王鏡巖生化4-酶2ppt課件

1、 酶是非常有效的和特異性高的生物催化劑。酶催化反響條件溫暖、常溫、酶是非常有效的和特異性高的生物催化劑。酶催化反響條件溫暖、常溫、常壓。酶催化的反響比相應(yīng)的沒(méi)有催化劑的反響快常壓。酶催化的反響比相應(yīng)的沒(méi)有催化劑的反響快1031017倍。例如在倍。例如在0時(shí)，時(shí)，1mol過(guò)氧化氫酶能使過(guò)氧化氫酶能使5106 mol H2O2分解為分解為H2O和和O2；而在同樣條件；而在同樣條件下，每克離子鐵只能使下，每克離子鐵只能使6104mol H2O2分解，酶比鐵離子快了分解，酶比鐵離子快了1010倍。倍。 酶作用的特異性分為絕對(duì)特異性、相對(duì)特異性和立體異構(gòu)特異性。酶作用的特異性分為絕對(duì)特異性、相對(duì)特異性和

2、立體異構(gòu)特異性。 絕對(duì)特異性是指酶只能催化一種或兩種構(gòu)造極類似的化合物的反響，如絕對(duì)特異性是指酶只能催化一種或兩種構(gòu)造極類似的化合物的反響，如脲酶只水解尿素。而相對(duì)特異性是指酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，脲酶只水解尿素。而相對(duì)特異性是指酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，如脂肪酶或酯酶催化酯鍵水解，對(duì)酯鍵兩側(cè)的基團(tuán)要求不嚴(yán)厲，對(duì)很多有機(jī)如脂肪酶或酯酶催化酯鍵水解，對(duì)酯鍵兩側(cè)的基團(tuán)要求不嚴(yán)厲，對(duì)很多有機(jī)酸和醇或酚構(gòu)成的酯鍵都能水解。酸和醇或酚構(gòu)成的酯鍵都能水解。 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 186

3、0 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)步驟純化數(shù)據(jù)豬腎氨基酰化酶各個(gè)步驟純化數(shù)據(jù)無(wú)催化無(wú)催化催化催化反響劑反響劑產(chǎn)物產(chǎn)物自自由由能能活化能活化能過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài)自在能變化自在能變化自自由由能能 縱坐標(biāo)表示自在能縱坐標(biāo)表示自在能G，橫坐標(biāo)為反響過(guò)程。從圖中，橫坐標(biāo)為反響過(guò)程。從圖中可以看到，可以看到，S和和P都含有一定的自在能，即處于稱為基態(tài)的一都含有一定的自在能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的形狀。種穩(wěn)定的形狀。S和和P之間的平衡反映了它們的基態(tài)自在能的之間的平衡反映了它們的基態(tài)自在

4、能的差別，它們之間存在著象座差別，它們之間存在著象座“ 山山 的能障，反響的底物必的能障，反響的底物必需提高能量程度才干跨越能障。需提高能量程度才干跨越能障。 “ 山山 頂處稱為過(guò)渡態(tài)，由于具有過(guò)渡態(tài)能量的分子可頂處稱為過(guò)渡態(tài)，由于具有過(guò)渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為以轉(zhuǎn)化為 S 或或 P。從反響物的基態(tài)到達(dá)過(guò)渡態(tài)所需求的能量。從反響物的基態(tài)到達(dá)過(guò)渡態(tài)所需求的能量稱為反響的活化能。稱為反響的活化能。SP的活化能用的活化能用G0 SP，PS的活的活化能用化能用G0 PS表示。而表示。而G0 代表由代表由S到到P的整個(gè)規(guī)范自在的整個(gè)規(guī)范自在能變化。一個(gè)底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必需抑制活化能障，升高反能變化。一個(gè)

5、底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必需抑制活化能障，升高反響溫度可以添加具有抑制活化能障的底物分子數(shù)，但活化能響溫度可以添加具有抑制活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒(méi)有降低。并沒(méi)有降低。子轉(zhuǎn)移的理想的基團(tuán)。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在子轉(zhuǎn)移的理想的基團(tuán)。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充任酸堿催化劑，由于這些羧基解某些酶中也可以充任酸堿催化劑，由于這些羧基解離的離的pK值近似為值近似為4。酶濃度酶濃度反反響響速速度度酶濃度固定，反響速度與底物濃度之間的關(guān)系酶濃度固定，反響速度與底物濃度之間的關(guān)系底物濃度底物濃度零級(jí)反響零級(jí)反響一級(jí)反響一級(jí)反響 cat的單位是的單位是s1。 cat的倒數(shù)是完成一個(gè)催化過(guò)程所需的

6、倒數(shù)是完成一個(gè)催化過(guò)程所需求的時(shí)間，所以催化常數(shù)可以衡量一個(gè)酶促反響的快慢。求的時(shí)間，所以催化常數(shù)可以衡量一個(gè)酶促反響的快慢。1 cat EtotalESS Km 4.5 1 ES從方程從方程4.5：KmESEtotalESS ESKmSEtotalS酶對(duì)葡萄糖的親和性更高，葡萄糖就稱之為己糖激酶的天酶對(duì)葡萄糖的親和性更高，葡萄糖就稱之為己糖激酶的天然底物。然底物。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑一與酶結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑一與酶結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合，所以說(shuō)底物、抑制劑與酶的結(jié)合是競(jìng)爭(zhēng)性的。所以說(shuō)底物、抑制劑與酶的結(jié)合是競(jìng)爭(zhēng)性的。 只需底物濃度濃度足夠大，酶依然可以被底物飽和，只需底物濃

7、度濃度足夠大，酶依然可以被底物飽和，就象沒(méi)有抑制劑存在時(shí)一樣，即最大反響速度該當(dāng)是不就象沒(méi)有抑制劑存在時(shí)一樣，即最大反響速度該當(dāng)是不變的。變的。 因此在有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在下，因此在有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在下， Vmax不變，但不變，但Km 添加。添加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的競(jìng)爭(zhēng)性，這是由于酶作用的吲哚是胰凝乳蛋白酶的競(jìng)爭(zhēng)性，這是由于酶作用的底物底物Trp的側(cè)鏈中含有吲哚基。的側(cè)鏈中含有吲哚基。-由病毒由病毒RNA模板合成模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。的逆轉(zhuǎn)錄酶。 另外，磺胺藥是以對(duì)氨基苯磺酰胺為主要成分的消另外，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，它的構(gòu)造非常類似于細(xì)菌生長(zhǎng)繁衍所炎藥殺菌藥

8、，它的構(gòu)造非常類似于細(xì)菌生長(zhǎng)繁衍所需求的葉酸中對(duì)氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的需求的葉酸中對(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，所以磺胺藥與葉酸競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合二氫催化下生成二氫葉酸，所以磺胺藥與葉酸競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)葉酸合成酶，因此磺胺藥是細(xì)菌二氫葉酸合成酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。性抑制劑。 人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以根本上不人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以根本上不受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸。受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸?；前匪幹械闹饕煞只前匪幹械闹饕煞?葉葉 酸酸 胃蛋白酶胃蛋白酶鐘形曲線鐘形曲線內(nèi)在途徑內(nèi)在途

9、徑外在途徑外在途徑血管損傷血管損傷組織因子組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白交聯(lián)的血纖維蛋白胰蛋白酶結(jié)合部位的入口處有兩個(gè)甘氨酸殘基，而在胰蛋白酶結(jié)合部位的入口處有兩個(gè)甘氨酸殘基，而在彈性蛋白酶的入口處是比甘氨酸大得多的纈氨酸和蘇彈性蛋白酶的入口處是比甘氨酸大得多的纈氨酸和蘇氨酸殘基圖氨酸殘基圖c。 參與激活劑可以使參與激活劑可以使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，并提值，并提高酶的活性。假設(shè)參與抑制劑，可以明顯地提高高酶的活性。假設(shè)參與抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降低。值，并使酶的活性降低。象。象。序變模型是近年來(lái)更為普遍運(yùn)用的模型。其主要序變

10、模型是近年來(lái)更為普遍運(yùn)用的模型。其主要是根據(jù)這樣一種想象，即一個(gè)配體可以誘導(dǎo)它要結(jié)是根據(jù)這樣一種想象，即一個(gè)配體可以誘導(dǎo)它要結(jié)合的亞基的三級(jí)構(gòu)造的變化。這個(gè)亞基合的亞基的三級(jí)構(gòu)造的變化。這個(gè)亞基-配體復(fù)合體配體復(fù)合體又可以改動(dòng)相鄰亞基的構(gòu)象。這一模型特別強(qiáng)調(diào)對(duì)又可以改動(dòng)相鄰亞基的構(gòu)象。這一模型特別強(qiáng)調(diào)對(duì)于配體只需一種外形是親和力最高的，但與齊變模于配體只需一種外形是親和力最高的，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低親和力的亞基圖存在著高親和力和低親和力的亞基圖b。齊齊變變模模型型曲線。曲線。CTP使酶對(duì)天冬氨酸的使

11、酶對(duì)天冬氨酸的Km值明顯增大，但并值明顯增大，但并沒(méi)有改動(dòng)沒(méi)有改動(dòng)Vmax，所以，所以CTP是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，它是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來(lái)的使得原來(lái)的S曲線曲線更為明顯，闡明天冬氨酸結(jié)合更為明顯，闡明天冬氨酸結(jié)合ATCase的過(guò)程中具有更的過(guò)程中具有更大的協(xié)同性。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，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。降低了底物對(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。丙酮酸脫氫酶催化葡萄糖降解中的一步關(guān)鍵反響，丙酮酸脫氫酶催化葡萄糖降解中的一步關(guān)鍵反響，丙酮酸脫羧生成乙酰輔酶丙酮酸脫羧生成乙酰輔酶A和

12、二氧化碳。這個(gè)反響將和二氧化碳。這個(gè)反響將酵解途徑與檸檬酸循環(huán)聯(lián)絡(luò)起來(lái)。丙酮酸脫氫酶的磷酵解途徑與檸檬酸循環(huán)聯(lián)絡(luò)起來(lái)。丙酮酸脫氫酶的磷酸化使脫氫酶失活。磷酸化的丙酮酸脫氫酶可以經(jīng)過(guò)酸化使脫氫酶失活。磷酸化的丙酮酸脫氫酶可以經(jīng)過(guò)酶中磷酸絲氨酸殘基水解而恢復(fù)活性，反響是由丙酮酶中磷酸絲氨酸殘基水解而恢復(fù)活性，反響是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受Ca2+激活。激活。 有活性 脫磷酸H2M2、HM3和和M4骨骼肌中，它們都催化丙酮酸骨骼肌中，它們都催化丙酮酸復(fù)原成乳酸或其逆反響。各組織器官中復(fù)原成乳酸或其逆反響。各組織器官中LDH同工酶的同工酶的分布及含量不

13、同，各有其特定的分布酶譜。分布及含量不同，各有其特定的分布酶譜。同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反響的調(diào)理具有重同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反響的調(diào)理具有重要的意義。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，它對(duì)丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器，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。在臨床上可根據(jù)官上的特異性。在臨床上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷酶譜的變化診斷疾病。疾病。 要點(diǎn)歸納要點(diǎn)歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有酶是生物催化劑

14、。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反響的特異性，以及可調(diào)理性。除了某些底物和反響的特異性，以及可調(diào)理性。除了某些RNA之外，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響類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、以按照它們催化的反響類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。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(cè)比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測(cè)定是酶純化的監(jiān)測(cè)目的，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶定是酶純化的監(jiān)測(cè)目的，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，

15、酶的純度越高。的純度越高。 3. 酶也和其他催化劑一樣，可以經(jīng)過(guò)降低反響的活化酶也和其他催化劑一樣，可以經(jīng)過(guò)降低反響的活化能來(lái)提高反響速度，使反響快速到達(dá)平衡點(diǎn)，但酶不能改能來(lái)提高反響速度，使反響快速到達(dá)平衡點(diǎn)，但酶不能改動(dòng)平衡點(diǎn)。動(dòng)平衡點(diǎn)。 4. 酶活性部位是一個(gè)具有三維構(gòu)造的疏水裂隙，除了含有疏酶活性部位是一個(gè)具有三維構(gòu)造的疏水裂隙，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，極性氨基酸經(jīng)常參與酶的催化反響。酶活性部位的可離子化和可反響的氨經(jīng)常參與酶的催化反響。酶活性部位的可離子化和可反響的氨基酸殘基構(gòu)成酶的催化中心?；釟埢?/p>

16、構(gòu)成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個(gè)主要方式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催酶催化的兩個(gè)主要方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，而堿接納質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接納質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反響進(jìn)展；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共以促進(jìn)反響進(jìn)展；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合構(gòu)成反響的中間產(chǎn)物。價(jià)結(jié)合構(gòu)成反響的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反響速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。酶促反響速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反響物濃度底物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的

17、反響物濃度急劇增高，將大大加速酶促反響的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一急劇增高，將大大加速酶促反響的速度。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)孜锏竭_(dá)過(guò)渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜锏竭_(dá)過(guò)渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底物的親和力最大，使反響活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。物的親和力最大，使反響活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 7. 酶動(dòng)力學(xué)測(cè)定經(jīng)常是測(cè)定反響的起始速度。酶促反響的第一酶動(dòng)力學(xué)測(cè)定經(jīng)常是測(cè)定反響的起始速度。酶促反響的第一步是構(gòu)成非共價(jià)的酶步是構(gòu)成非共價(jià)的酶-底物復(fù)合物。酶促反響相對(duì)于酶濃度是底物復(fù)合物。酶促反響相對(duì)于酶濃度是一級(jí)反響，相對(duì)于底物濃度的變化表現(xiàn)出典型的雙

18、曲線特征。一級(jí)反響，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)到達(dá)最大反響速度當(dāng)酶被底物飽和時(shí)到達(dá)最大反響速度Vmax 。米氏。米氏(Michaelis-Menten)方程描畫(huà)了這樣的動(dòng)力學(xué)行為。方程描畫(huà)了這樣的動(dòng)力學(xué)行為。8. 米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km等于最大反響速度一半時(shí)的底物濃度，等于最大反響速度一半時(shí)的底物濃度，Km是酶是酶的特征常數(shù)。經(jīng)過(guò)雙倒數(shù)作圖法很容易獲得的特征常數(shù)。經(jīng)過(guò)雙倒數(shù)作圖法很容易獲得Km和和Vmax。酶的。酶的催化常數(shù)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)值上位每

19、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是是酶對(duì)底物親和力的量度：酶對(duì)底物親和力的量度：Km越小，闡明酶對(duì)底物親和力越大。越小，闡明酶對(duì)底物親和力越大。 9. 酶促反響速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和酶促反響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(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制Km添加，而添加，而Vmax不變、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制不變、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制Km和和Vmax都成比例地減少、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制都成比例

20、地減少、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制Vmax減減少，少，Km不變；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共不變；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置酶，有能夠獲得活性部位氨價(jià)結(jié)合。利用不可逆抑制劑處置酶，有能夠獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋酶催化的機(jī)制。基酸殘基的信息和解釋酶催化的機(jī)制。 10. 酶促反響受酶促反響受pH和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最適適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和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適數(shù)。在最適pH和最適溫度下酶促反響具有最大反響速度，大和最適溫度下酶促反響具有最大反響速度，大多數(shù)酶的反響速度多數(shù)酶的反響速度-pH以及反響速度以及反響速度-溫度曲線是鐘形曲線。溫度曲線是鐘形曲線。 11. 許多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在適宜的條件下酶許多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在適宜的條件下酶原經(jīng)過(guò)有選擇的蛋白水解被激活，這一過(guò)程稱為酶原激活。原經(jīng)過(guò)有選擇的蛋白水解被激活，這一過(guò)程稱為酶原激活。血液凝固取決于酶原激活的級(jí)聯(lián)反響和許多凝血因子。級(jí)聯(lián)血液凝固取決于酶原激活的級(jí)聯(lián)反響和許多凝血因子。級(jí)聯(lián)反響是一個(gè)信號(hào)放大的過(guò)程。反響是一個(gè)信號(hào)放大的過(guò)程。