17頁/共39頁酶活性中心的必需基團酶活性中心含有多種不同的基團，其中一些基團是酶的催化活性必需的，稱為必需基團。在酶的催化過程中，這些必需基團與底物分子通過非共價力等方式，起催化作用。第18頁/共39頁酶活性中心的必需基團主要包括親核性基團絲氨酸(Ser)的羥基，半胱氨酸(Cys)的巰基，組氨酸(His)的咪唑基酸堿性基團酸性——門冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)的羧基堿性——賴氨酸(Lys)的氨基，組氨酸(His)的咪唑基弱酸性——半胱氨酸(Cys)的巰基，酪氨酸(Tyr)的酚羥基第19頁/共39頁酶活性中心的測定方法切除法化學修飾法X射線晶體衍射法基因定點突變技術第20頁/共39頁酶活性中心的測定方法-切除法應用專一性蛋白水解酶將酶分子的肽鍵切除一部分，然后測定剩余部分的活性，如果仍有活性，表示被切除的部分中，不包括活性中心。多次排除試驗，推斷活性中心的可能位置。第21頁/共39頁酶活性中心的測定方法-

化學修飾法酶活性中心氨基酸殘基所含的官能團（巰基、氨基、羧基、羥基、咪唑基、胍基等），被化學修飾后，酶的催化活性降低甚至消失，選擇一些試劑，對這些官能團化學修飾，測定修飾后酶的活性，可推斷位于活性中心的氨基酸殘基。第22頁/共39頁酶活性中心的測定方法-

X射線晶體衍射法X射線晶體衍射法是測定酶活性中心最有效的方法。直接測定酶分子的三維結(jié)構(gòu)，根據(jù)酶分子的三維結(jié)構(gòu)及其他有關數(shù)據(jù)，可以確定酶活性中心位置、氨基酸種類和空間結(jié)構(gòu)。需要應用純酶結(jié)晶樣品和先進的X射線衍射儀，測試條件要求高。第23頁/共39頁酶活性中心的測定方法-

基因定點突變技術應用基因定點突變技術，合成出在特定位點上氨基酸殘基不同的酶。通過比較突變酶的活性，推斷出活性中心的位置。第24頁/共39頁酶與底物分子相互作用酶與底物分子之間的作用力靜電引力：如賴氨酸的-NH3+，門冬氨酸的-COO-，能與底物中帶相反電荷的基團相互作用。氫鍵：N,O疏水鍵：酶催化反應中，第一步是酶與底物形成酶-底物中間復合物。當?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學變化后，中間復合物再分解成產(chǎn)物和酶。其中E-S復合物的形成是決定反應速率的關鍵步驟。酶與底物的作用力主要有第25頁/共39頁2.酶與底物分子相互作用的形式及其意義鄰基效應和定向效應與反應過渡態(tài)結(jié)合作用多功能催化作用手性選擇結(jié)合作用第26頁/共39頁鄰基效應：反應的基團需要互相靠近，才能反應。第27頁/共39頁定向效應:

指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確方向。

底物分子結(jié)合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應速率；另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關基團的誘導和定向作用，使底物分子中參與反應的基團相互接近，并被嚴格定向定位，使酶促反應具有高效率和專一性的特點。第28頁/共39頁與反應過渡態(tài)結(jié)合作用反應速率與形成的過渡態(tài)穩(wěn)定性密切相關。過渡態(tài)的形成與底物分子內(nèi)的價鍵張力有關，最容易形成五元環(huán)或六元環(huán)過渡態(tài)的反應，速率比較快。第29頁/共39頁多功能催化作用酶的活性中心部位，含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用。第30頁/共39頁手性選擇結(jié)合作用酶分子活性中心部位，一般都含有多個具有催化活性的手性中心，這些手性中心對底物分子構(gòu)型取向起著誘導和定向的作用，使反應按照單一方向進行。第31頁/共39頁4.4.4酶的催化作用機制酶促反應非酶促反應酶促反應底物底物的過渡態(tài)產(chǎn)物酶-底物中間結(jié)合物ES的過渡態(tài)酶-產(chǎn)物中間物化學反應方向主要取決于反應自由能變化Go反應速率快慢，主要取決于反應活化能Ea第32頁/共39頁酶催化作用的本質(zhì)

酶催化作用的本質(zhì)是酶的活性中心與底物分子通過氫鍵、離子鍵、疏水鍵等非共價力的作用，形成ES反應中間體，降低過渡態(tài)活化能。第33頁/共39頁2.酶催化反應機制類型（1）酸堿催化：過渡態(tài)中質(zhì)子轉(zhuǎn)移的過程。通過酸提供部分質(zhì)子，或通過接受質(zhì)子的作用，達到降低反應活化能的過程。（2）共價催化：催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡中間產(chǎn)物，使反應活化能降低，從而提高反應速率的過程，稱為共價催化。（3）金屬離子催化作用：金屬離子參與酶促反應。第34頁/共39頁酸堿催化過渡態(tài)活化能高，異構(gòu)化速率慢廣義酸堿催化，過渡態(tài)活化能降低，異構(gòu)化速率加快。第35頁/共39頁共價催化

伯胺親核進攻乙酰乙酸中羰基碳原子，脫水，形成西佛堿。西佛堿中氮原子帶有一個正電荷，使電子云密度發(fā)生了有利于脫CO2的變化，從而大大加速了反應的進行。第36頁/共39頁共價催化共價催化的催化劑要有高的親核性能和能形成好的離去基團的能力。酶中參與共價催化的基團主要有：

Asp的羧基,His的咪唑基，Cys的巰基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素TPP