化學(xué)酶化學(xué)的學(xué)習(xí)教案

化學(xué)酶化學(xué)的學(xué)習(xí)教案第1頁(yè)/共50頁(yè)一、酶的概念、命名和分類由活細(xì)胞所產(chǎn)生，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑。（具有特殊功能的蛋白質(zhì)）酶（enzyme）廣義的生物催化劑雖然包括微生物或動(dòng)植物細(xì)胞和各種細(xì)胞器核酶（ribozyme）：具有催化作用的RNA底物（substrate）酶促反應(yīng)（enzymereaction）酶的概念第2頁(yè)/共50頁(yè)AH2+BA+BH2

酶的分類

氧化還原酶類

促進(jìn)氧化還原反應(yīng)包括脫氫酶和氧化酶AH2+O2

A+H2O2

轉(zhuǎn)移酶類

催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移AR+BA+BR水解酶類

催化水解反應(yīng)AR+H2OAH+BOH

第3頁(yè)/共50頁(yè)裂解酶類

催化非水解的除去底物分子中的集團(tuán)及逆反應(yīng)異構(gòu)酶類

催化異構(gòu)反應(yīng)（分子內(nèi)部排列）連接酶類

催化兩分子合成一分子，并有ATP參與

酶的分類編號(hào)

EC1.1.1.27EC：酶學(xué)委員會(huì)↑大類↑亞類↑亞亞類亞亞類中位置（順序號(hào)）↑ABA+B

AB

A+B+ATPAB+ADP+Pi(AMP+PPi)第4頁(yè)/共50頁(yè)酶的命名

習(xí)慣命名法

底物+酶糖酶，脲酶，蛋白酶反應(yīng)類型+酶水解酶，脫羧酶酶來(lái)源+酶胃蛋白酶，唾液淀粉酶，木瓜蛋白酶系統(tǒng)命名法

正確底物名稱+構(gòu)性類型+反應(yīng)性質(zhì)+酶D-葡糖酸-δ-內(nèi)酯-水解酶兩種底物：名稱之間用“∶”分開(kāi)L-Ala∶α-酮戊二酸轉(zhuǎn)移酶（氨基轉(zhuǎn)移酶）氧化還原酶：供體、受體后+氧化還原酶（供體在前，受體在后）L-谷氨酸:NAD+氧化還原酶第5頁(yè)/共50頁(yè)一些酶的命名舉例

編號(hào)推薦名稱系統(tǒng)命名催化的反應(yīng)EC1.4.1.3EC2.6.1.1EC3.5.3.1EC6.3.1.2谷氨酸脫氫酶天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶精氨酸酶谷氨酰胺合成酶L-谷氨酸:NAD+氧化還原酶L-天冬氨酸:α–酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶L-精氨酸瞇基水解酶L-谷氨酸:氨連接酶L-谷氨酸+H20+NAD+←→α-酮戊二酸+NH3+NADHL-天冬氨酸+α-酮戊二酸←→草酰乙酸+L-谷氨酸L-精氨酸+H2O←→L-鳥(niǎo)氨酸+尿素ATP+L-谷氨酸+NH3←→ADP+磷酸+L-谷氨酰胺第6頁(yè)/共50頁(yè)二、酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)酶的化學(xué)本質(zhì)大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)許多酶的AA序列已測(cè)知證據(jù)：對(duì)熱不穩(wěn)定兩性理化因素失活膠體能被蛋白酶水解失活已制得結(jié)晶酶核酶，主要成分為天然RNA第7頁(yè)/共50頁(yè)酶的分子組成

單純酶

結(jié)合酶

蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部分組成

全酶=酶蛋白+輔因子（非蛋白部分：輔基、輔酶、金屬離子）↑起催化作用↑決定專一性、高效性↑直接參加反應(yīng)，傳遞H、e、原子、某些基團(tuán)輔酶與酶蛋白的結(jié)合疏松

輔基則與酶蛋白結(jié)合緊密

第8頁(yè)/共50頁(yè)酶的活性中心

活性部位（中心）和必需基團(tuán)與酶活性有關(guān)的基團(tuán)酶分子直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位（有一定空間結(jié)構(gòu)）必需基團(tuán)活性中心催化基團(tuán)直接參與催化反應(yīng)活性中心結(jié)合基團(tuán)參與和底物結(jié)合一些AA殘基側(cè)鏈基團(tuán)，有時(shí)主鏈骨架單純酶的活性中心輔酶、輔基上某些結(jié)構(gòu)+側(cè)鏈基團(tuán)結(jié)合酶的活性中心一級(jí)結(jié)構(gòu)相距遠(yuǎn)，空間結(jié)構(gòu)近第9頁(yè)/共50頁(yè)溶菌酶的活性中心第10頁(yè)/共50頁(yè)與一般催化劑比較（非生物催化劑，無(wú)機(jī)催化劑）三、酶作用特性必需基團(tuán)活性中心內(nèi)催化基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)活性中心外維持酶構(gòu)像穩(wěn)定可降低反應(yīng)活化能共性只能催化熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)用量少（細(xì)胞中相對(duì)含量很低）改變反應(yīng)速度，但不改變化學(xué)反應(yīng)平衡點(diǎn)本身在反應(yīng)前后性質(zhì)不變第11頁(yè)/共50頁(yè)①催化效率高（高效性）特性一般高106—1013倍2H2O2→2H2O+O2

過(guò)氧化氫酶105M/secFe離子10-5M/sec蔗糖+H2O→葡萄糖+果糖蔗糖酶高2×1012倍強(qiáng)酸②高度專一性（專一性，特異性）結(jié)構(gòu)專一性絕對(duì)專一性相對(duì)專一性鍵專一性基團(tuán)專一性第12頁(yè)/共50頁(yè)立體異構(gòu)專一性旋光異構(gòu)專一性順?lè)串悩?gòu)專一性L-乳酸→丙酮酸乳酸脫氫酶琥珀酸→反-丁烯二酸（延胡索酸）琥珀酸脫氫酶③易失活（對(duì)環(huán)境條件極為敏感）反應(yīng)條件溫和④酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性

第13頁(yè)/共50頁(yè)四、酶反應(yīng)速度及影響因素酶濃度的影響當(dāng)?shù)孜餄舛茸銐蚨?，且不受其他因素影響時(shí)

酶反應(yīng)速度單位時(shí)間內(nèi)底物或產(chǎn)物濃度的變化測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)底物消耗量或產(chǎn)物增加量以初速度為準(zhǔn)研究反應(yīng)速度一般測(cè)產(chǎn)物增加量為好第14頁(yè)/共50頁(yè)底物濃度的影響──米氏方程在其他因素不變的情況下

第15頁(yè)/共50頁(yè)米氏方程式

當(dāng)?shù)孜餄舛群艿?[S]<<Km)時(shí)，當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?[S]>>Km)時(shí)，底物濃度與反應(yīng)速度無(wú)關(guān)

反應(yīng)速度與底物濃度呈正比

第16頁(yè)/共50頁(yè)米氏方程式的推導(dǎo)

中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)假設(shè)

①測(cè)定的反應(yīng)速度為初速度，產(chǎn)物的生成量極少，

逆反應(yīng)可不予考慮

②[S]足夠多，

[S]的變化在測(cè)定初速度的過(guò)程中可忽略不計(jì)

[游離酶]=[E]-[ES][E]為總酶濃度ES生成的速度

V1

ES分解的速度

V2第17頁(yè)/共50頁(yè)ES的生成速度

=ES的分解速度

反應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)整理后得令(k2+k3)/k1=Km由于反應(yīng)速度取決于單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物P的生成量

代人得

反應(yīng)達(dá)最大速度時(shí)[E]=[ES]第18頁(yè)/共50頁(yè)Km的意義

Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度

當(dāng)V=?Vmax時(shí)Km=[S]當(dāng)k2>>k3時(shí)k3可以忽略不計(jì)

Km值可用來(lái)表示酶對(duì)底物的親和力

Km值是酶的特性常數(shù)之一

只與酶性質(zhì)有關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)可鑒定酶第19頁(yè)/共50頁(yè)對(duì)每一個(gè)底物各有Km一個(gè)酶若有多個(gè)底物，Km最小的底物，一般稱最適底物，是該酶的天然底物Km值受pH、T影響Km只對(duì)一定底物、pH、T而言轉(zhuǎn)換數(shù)

當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子(或活性中心)

催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)

Km值和Vm值的測(cè)定

雙倒數(shù)作圖法

米氏方程式兩邊同時(shí)取倒數(shù)

第20頁(yè)/共50頁(yè)以1/v～1/[S]作圖橫軸截距為

-1/km

縱軸截距為1/VmaxHanes作圖法兩邊同乘以[S]第21頁(yè)/共50頁(yè)溫度的影響

一定范圍內(nèi)（0—40℃）隨著溫度升高，速度加大60℃以上大多失活低溫時(shí)，反應(yīng)慢高溫時(shí)，由快到失活最適溫度動(dòng)物37-50℃植物40-60℃第22頁(yè)/共50頁(yè)溫度對(duì)酶活性影響原因影響酶的穩(wěn)定性影響酶或底物分子反應(yīng)基團(tuán)pK值從而影響ES形成影響ES分解pH值的影響

隨pH變化，酶活性改變最適pH一般4-8植物4.5-6.5動(dòng)物6.5-8第23頁(yè)/共50頁(yè)抑制劑的影響

影響原理影響酶的穩(wěn)定性（酶自身變性失活）影響酶活性部位基團(tuán)解離影響底物解離影響輔助因子解離凡能使酶的催化活性下降或喪失的物質(zhì)抑制劑(inhibitor)

不可逆性抑制作用

I與E結(jié)合后，不能用透析方法除去I碘乙酸、含Hg、As有機(jī)物→抑制→含-SH活性基團(tuán)的酶有機(jī)P→抑制Ser有關(guān)羥基CN-→抑制細(xì)胞色素氧化酶中Fe2+第24頁(yè)/共50頁(yè)可逆性抑制作用

I與E結(jié)合后，可以用透析方法除去I（非共價(jià)結(jié)合）可逆抑制劑與I游離態(tài)酶間有平衡競(jìng)爭(zhēng)性抑制與底物爭(zhēng)奪酶活性中心E不能同時(shí)與S和I結(jié)合S+EESE+P+I↑↓EI加大[S]可減弱、消除特點(diǎn)I與S競(jìng)爭(zhēng)E結(jié)合部位大多I與S結(jié)構(gòu)相似抑制程度取決于I與S、E親和力大小第25頁(yè)/共50頁(yè)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制抑制劑與酶作用后不妨礙底物與酶結(jié)合結(jié)合部位不同復(fù)合物不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物

加大[S]無(wú)法消除，透析法可除I與E活性部位外基團(tuán)結(jié)合或和維持分子構(gòu)象德必需基團(tuán)結(jié)合抑制程度取決于[I]S+EESE+P+I↑↓EI+I↑EIS+[S]E+P第26頁(yè)/共50頁(yè)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制S+EESE+P+I↑↓ESIE+PI需在ES結(jié)合后才能形成ESI復(fù)合物第27頁(yè)/共50頁(yè)[E]v1231.反應(yīng)體系中不加I。2.反應(yīng)體系中加入一定量的不可逆抑制劑。3.反應(yīng)體系中加入一定量的可逆抑制劑。用動(dòng)力學(xué)方法區(qū)別可逆抑制和不可逆抑制系統(tǒng)中S過(guò)量，加入I加入一系列不同濃度E,測(cè)vv對(duì)E作圖第28頁(yè)/共50頁(yè)[E]v不可逆抑制劑的作用[E]v

可逆抑制劑的作用[I]→[I]第29頁(yè)/共50頁(yè)三種可逆抑制作用動(dòng)力學(xué)曲線比較（雙倒數(shù)法）競(jìng)爭(zhēng)性抑制第30頁(yè)/共50頁(yè)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制第31頁(yè)/共50頁(yè)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制第32頁(yè)/共50頁(yè)各種可逆性抑制作用的比較

作用特征

無(wú)抑制劑

競(jìng)爭(zhēng)性抑制

非競(jìng)爭(zhēng)性抑制

反競(jìng)爭(zhēng)性抑制與I結(jié)合的組分

EE、ESES動(dòng)力學(xué)參數(shù)表觀KmKm增大不變減小最大速度

Vmax不變降低降低雙倒數(shù)作圖斜率

Km/Vmax增大增大不變縱軸截距

1/Vmax不變?cè)龃笤龃髾M軸截距

-1/Km增大不變減小第33頁(yè)/共50頁(yè)一些重要的抑制劑不可逆抑制劑有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、重金屬鹽、烷化試劑、氰化物、硫化物、一氧化碳、青霉素、等可逆抑制劑藥物如磺胺類等抗結(jié)核藥物異煙肼與維生素PP的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分相似，二者有拮抗作用，長(zhǎng)期服用可能引起維生素PP缺乏

第34頁(yè)/共50頁(yè)激活劑的影響凡能夠提高酶活力的物質(zhì)都稱為酶的激活劑無(wú)機(jī)陽(yáng)離子Na+，K+，NH4+，Mg2+，Ca2+，Zn2+，Cu2+，Mn2+，F(xiàn)e2+

無(wú)機(jī)陰離子Cl-，S2-，Br-，I-，SO42-

有機(jī)分子谷胱甘肽，半胱，VcMg2+

各種磷酸轉(zhuǎn)移酶Cu2+

氧化酶Fe2+

過(guò)氧化氫酶，鐵氧還蛋白酶Cl-

唾液淀粉酶最強(qiáng)的激活離子第35頁(yè)/共50頁(yè)酶作用機(jī)制活化能普通分子與活化分子的能量差說(shuō)明酶為什么能加快反應(yīng)速度活化狀態(tài)

過(guò)渡態(tài)

中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)（中間絡(luò)合物）形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物說(shuō)明如何降低活化能誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)說(shuō)明如何形成中間產(chǎn)物如何完成催化作用E分子活性中心有一定柔性另一學(xué)說(shuō)：鎖鑰學(xué)說(shuō)（E、S結(jié)合前，結(jié)構(gòu)吻合）第36頁(yè)/共50頁(yè)使酶具有高催化效率的因素鄰近定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)與定向排列

正確的立體化學(xué)排列張力和變形酸堿催化共價(jià)催化多元催化

表面效應(yīng)

酶使底物中敏感鍵產(chǎn)生張力甚至變形，易斷酶的活性中心多為疏水性可排除水分子對(duì)酶和底物功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥

防止在底物與酶之間形成水化膜

有利于酶與底物的密切接觸

金屬離子催化又稱親核催化或親電子催化親核催化劑或親電子催化劑分別放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負(fù)電子中心迅速形成不穩(wěn)定的共價(jià)中間復(fù)合物降低活化能第37頁(yè)/共50頁(yè)酶活力的測(cè)定及酶分離與純化酶活力酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力，也成酶活性酶活力與反應(yīng)速度速度大，活力高活力單位（U）一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量比活力又稱比活性，每單位質(zhì)量樣品中的酶活力必活力（純度）=活力單位數(shù)/mg蛋白（N）

=總活力單位數(shù)/總蛋白（N）酶活力測(cè)定方法酶分離與純化方法：同蛋白質(zhì)制備：注意活性第38頁(yè)/共50頁(yè)幾個(gè)名詞調(diào)節(jié)酶誘導(dǎo)酶單體酶只有一條鏈，全為水解酶寡聚酶由幾個(gè)或多個(gè)亞基組成亞基之間以非共價(jià)鍵結(jié)合大多為糖代謝酶多酶復(fù)合體（物）幾個(gè)酶嵌合而成的復(fù)合物一般由2-6個(gè)功能相關(guān)的酶組成同功酶多功能酶第39頁(yè)/共50頁(yè)酶的調(diào)節(jié)改變酶的活性與含量是體內(nèi)對(duì)酶調(diào)節(jié)的主要方式

酶活性的調(diào)節(jié)

酶原與酶原的激活

變構(gòu)酶

體內(nèi)一些代謝物可以與某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)并改變其催化活性

此結(jié)合部位稱為變構(gòu)部位

或調(diào)節(jié)部位

受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱做變構(gòu)酶

變構(gòu)激活效應(yīng)

某效應(yīng)劑引起的協(xié)同效應(yīng)使酶對(duì)底物的親和力增加，從而加快反應(yīng)速度

第40頁(yè)/共50頁(yè)變構(gòu)酶反應(yīng)速度與底物濃度的動(dòng)力學(xué)曲線不服從米式方程變構(gòu)酶特點(diǎn)寡聚酶一般位于代謝反應(yīng)第一步效應(yīng)物一般是小分子具協(xié)同效應(yīng)不服從米氏方程第41頁(yè)/共50頁(yè)酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)

酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合

從而改變酶的活性

詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)糖代謝一章同工酶

催化的化學(xué)反應(yīng)相同，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶

乳酸脫氫酶

四聚體酶

組成五種同工酶

第42頁(yè)/共50頁(yè)人體各組織器官中LDH同工酶的分布

組織器官同工酶百分比LDHlLDH2LDH3LDH4LDH5心

肌腎肝骨骼肌紅細(xì)胞肺胰腺脾子

宮675224421030105292847362015252541611211530504044<142727525-2522<1<15641