生物化學(xué)7的學(xué)習(xí)材料

生物化學(xué)7的學(xué)習(xí)材料第1頁(yè)/共39頁(yè)酶促反應(yīng)速率與底物濃度的關(guān)系底物濃度低時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)特征當(dāng)?shù)孜餄舛戎饾u增加時(shí)，反應(yīng)速率不再按正比關(guān)系升高，反應(yīng)表現(xiàn)為混合級(jí)反應(yīng)當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值時(shí)，幾乎所有酶都與底物結(jié)合后，反應(yīng)速率達(dá)到最大值，此時(shí)再增加底物濃度，反應(yīng)速率不再增加第2頁(yè)/共39頁(yè)米氏常數(shù)Km當(dāng)反應(yīng)速率等于最大速率一半時(shí)，即v=1/2vmax米氏方程可以表示為Km=[S]，Km的物理意義是當(dāng)酶促反應(yīng)初速度達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度，單位為濃度單位.Km=(k2+k3)/k1第3頁(yè)/共39頁(yè)1.不同的酶具有不同的Km值，它是酶的一個(gè)重要的物理常數(shù)。只與酶的性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)。可以用來(lái)鑒別酶。米氏常數(shù)Km是酶學(xué)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(shuō)明反應(yīng)速率達(dá)到最大反應(yīng)速率一半時(shí)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(yè)/共39頁(yè)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(yè)/共39頁(yè)影響酶促反應(yīng)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(yè)/共39頁(yè)pH影響反應(yīng)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(guò)渡態(tài)的形成和穩(wěn)定程度，從而影響反應(yīng)速率。(2)過(guò)高、過(guò)低的pH導(dǎo)致酶蛋白變性。第7頁(yè)/共39頁(yè)第8頁(yè)/共39頁(yè)酶活力

即酶活性，指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率來(lái)表示.

單位時(shí)間內(nèi)底物的減少量或產(chǎn)物的增加量第9頁(yè)/共39頁(yè)2.溫度的影響1.溫度升高，酶促反應(yīng)速率加快。通常溫度升高10C,反應(yīng)速度增加1-2倍。2.溫度升高，酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或變性，導(dǎo)致酶活性降低甚至喪失多數(shù)酶有一個(gè)最適溫度，在最適溫度下，反應(yīng)速率最大從動(dòng)物組織中提取的酶，最適溫度一般為35~40C第10頁(yè)/共39頁(yè)思考題一、選擇題1.米氏常數(shù)Km是一個(gè)用來(lái)度量()A、酶和底物親和力大小的常數(shù)B、酶促反應(yīng)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(yè)/共39頁(yè)思考題二、問(wèn)答題1.簡(jiǎn)述如何測(cè)定一個(gè)酶的Km值。2.在一個(gè)酶促反應(yīng)中，當(dāng)?shù)孜餄舛萚S]為米氏常數(shù)Km的0.25倍時(shí)，反應(yīng)速度V與最大速度Vmax的倍數(shù)是什么關(guān)系？第12頁(yè)/共39頁(yè)4.4酶的結(jié)構(gòu)和酶的催化作用機(jī)制酶分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-酶的活性中心酶活性中心的測(cè)定方法酶與底物分子相互作用酶的催化作用機(jī)制第13頁(yè)/共39頁(yè)酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)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(guān)系?第14頁(yè)/共39頁(yè)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(guān)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(dāng)小的部分，酶活性位點(diǎn)的表面積不超過(guò)總表面積的5%。4.4.1酶分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第15頁(yè)/共39頁(yè)

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(yīng)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(duì)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(fù)合物使參加化學(xué)變化的反應(yīng)基團(tuán)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(jià)鍵發(fā)生形變或極化，降低過(guò)渡態(tài)活化能。第16頁(yè)/共39頁(yè)一個(gè)酶的活性中心不是一個(gè)點(diǎn)、一條線或一個(gè)面，而是一個(gè)空間部位。酶活性中心的氨基酸殘基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可以相距較遠(yuǎn)，但通過(guò)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(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的必需基團(tuán)酶活性中心含有多種不同的基團(tuán)，其中一些基團(tuán)是酶的催化活性必需的，稱為必需基團(tuán)。在酶的催化過(guò)程中，這些必需基團(tuán)與底物分子通過(guò)非共價(jià)力等方式，起催化作用。第18頁(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的必需基團(tuán)主要包括親核性基團(tuán)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(tuán)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(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的測(cè)定方法切除法化學(xué)修飾法X射線晶體衍射法基因定點(diǎn)突變技術(shù)第20頁(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的測(cè)定方法-切除法應(yīng)用專一性蛋白水解酶將酶分子的肽鍵切除一部分，然后測(cè)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(yàn)，推斷活性中心的可能位置。第21頁(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的測(cè)定方法-

化學(xué)修飾法酶活性中心氨基酸殘基所含的官能團(tuán)（巰基、氨基、羧基、羥基、咪唑基、胍基等），被化學(xué)修飾后，酶的催化活性降低甚至消失，選擇一些試劑，對(duì)這些官能團(tuán)化學(xué)修飾，測(cè)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(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的測(cè)定方法-

X射線晶體衍射法X射線晶體衍射法是測(cè)定酶活性中心最有效的方法。直接測(cè)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(guān)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(yīng)用純酶結(jié)晶樣品和先進(jìn)的X射線衍射儀，測(cè)試條件要求高。第23頁(yè)/共39頁(yè)酶活性中心的測(cè)定方法-

基因定點(diǎn)突變技術(shù)應(yīng)用基因定點(diǎn)突變技術(shù)，合成出在特定位點(diǎn)上氨基酸殘基不同的酶。通過(guò)比較突變酶的活性，推斷出活性中心的位置。第24頁(yè)/共39頁(yè)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(tuán)相互作用。氫鍵：N,O疏水鍵：酶催化反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶-底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。其中E-S復(fù)合物的形成是決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。酶與底物的作用力主要有第25頁(yè)/共39頁(yè)2.酶與底物分子相互作用的形式及其意義鄰基效應(yīng)和定向效應(yīng)與反應(yīng)過(guò)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(yè)/共39頁(yè)鄰基效應(yīng)：反應(yīng)的基團(tuán)需要互相靠近，才能反應(yīng)。第27頁(yè)/共39頁(yè)定向效應(yīng):

指酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)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(yīng)速率；另一方面，由于活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團(tuán)的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位，使酶促反應(yīng)具有高效率和專一性的特點(diǎn)。第28頁(yè)/共39頁(yè)與反應(yīng)過(guò)渡態(tài)結(jié)合作用反應(yīng)速率與形成的過(guò)渡態(tài)穩(wěn)定性密切相關(guān)。過(guò)渡態(tài)的形成與底物分子內(nèi)的價(jià)鍵張力有關(guān)，最容易形成五元環(huán)或六元環(huán)過(guò)渡態(tài)的反應(yīng)，速率比較快。第29頁(yè)/共39頁(yè)多功能催化作用酶的活性中心部位，含有多個(gè)起催化作用的基團(tuán)，這些基團(tuán)在空間有特殊的排列和取向，可以對(duì)底物價(jià)鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團(tuán)的位置等起到協(xié)同作用。第30頁(yè)/共39頁(yè)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(gè)具有催化活性的手性中心，這些手性中心對(duì)底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)按照單一方向進(jìn)行。第31頁(yè)/共39頁(yè)4.4.4酶的催化作用機(jī)制酶促反應(yīng)非酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)底物底物的過(guò)渡態(tài)產(chǎn)物酶-底物中間結(jié)合物ES的過(guò)渡態(tài)酶-產(chǎn)物中間物化學(xué)反應(yīng)方向主要取決于反應(yīng)自由能變化Go反應(yīng)速率快慢，主要取決于反應(yīng)活化能Ea第32頁(yè)/共39頁(yè)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(guò)氫鍵、離子鍵、疏水鍵等非共價(jià)力的作用，形成ES反應(yīng)中間體，降低過(guò)渡態(tài)活化能。第33頁(yè)/共39頁(yè)2.酶催化反應(yīng)機(jī)制類型（1）酸堿催化：過(guò)渡態(tài)中質(zhì)子轉(zhuǎn)移的過(guò)程。通過(guò)酸提供部分質(zhì)子，或通過(guò)接受質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過(guò)程。（2）共價(jià)催化：催化劑通過(guò)與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過(guò)渡中間產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速率的過(guò)程，稱為共價(jià)催化。（3）金屬離子催化作用：金屬離子參與酶促反應(yīng)。第34頁(yè)/共39頁(yè)酸堿催化過(guò)渡態(tài)活化能高，異構(gòu)化速率慢廣義酸堿催化，過(guò)渡態(tài)活化能降低，異構(gòu)化速率加快。第35頁(yè)/共39頁(yè)共價(jià)催化

伯胺親核進(jìn)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(gè)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(yīng)的進(jìn)行。第36頁(yè)/共39頁(yè)共價(jià)催化共價(jià)催化的催化劑要有高的親核性能和能形成好的離去基團(tuán)的能力。酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)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