酶和維生素 1

4 19 2020 每一種生物生命過程必須 生命現(xiàn)象是多步反應(yīng) 生理?xiàng)l件下無催化劑許多反應(yīng)進(jìn)行的太慢或不能進(jìn)行 細(xì)胞需要生物催化劑 Biocatalysts 4 19 2020 第三章酶與維生素 P70 4 19 2020 一 酶的概念二 酶的發(fā)展簡(jiǎn)史三 酶的分類四 酶的命名 第一節(jié)酶的概述 P70 4 19 2020 一 酶的概念 生物活細(xì)胞產(chǎn)生的 具有催化能力的以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑 Biocatalysts 二 酶的研究簡(jiǎn)史 酶的發(fā)現(xiàn)與提出1878年巴斯德發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果 出現(xiàn)酶的名稱1897年 Buchner兄弟不含細(xì)胞的酵母汁成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵 提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無關(guān) 而與細(xì)胞液中的酶有關(guān) 1913年 Michaelis和Menten提出了酶促動(dòng)力學(xué)基本原理 米氏學(xué)說 1926年 Sumner刀豆種子脲酶結(jié)晶 首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì) 1982年 Cech對(duì)四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNA具有催化作用 ribozyme 核酶 4 19 2020 三 酶的分類 國(guó)際系統(tǒng)分類法 1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì) EnzymeCommittee EC 根據(jù)酶催化的反應(yīng)類型和機(jī)理 分成六大類 1 氧化 還原酶類 Oxido reductases 主要是氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞的反應(yīng) 脫氫酶類 dehydrogenase 氧化酶類 Oxidase 4 19 2020 A X B A B X 一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上 2 轉(zhuǎn)移 移換 酶類 Transferases 催化化合物中某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移 根據(jù)X分成8個(gè)亞類 轉(zhuǎn)移碳基 酮基或醛基 ?；?糖基 烴基 含氮基 含磷基和含硫基的酶 4 19 2020 3 水解酶類 hydrolases 催化底物的加水分解反應(yīng) 4 裂合 裂解 酶類 Lyase 催化底物分子中非水解性移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng) 4 19 2020 主要包括 醛縮酶 水化酶 脫水酶 及脫氨酶等 4 19 2020 催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化 5 異構(gòu)酶類 Isomerases 常見 消旋和變旋 醛酮異構(gòu) 順反異構(gòu)和變位酶類 6 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過程 4 19 2020 A B ATP H O H A B ADP Pi 6 合成酶類LigasesorSynthetases 連接酶 與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián) 催化C C C O C N以及C S鍵的形成反應(yīng) 丙酮酸 CO2 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶 4 19 2020 乳酸脫氫酶EC1 1 1 27 第1大類 氧化還原酶 第1亞類 氧化基團(tuán)CHOH 第1亞亞類 H受體為NAD 該酶在亞亞類中的流水編號(hào) 酶學(xué)委員會(huì)縮寫 酶的身份證號(hào)碼 編號(hào) EC酶大類號(hào) 亞類號(hào) 底物 亞亞類號(hào) 序號(hào) 4 19 2020 按酶化學(xué)組成分類簡(jiǎn)單蛋白酶和結(jié)合蛋白酶 按酶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類單體酶 寡聚酶 多酶體系和多功能酶 4 19 2020 1 習(xí)慣命名法1 根據(jù)催化底物命名 蛋白酶 淀粉酶 2 根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)命名 水解酶 轉(zhuǎn)氨酶 裂解酶等 3 結(jié)合上述兩個(gè)原則命名 琥珀酸脫氫酶 4 在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來源或其它特點(diǎn) 胃蛋白酶 胰蛋白酶 堿性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶 四 酶的命名 缺點(diǎn) 一酶多名 一名多酶 寫出反應(yīng)難 4 19 2020 2 國(guó)際系統(tǒng)命名法 國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)1961年提出 酶催化的反應(yīng) 丙氨酸 酮戊二酸 谷氨酸 丙酮酸 系統(tǒng)名稱 底物名稱 構(gòu)型 反應(yīng)性質(zhì) 酶 底物不止一個(gè) 全部列出 用冒號(hào) 分隔 習(xí)慣名稱 谷丙轉(zhuǎn)氨酶系統(tǒng)名稱 丙氨酸 酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 ThomsE Barm編 催化水解反應(yīng)的酶 一般可省去底物水 省去反應(yīng)類型 4 19 2020 第二節(jié)酶催化作用的特性 新陳代謝不可缺少 受多種因素調(diào)節(jié)控制 一 與一般催化劑的共性1 用量少而催化效率高 2 穩(wěn)定底物形成過渡態(tài) 降低反應(yīng)的活化能 加速反應(yīng) 3 改變化學(xué)反應(yīng)的速度 不改變化學(xué)反應(yīng)平衡 4 反應(yīng)前后酶本身不變化 酶促反應(yīng) Enzymaticreaction 酶催化的生物化學(xué)反應(yīng) 底物 substrate 由酶催化 發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì) 4 19 2020 1 高效性2 專一性3 反應(yīng)條件溫和4 酶易失活5 酶活力可調(diào)節(jié)控制6 某些酶催化活力與輔酶 輔基及金屬離子有關(guān) 7 酶促反應(yīng)無副反應(yīng) 二 生物催化劑的特性 4 19 2020 1 高效性 酶顯著降低反應(yīng)活化能 4 19 2020 4 19 2020 提高反應(yīng)速度10 101 倍 非酶催化劑 或108 1020倍 非催化反應(yīng) 例如 65 C條件下 1克結(jié)晶 淀粉酶可催化2噸淀粉水解 一餐飯?jiān)?7 C下的消化 無催化劑需50年 消化酶消化3 4小時(shí) 4 19 2020 概念 2 專一性 Specificity 例如 蛋白酶催化蛋白質(zhì)的水解 核酸酶催化核酸的水解 又稱特異性 是指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對(duì)底物嚴(yán)格的選擇性 即酶只能催化某一種或某一類化學(xué)反應(yīng) 指一種酶只能作用于某一種或某一類 結(jié)構(gòu)性質(zhì)相似 特定底物 4 19 2020 酶的專一性類型 酶的專一性 結(jié)構(gòu)專一性 立體異構(gòu)專一性 相對(duì)專一性 絕對(duì)專一性 4 19 2020 結(jié)構(gòu)專一性 A 絕對(duì)專一性 Absolutespecificity 對(duì)底物要求非常嚴(yán)格 只作用于一個(gè)特定的底物 脲酶 4 19 2020 B 相對(duì)專一性 RelativeSpecificity 酶的作用對(duì)象是一類化合物或一類化學(xué)鍵 族 group 專一性 對(duì)鍵兩端的基團(tuán)要求的程度不同 只對(duì)其中一個(gè)基團(tuán)要求嚴(yán)格 胰蛋白酶 4 19 2020 葡萄糖苷酶 催化由 葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解 對(duì)糖苷另一端沒有嚴(yán)格要求 鍵 Bond 專一性 對(duì)于鍵兩端的基團(tuán)沒有嚴(yán)格的要求 酯酶 4 19 2020 底物具有旋光異構(gòu)體時(shí) 酶只能作用于其中一種 A 旋光異構(gòu)專一性 立體化學(xué) 異構(gòu) 專一性StereochemicalSpecificity stereospecificity B 幾何異構(gòu)專一性 淀粉酶只能選擇性水解D 葡萄糖形成的1 4 糖苷鍵 L 氨基酸氧化酶只能催化L 氨基酸氧化 乳酸脫氫酶只對(duì)L 乳酸專一 酶只能選擇性催化幾何異構(gòu)體的一種構(gòu)型 延胡索酸水合酶 4 19 2020 一般在常溫 常壓和接近中性的酸堿度 pH5 8 水溶液中進(jìn)行 反應(yīng)溫度范圍為20 40 C 3 反應(yīng)條件溫和 4 酶易失活 酶高度不穩(wěn)定 凡能使蛋白質(zhì)變性的因素 如強(qiáng)酸 強(qiáng)堿高溫等 都能使酶破壞而完全失去活性 4 19 2020 酶活力可調(diào)節(jié)控制 酶和代謝物的區(qū)域化分布 酶活性的調(diào)節(jié) 6 某些酶催化活力與輔酶 輔基及金屬離子有關(guān) 7 酶促反應(yīng)無副反應(yīng) 酶原激活 共價(jià)修飾 變構(gòu)調(diào)節(jié)和酶含量的調(diào)節(jié) 合成的誘導(dǎo) 阻遏和降解 代謝物對(duì)酶活性的抑制和激活 激素調(diào)節(jié) 4 19 2020 一 酶的化學(xué)本質(zhì)1 大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 1926年J B Sumner刀豆脲酶結(jié)晶證明其為蛋白質(zhì) 提出酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì) m水解的產(chǎn)物是氨基酸 使蛋白質(zhì)變性的因素也能使酶變性 酶具有兩性解離和等電點(diǎn)性質(zhì) 不能透過半透膜 和蛋白質(zhì)具有相同的顏色反應(yīng) 第三節(jié)酶的組成 酶是蛋白質(zhì)的證據(jù) 2 ribozyme 核酶 1982年T Cech第1個(gè)有催化活性的天然RNA 以后Altman和Pace等又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了真正的RNA催化劑 核酶的發(fā)現(xiàn)不僅表明酶不一定都是蛋白質(zhì) 還促進(jìn)了有關(guān)生命起源 生物進(jìn)化等問題的進(jìn)一步探討 4 19 2020 單純酶 simpleenzyme 氨基酸 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定活性 二 酶的化學(xué)組成 各種水解酶 蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶等 全酶 holoenzyme 酶蛋白 apoenzyme 脫輔酶 apoprotein 結(jié)合酶 conjugatedenzyme 氨基酸 主要決定酶催化專一性 輔因子 cofacor 金屬離子或有機(jī)小分子化合物 常作為電子 原子或某些化學(xué)基團(tuán)的栽體 只有結(jié)合了輔助因子后 才表現(xiàn)出酶的活性 決定酶催化的催化性 4 19 2020 金屬離子為輔助因子 金屬酶 金屬離子為酶的一部分 輔基 金屬激活劑 金屬離子的作用 酶反應(yīng)中的催化作用 參與三元絡(luò)合物 E M S 的形成 穩(wěn)定酶蛋白構(gòu)象 氧化還原作用 金屬激活酶 羧肽酶 Zn 2 和黃嘌呤氧化酶 Mo 6 各種激酶和核酸酶 Mg2 小分子有機(jī)化合物為輔助因子 輔基或輔酶的作用 傳遞電子 氫或基團(tuán) 輔基 prostheticgroup 與酶蛋白共價(jià)緊密結(jié)合 不容易被透析或超濾法除去 如黃素和生物素等輔基 輔酶 coenzyme 與酶蛋白非共價(jià)鍵疏松結(jié)合 容易被透析或超濾法除去 如TPP NAD等 4 19 2020 4 19 2020 1 單體酶 最高結(jié)構(gòu)為三級(jí)結(jié)構(gòu) 2 寡聚酶 最高結(jié)構(gòu)為四級(jí)結(jié)構(gòu) 3 多酶復(fù)合物 multienzymesystem 功能相關(guān) 不同種類的酶非共價(jià)彼此聚合形成的復(fù)合物 多酶體系 第五節(jié)酶的結(jié)構(gòu)及其催化作用機(jī)制 一 酶的結(jié)構(gòu)一般球狀蛋白 具有一 二 三 四級(jí)結(jié)構(gòu) 一個(gè)連續(xù)反應(yīng)鏈的一系列順序反應(yīng)中 催化某一底物經(jīng)過一系列化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成最終產(chǎn)物 4 多功能酶 multifunctionalenzyme 或串聯(lián)酶 tandemenzyme 4 19 2020 多酶復(fù)合物 EAB EBC ECD EDE EEF EFG EGH EHP 游離可溶型 可溶型多酶復(fù)合體 膜結(jié)合多酶復(fù)合體 多酶復(fù)合物的進(jìn)化 4 19 2020 主要結(jié)構(gòu)化的多酶復(fù)合體 丙酮酸脫氫酶系 脂肪酸合成酶復(fù)合體等 丙酮酸脫氫酶系 E coli 包括丙酮酸脫氫酶 E 硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰酶 E 二氫硫辛酰脫氫酶 E 4 19 2020 活性中心 底物 肽鏈 二 酶的活性中心 activecenter 4 19 2020 2 主要特征 1 相對(duì)酶整個(gè)體積 活性部位占據(jù)空間很小 2 位于酶分子特定空間結(jié)構(gòu)區(qū)域 分子表面的一部分區(qū)域 常位于酶蛋白兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或亞基之間裂隙 或蛋白質(zhì)分子表面凹槽 1 概念 酶分子中直接與底物結(jié)合 并和酶催化作用直接有關(guān)的部位 4 19 2020 3 組成 一條或幾條多肽鏈上空間位置比較靠近的氨基酸殘基或其基團(tuán) 4 二個(gè)功能部位 結(jié)合部位 結(jié)合底物 多通過相對(duì)弱的力 結(jié)合特異性取決于活性部位精確原子排列 催化部位 催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 包括 COOH NH2 OH SH和咪唑基等 輔助因子參與酶活性中心 4 19 2020 一些酶活性中心的氨基酸殘基 酶殘基總數(shù)活性中心殘基牛胰核糖核酸酶124His12 His119 Lys41溶菌酶129Asp52 Glu35牛胰凝乳蛋白酶245His57 Asp102 Ser195牛胰蛋白酶238His46 Asp90 Ser183木瓜蛋白酶212Cys25 His159彈性蛋白酶240His45 Asp93 Ser188枯草桿菌蛋白酶275His46 Ser221碳酸酐酶258His93 Zn His95 His117 4 19 2020 His57 Asp102 Ser195 Cleftforbindingextendedsubstrates 催化三聯(lián)體 胰凝乳蛋白酶 4 19 2020 催化三聯(lián)體 4 19 2020 serineprotease 胰凝乳蛋白酶 245 His57 Asp102 Ser195 胰蛋白酶 238 His46 Asp90 Ser183 彈性蛋白酶 240 His45 Asp93 Ser188 ValVal 4 19 2020 S S 活性中心 結(jié)合部位 催化部位 4 19 2020 3 酶活性的必需基團(tuán) essentialgroup 概念 間接或直接與酶催化活性相關(guān)的多肽鏈上某些氨基酸殘基的功能基團(tuán) 這些基團(tuán)若經(jīng)化學(xué)修飾改變 則酶活性喪失 類型 4 19 2020 多肽鏈 底物分子 酶活性中心 催化基團(tuán) 結(jié)合基團(tuán) 活性中心必需基團(tuán) 活性中心以外必需基團(tuán) 4 19 2020 酶降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能 使活化分子數(shù)增多 加快反應(yīng)速度 酶促反應(yīng)的能力學(xué)基礎(chǔ) 三 酶的催化作用機(jī)制 1 化學(xué)反應(yīng)速率的依賴因素 分子間碰撞頻率 有效碰撞分子的百分?jǐn)?shù) 2 促使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的途徑 加熱或光照 為反應(yīng)體系提供能量 使用催化劑降低反應(yīng)活化能 3 酶的催化作用與分子活化能 4 19 2020 中間產(chǎn)物學(xué)說 酶的催化作用機(jī)制 1 中間產(chǎn)物學(xué)說 4 19 2020 酶與底物結(jié)合特點(diǎn) 1 底物只與酶的活性中心結(jié)合 2 可逆 非共價(jià)的結(jié)合 3 酶與底物通過一種模式進(jìn)行結(jié)合 中間產(chǎn)物存在的證據(jù) 同位素32P標(biāo)記底物法 磷酸化酶與葡萄糖結(jié)合 吸收光譜法 過氧化物酶與過氧化氫結(jié)合 4 19 2020 1890 Fischer 酶的活性中心結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)互相吻合 緊密結(jié)合成中間絡(luò)合物 鎖 鑰 2 直接契合 directfit 模式 1890年 EmilFischer 鎖鑰學(xué)說 酶和底物是鎖與鑰匙似的剛性關(guān)系 4 19 2020 S E E S復(fù)合物 a b c a b c 3 誘導(dǎo)契合 inducedfit 模式 1958 Koshland誘導(dǎo)契合學(xué)說 E S 活性部位構(gòu)象變化以適應(yīng)底物的結(jié)合 4 19 2020 酶活性中心結(jié)構(gòu)是柔性的 當(dāng)?shù)孜?激活劑或抑制劑 與酶分子結(jié)合時(shí) 底物分子誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生有利于與底物結(jié)合的變化 使反應(yīng)所需催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)正確排列和定向 轉(zhuǎn)入有效的作用位置 使酶與底物完全吻合 契合形成中間產(chǎn)物酶 底物復(fù)合物 誘導(dǎo)契合假說 induced fithypothesis 4 19 2020 1 趨近定向效應(yīng) 酶將2個(gè)底物拉近 以準(zhǔn)確的方向碰撞 實(shí)際上是將分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)的反應(yīng) 4 使酶具有高催化效率的因素 酶 酶分子形成活性中心 與底物結(jié)合 提供各種功能基團(tuán) 使分子間催化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿觾?nèi)催化反應(yīng) 酶與底物結(jié)合過程中 底物分子從稀溶液中密集到活性中心 并使其催化基團(tuán)與底物反應(yīng)基團(tuán)之間正確定向排列 4 19 2020 穩(wěn)定底物 電荷等相互作用 底物張力變形激活形成過渡態(tài) 2 張力 與 形變 效應(yīng) 酶與底物結(jié)合 酶分子使底物分子某些鍵鍵能減弱 鍵扭曲 底物分子變形 降低反應(yīng)活化能 4 19 2020 3 酸 堿催化 廣義酸堿催化 Bronsted的酸堿定義 通過暫時(shí)提供 或接受 一個(gè)質(zhì)子 穩(wěn)定過渡態(tài) 加速反應(yīng) 反應(yīng)物提供質(zhì)子 作為堿 或從反應(yīng)物奪取質(zhì)子 作為酸 蛋白質(zhì)中酸或堿性基團(tuán) 氨基 羧基 咪唑基 巰基和酚基等 影響酸堿催化反應(yīng)速度因素 酸或堿強(qiáng)度 pK 質(zhì)子傳遞速度 His的咪唑基最活躍 4 19 2020 酶活性中心廣義酸堿基團(tuán) 4 19 2020 溶菌酶酸 堿催化反應(yīng)示意圖 4 19 2020 廣義酸催化 廣義堿催化 結(jié)合基團(tuán) 4 19 2020 4 共價(jià)催化 酶分子活性基團(tuán)與底物以共價(jià)鍵結(jié)合 形成過渡態(tài)來加速反應(yīng) 親核催化 帶有多電子的原子如O S和N 可提供電子去攻擊底物上相對(duì)帶正電子的原子 如羰基碳 親核攻擊 親電催化 是由親電試劑 具有接受電子對(duì)的原子 引起的催化反應(yīng) 是親核催化的反過程 Lewis的酸堿電子理論 酸 可接受電子對(duì)物質(zhì) 親電物質(zhì) 堿 可提供電子對(duì)物質(zhì) 親核物質(zhì) 共價(jià)催化又稱親核或親電子催化 實(shí)際上也是酸堿催化 4 19 2020 Ser OH Cys SH His 咪唑基 親核物質(zhì) 親電物質(zhì) 4 19 2020 5 表面效應(yīng)或疏水性 口袋 效應(yīng) 疏水口袋 肽鏈 底物 4 19 2020 酶與底物過渡態(tài)互補(bǔ) 酶與底物過渡態(tài)互補(bǔ) 親合力最強(qiáng) 釋放出結(jié)合能使ES過渡態(tài)能級(jí)降低 有利于底物分子跨越能壘 加速酶促反應(yīng)速度 酶的多元催化作用 多個(gè)基元催化形式的協(xié)同作用 4 19 2020 His57 Asp102 Ser195 Cleftforbindingextendedsubstrates 245 His57 Asp102 Ser195 胰凝乳蛋白酶 4 19 2020 胰凝乳蛋白酶 4 19 2020 敏感鍵羰基C定向接近Ser195羥基O 4 19 2020 His57奪走Ser195羥基H Ser195羥基O親核攻擊敏感鍵羰基C形成帶氧陰離子的四面體中間物 轉(zhuǎn)換態(tài) 氧陰離子洞 氧陰離子與Ser195 Gly193酰胺H形成氫鍵使轉(zhuǎn)換態(tài)穩(wěn)定 4 19 2020 His57作為酸催化劑為敏感鍵 提供質(zhì)子 肽鍵斷裂 胺釋放 生成?；?酶中間物 4 19 2020 Water thesecondsubstratethenenterstheactivesite 水為His57提供質(zhì)子 羥基 親核攻擊羰基 形成帶氧陰離子的四面體中間物 氧陰離子洞 氧陰離子與Ser195 Gly193酰胺H形成氫鍵使之穩(wěn)定 4 19 2020 4 19 2020 His57作為酸催化劑為Ser195羥基O提供質(zhì)子 四面體中間物鍵斷裂 生成羧酸化合物 4 19 2020 游離酶重新形成 4 19 2020 四 雙底物反應(yīng) A B P Q 2個(gè)底物2個(gè)產(chǎn)物稱 BiBi 反應(yīng) 二種類型 序列反應(yīng) 有序 隨機(jī) 乒乓反應(yīng) 4 19 2020 序列反應(yīng) 4 19 2020 乒乓反應(yīng) 4 19 2020 乒乓反應(yīng) 4 19 2020 4 19 2020 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素 第六節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 4 19 2020 產(chǎn)物 0時(shí)間 酶促反應(yīng)速度逐漸降低 酶促反應(yīng)的時(shí)間進(jìn)展曲線 反應(yīng)速度 單位時(shí)間內(nèi)底物減少或產(chǎn)物增加的速度 常用初速度來衡量 初速度 4 19 2020 影響酶促反應(yīng)速度的因素 底物濃度 S 酶濃度 E 反應(yīng)溫度pH值激活劑抑制劑 4 19 2020 一 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 當(dāng) S 很低時(shí) S 與v 成比例 一級(jí)反應(yīng)當(dāng) S 較高時(shí) S 與v 不成比例 混合級(jí)反應(yīng)當(dāng) S 很高時(shí) S v不變 零級(jí)反應(yīng) Vm v S 1 矩形雙曲線 4 19 2020 底物飽和現(xiàn)象 底物濃度較高時(shí) 反應(yīng)速度不再隨底物濃度增加而增加 達(dá)到最大反應(yīng)速度 中間產(chǎn)物學(xué)說解釋 在酶濃度和其它條件不變情況下 增加底物濃度可增加反應(yīng)速度 當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)出現(xiàn)底物飽和現(xiàn)象 底物濃度很低時(shí) 中間產(chǎn)物濃度不斷增高 底物濃度較高時(shí) 不會(huì)生成更多中間產(chǎn)物 有多余酶與底物結(jié)合 隨底物濃度增加 中間產(chǎn)物濃度不斷增高 溶液中所有酶的活性中心被底物占據(jù) 酶全部與底物結(jié)合成中間產(chǎn)物 雖增加底物濃度也不會(huì)生成更多中間產(chǎn)物 4 19 2020 S v Km v Vm Km S v Vm K2 E 2 米 曼氏方程 Michaelis Mentenequation 4 19 2020 1 米 曼氏方程解釋 當(dāng) S Km時(shí) v Vmax Km S 即v正比于 S 當(dāng) S Km時(shí) v Vmax 即 S 而v不變 2 米 曼氏方程成立條件 初速度為標(biāo)準(zhǔn)單底物穩(wěn)態(tài) steadystate 4 19 2020 游離酶濃度 E ES ES生成速度 k1 E ES S ES分解速度 k2 ES k3 ES 當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí) ES生成速度 ES分解速度k1 E ES S k2 ES k3 ES 3 推導(dǎo)方程 4 19 2020 Km v 因v k3 ES 當(dāng)所有E被S飽和時(shí) 即達(dá)到最大速度 此時(shí) ES E Vmax k3 E 代入上式 k1 K2 k3 4 19 2020 1 Km的意義1 Km值等于最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度2 Km值是酶的特征性常數(shù)之一 Km值范圍在10 6 10 2mol L3 k2 k3時(shí)Km可用來表示酶對(duì)底物的親和力大小 Km與酶對(duì)底物親和力大小成反比 3 Km的意義 4 19 2020 當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的90 則 90 V 100 V S km S 即 S 9km 在進(jìn)行酶活力測(cè)定時(shí) 通常用4km的底物濃度即可 4 從km的大小 推測(cè)正確測(cè)定酶活力時(shí)所需的底物濃度 4 19 2020 5 km推斷某一代謝物在體內(nèi)可能的代謝途徑 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙醛 乳酸脫氫酶 1 7 10 5 丙酮酸脫氫酶 1 3 10 3 丙酮酸脫羧酶 1 0 10 3 當(dāng)丙酮酸濃度較低時(shí) 代謝走哪條途徑?jīng)Q定于km最小的酶 4 19 2020 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖直接求得 先測(cè)定不同底物濃度的反應(yīng)初速度 v 從v與 S 的關(guān)系曲線求得Vm 然后再?gòu)? 2Vm求得相應(yīng)的 S 即為km 近似值 4 Km值與Vmax值測(cè)定 v 012345678 10 6 Km值 Vm S 4 19 2020 雙倒數(shù)作圖法 林 貝氏 Lineweaver Burk 作圖法 1934 1 V 1 Km 斜率 Km Vmax 1 Vmax 1 S 0 4 19 2020 二 酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響 當(dāng) S E 式中Km可以忽略不計(jì) k2 E 在有足夠底物和其他條件不變的情況下 v k E 反應(yīng)速度與酶濃度成正比 4 19 2020 三 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 溫度對(duì)唾液淀粉酶活性的影響 酶的最適溫度 酶活性最高時(shí)的溫度 也即酶的催化效率最高 酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的溫度 植物 40 50 動(dòng)物 35 40 嗜熱細(xì)菌 TaqDNA聚合酶70 93 不失活用于PCR 兩種影響 1 最適溫度前 溫度升高 活化分子數(shù)增多 反應(yīng)速度加快 2 最適溫度后 溫度升高 熱變性速度加快 最適溫度 4 19 2020 四 pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 最適pH optimumpH 1 最適pH 表現(xiàn)出酶最大活性的pH值 2 偏離最適pH 酶活性降低 過酸 過堿酶變性失活 3 pH穩(wěn)定性在一定的pH范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定的 4 19 2020 pH對(duì)酶作用的影響機(jī)制 1 影響酶活性基團(tuán)的解離 影響底物的解離 2 環(huán)境過酸 過堿使酶變性失活 最適溫度 最適pH不是酶的特征常數(shù) 會(huì)受到酶的濃度 底物以及緩沖液的種類等因素的影響 4 19 2020 五 激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 1 激活劑 凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì) 如 金屬離子 Mg2 K Mn2 陰離子 Cl 有機(jī)物 膽汁酸鹽2 分類 必需激活劑 使酶活性由無變有例如 Mg2 對(duì)己糖激酶非必需激活劑 使酶活性顯著增加例如 Cl 對(duì)淀粉酶 4 19 2020 使酶必需基團(tuán)或活性部位基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)改變而降低酶活力甚至使酶失活 六 抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 抑制作用 間接或直接地影響酶的活性中心 使酶活性降低或喪失 抑制劑 I 降低酶活性而不引起酶蛋白變性的物質(zhì) 4 19 2020 I EI 4 19 2020 不可逆抑制劑的作用 可逆抑制劑的作用 抑制程度是由酶與抑制劑之間的親和力大小 抑制劑的濃度以及底物的濃度決定 4 19 2020 抑制劑與酶必需基團(tuán)以牢固共價(jià)鍵結(jié)合 使酶喪失活性 不能用透析超濾等物理方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性 1 不可逆抑制 irreversibleinhibition 抑制劑與酶的結(jié)合是不可逆的 無I 不可逆抑制劑 4 19 2020 例1 巰基酶的抑制 SHSE Hg2 EHg 2H SHS SHClSE As CH CHClEAs CH CHCl 2HClSHClS 路易士氣 4 19 2020 SEHg S COONaCHSHCHSHCOONa SHE HgSH COONaCHSCHSCOONa 二巰基丁二酸鈉 解毒方法 4 19 2020 有機(jī)磷化合物羥基酶磷?；?失活 ROOROOROXROO E P E OHP HX 例2 羥基酶的抑制 羥基酶 絲氨酸側(cè)鏈羥基為必需基團(tuán) 敵百蟲 敵敵畏 對(duì)硫磷 4 19 2020 常見不可逆抑制劑 有機(jī)磷化合物 有機(jī)汞 砷化合物 重金屬鹽 烷化試劑 氰化物 等 4 19