食品酶学酶的分子结构与催化功能精选课件.ppt

关于食品酶学酶的分子结构与催化功能第一页，本课件共有65页第一节 酶分子组成酶酶单纯酶单纯酶结合酶结合酶（全酶）（全酶）=酶蛋白酶蛋白+辅因子辅因子辅因子辅因子辅酶辅酶 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。辅基辅基 与酶蛋白结合得紧密的小分子有机物。金属激活剂金属激活剂 金属离子作为辅助因子。蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构以及大分子组织形式。酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。第二页，本课件共有65页第二节 酶的结构与功能酶蛋白的结构,包括一级结构和高级结构,与酶的催化功能密切相关，结构的改变会引起酶催化作用的改变或者丧失。研究酶结构与功能的关系是酶学的核心课题。第三页，本课件共有65页 一、酶的活性中心（一）活性中心（一）活性中心酶蛋白上只有少数氨基酸残基参与酶对底物的结合和催化，这些相关氨基酸残基在空间上比较靠近，形成一个与酶显示活性直接有关的区域（在酶分子表面上具有三维结构的特定区域）,称为酶的活性中心，又称活性部位(active site）。构成活性中心的化学基团实际上就是酶蛋白氨基酸残基的侧链，有时尚包括肽链末端的氨基酸。胰凝乳蛋白酶活性中心含有Ile16、His57、Asp102、Asp194、ser195。在酶原形式时它们分散在一条肽链上,但酶原经激活后，形成A、B、C三条肽链。前3个残基在B链,后2个在C链。依靠肽链的折叠，包括肽链间的二硫键，使这些互相远离的基团靠近。第四页，本课件共有65页(二)必需基团酶活性中心的一些化学基团为酶发挥催化作用所必需，故称为必需基团。在酶活性中心以外的区域，也有不和底物直接作用的必需基团，称为活性中心外的必需基团。这些基团与维持整个酶分子的空间构象有关，间接地对酶的催化活性发挥作用。第五页，本课件共有65页Koshland将酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团分成四类：1.接触残基(contact residues)如R1、R2、R6、R8、R9、R163、R164和R165。和底物直接接触,参与底物的化学转变，是活性中心的主要组成部分。这些残基中的一个或几个原子与底物分子的一个或多原子接触的距离都是一键距离(即0.150.2nm)之内。2.辅助残基(auxiliary residues)如R4，虽未直接与底物接触，但在使酶与底物相互结合以及在辅助接触残基发挥作用上起着一定的作用。辅助残基也是活性中心一个不可缺少的组成部分。接触和辅助残基组成酶的活性中心。接触残基的侧链中，有的可能担负和底物结合的作用,称为结合基团；有的可能参与使底物转变成产物的催化作用，称为催化基团。结合基团也可参与催化作用辅助残基，因不与底物接触，只能参与辅助催化基团的作用，如质子的供给或接受等。第六页，本课件共有65页3、结构残基(structural residues)如R10、R162、R169等，这些残基在维持酶蛋白形成一种有规则的空间构象方面起着重要作用。对酶活性的显示也有一定贡献，但离底物分子较远，不能列人活性中心的范围，属于活性中心以外的必需基团。4、非贡献残基(non-contributing residues)在酶的活性中心外,不参与酶的催化功能，对酶活性的显示不起作用。如图中的R3、R5、R7以及图中未列入的一些残基,这些残基可以被取代，甚至把它们去掉也不会对酶的构象和功能产生重大改变。第七页，本课件共有65页（三）酶活性中心的特点（三）酶活性中心的特点2.2.都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，但不是刚性的，而具有一定的柔性。但不是刚性的，而具有一定的柔性。3.3.活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。1.1.活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分（约（约1%1%2%2%），相当于），相当于2 2 3 3个氨基酸残基。个氨基酸残基。第八页，本课件共有65页（三）酶活性中心的特点（三）酶活性中心的特点4.4.底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用并结合到酶的活性中心。并结合到酶的活性中心。5.5.酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催化底物的敏感化学键部位。化底物的敏感化学键部位。第九页，本课件共有65页二、酶的一级结构与催化功能的关系一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。一级结构的改变将使酶的催化功能发生相应的改变。第十页，本课件共有65页酶原是活性酶的前体，需经激活才显示出酶的性。由酶原转变为活性酶，可通过酶或氢离子的催化而实现。胰蛋白酶原在胰蛋白酶或肠激酶的作用下，使酶原变为活性的酶。酶原转变成酶时，一级结构仅仅发生微小的变化，在碳链的N-末端失去了一个六肽，从而使隐蔽的活性基团解放出来,形成了活性部位。第十一页，本课件共有65页三、酶的二级和三级结构与催化功能的关系二级、三级结构是所有酶都必须具有的空间结构,是维持酶的活性部位所必须的构型。当酶蛋白的二级和三级结构彻底改变，就可使酶遭受破坏而丧失其催化功能。二级和三级结构的改变，也可以使酶形成正确的催化部位而发挥其催化功能。由于底物的诱导而引起酶蛋白空间结构发生某些精细的改变，与适应的底物相互作用，从而形成正确的催化部位，使酶发挥其催化功能诱导契合学说的基础。第十二页，本课件共有65页1.酶的变性和失活酶受到变性因素的作用，空间结构破坏，其活性中心的构象也随着改变，酶因此失活。有时只要维持酶活性中心各基团的相对位置，即使一级结构受到轻微破坏，酶活性也不会改变。牛胰核糖核酸酶(RNA酶)有4对二硫键及很多氢键维持其空间构象;活性中心中有两个组氨酸（His12及His119）。用枯草杆菌蛋白酶处理，被水解成为N端的肽(S肽)和其余的104肽(S蛋白)两个片段，分别含有His12和His119，两者单独存在时均无活力，但在pH7.0的介质中，将两者1:1混合，并使S肽与S蛋白间形成氢键及疏水键连接，则20与21位之间的肽键虽不能恢复，但活力能恢复。这是因为S肽上的His12又与s蛋白上的His119互相靠近，恢复了原来活性中心的空间构象。第十三页，本课件共有65页核糖核酸酶在其核糖核酸酶在其C C末端用羧酸酶去掉末端用羧酸酶去掉3 3个氨基酸时，对酶的个氨基酸时，对酶的活性几乎没有影响，而若用胃蛋白酶去掉活性几乎没有影响，而若用胃蛋白酶去掉C C末端的末端的4 4个氨基个氨基酸时，则酶活性全部丧失。酸时，则酶活性全部丧失。核糖核酸酶，有活性核糖核酸酶，有活性没活性没活性有活性有活性第十四页，本课件共有65页酶蛋白的变性有时是可逆的。当某些化学变性剂去除后，酶可以恢复原有的空间构象，并恢复酶活力。牛胰核糖核酸酶经尿素及-巯基乙醇处理后发生变性，当透析去除变性剂后，酶可自动折叠成具有催化活性的原始形式。第十五页，本课件共有65页2.活性中心的挠性近年来的研究证明：酶蛋白活力的变化和变性时空间构象的改变并不是同步的。用紫外分光差光谱、荧光光谱、圆二色光谱、光散射和内埋巯基暴露等手段研究肌酸激酶、核糖核酸酶、乳酸脱氢酶及3一磷酸甘油醛脱氢酶等在盐酸胍和尿素溶液中变性不同时间的构象变化(即肽链去折叠的过程)，同时测定酶活力的下降，发现：酶活力的丧失往往先于上述常规手段所测出的酶分子的整体构象变化。热变性实验同样证明，酶活性丧失在前，整体构象变化在后。第十六页，本课件共有65页进一步用探测活性中心构象的方法来研究(如3-磷酸甘油醛脱氢酶活性中心的巯基被羧甲基化后再经激发光照，可在活性中心生成具有荧光的NAD共价结合物，可通过荧光改变来探测活性中心的构象变化)，结果发现，活性中心的构象的改变先于酶分子整体的构象改变，而且与活力丧失几乎同步。即：酶的活性中心的空间结构相对酶分子整体而言，处于分子中一个挠性的局部区域，是由较弱的化学键维持其空间结构，对各种变性因素较为敏感。低浓度的变性剂在一定条件有时反而使酶激活，也可证明活性中心的可塑性。第十七页，本课件共有65页3.酶分子的结构域结构域(domain)是指蛋白质肽链中一段较独立的具有完整、致密立体结构的区域，一般由40400个氨基酸残基组成。大多数酶都有一个以上的结构域，如弹性蛋白酶两个十分类似的结构域，而木瓜蛋白酶则有两个很不一样的结构域。结构域在蛋白质肽链的折叠和变构调节等现象中具有重要作用。不同的结构域常有不同的功能。在大多数蛋白激酶中，两个不同功能的区结构域一般都存在于一条肽链中，形成催化结构域和调节结构域，如cGMP依赖的蛋白激酶G(PKG)，钙-甘油二酶(佛波酯)一磷脂依赖的蛋白激酶C(PKC)以及具有酪氨酸蛋白激酶活性的表皮生长因子受体，其调节结构域都位于N侧，催化结构域位于C侧。第十八页，本课件共有65页有一些多功能酶，其不同酶活力来自不同的结构域，如大肠杆菌亮氨酰-tRNA合成酶的C端切去6000分子量的片段后丧失了tRNA氨酰化的活性，而但保留氨基酸活化和ATP-焦磷酸交换的活性。已发现与凝血及纤维蛋白溶解有关的蛋白酶由6种不同的结构域以不同的组合方式装配而成，包括:一羧基谷氨酸域、表皮生长因子域、三环(kringle)结构域、指(finger)结构域和接触因子(CF)域以及类胰蛋白酶的催化域。不同蛋白酶中的相同结构域则往往有相同或类似的功能。可以把结构域看成是酶蛋白中的一个功能单位。对结构域的研究正方兴未艾，将来有可能利用不同的结构域用DNA重组技术组装成新的人工酶蛋白。第十九页，本课件共有65页四、酶的四级结构与催化功能的关系具有四级结构的酶，按其功能可分为两类：一类与催化作用有关，另一类与代谢调节关系密切。只与催化作用有关的具有四级结构的酶：由数个相同的亚基组成，每个亚基都有一个活性中心。四级结构完整时，酶的催化功能才会充分发挥出来。当四级结构被破坏时，亚基被分离，若采用的分离方法适当，被分离的亚基仍保留着各自的催化功能。天冬氨酸转氨酶用温和的琥珀酸的方法使四级结构解离时，分离得到的亚基仍各自保持催化功能；当用强烈的条件如酸、碱、表面活性剂等破坏其四级结构时，得到的亚基没有催化活性。与代谢调节有关的具有四级结构的酶：其组成亚基中，有的亚基具有调节中心（激活中心和/或抑制中心），使酶的活性受到激活或者抑制，调节酶反应的速度和代谢过程。第二十页，本课件共有65页第三节 酶催化作用的基本理论有过各种酶催化学说。早期学说的中心思想是底物的活化，到世纪60年代，随着新技术的发展，从而亦考虑到在催化反应中，酶本身功能基团的作用。酶在进行催化反应时，首先和底物形成ES络合物，这样分子间的催化反应就变为分子内的催化反应。第二十一页，本课件共有65页一、酶底物复合物酶与底物结合形成中间复合物（或称中间络合物）。复合物的形成是专一性决定的过程，也是变分子间反应为分子内反应的过程，同时又是诱导契合过程。由于中间复合物的形成，酶和底物的结构都将发生有利于催化反应进行的变化。第二十二页，本课件共有65页（一）酶一底物复合物存在的证据光谱技术是证明ES复合物存在的有效手段。醇脱氢酶（ADH）的底物NADH在游离状态下，于340nm处有一吸收峰，但加入ADH后,吸收峰移向328nm，再加入巯基试剂对氯汞苯甲酸又使吸收峰回到340nm，证明NADH和ADH的结合是通过ADH的巯基介导的。催化丝氨酸和吲哚合成色氨酸的色氨酸合成酶含有磷酸吡哆醛辅基，后者能在激发下发出荧光。当单加入丝氨酸而尚无吲哚时,其荧光强度显著增加，再加入吲哚，就使荧光淬灭，低于单独酶的荧光，这就证明酶-丝氨酸复合物和酶-丝氨酸-吲哚复合物的存在。第二十三页，本课件共有65页大分子底物和酶的复合物可用电子显微镜直接观察DNA聚合酶与DNA的复合物。即使小分子底物也可用X射线衍射法获得酶-底物复合物的信息，如羧肽酶A是通过哪些残基和底物甘氨酰-L-酪氨酸结合的以及溶菌酶的最小六糖底物是怎样“躺”在酶分子表面的狭长凹穴中，目前都已研究清楚。有些双底物的酶可在只有一种底物的情况下加以提纯或结晶，如3一磷酸甘油醛脱氢酶需要加入一定量的NAD+才能结晶，这也是酶一底物复合物的直接证据。现已充分证明:底物是通过酶的活性中心和酶结合的。第二十四页，本课件共有65页(二)酶与底物形成复合物的作用力酶与底物的结合与稳定酶分子的三维结构的力是相同的。1.离子键底物分子上的电荷和酶分子上相反电荷之间的作用,离子键受溶剂、盐浓度、酶活性部位的微环境以及酶活性部位的侧链基团等因素的影响。2.氢键底物和酶结合的一种重要的相互作用力。酶分子可以在主链与侧链之间以及某些侧链之间形成氢键。氢键在水中仍然可以保持，但强度减弱。在酸、碱液中氢键不存在。在高温或各种变性剂的作用下，氢键会被破坏。3.范德华力一种非专一性的相互作用力，比离子键和氢键都弱。酶与底物之间的有效范德华引力作用,，只有在它们相互之间处于立体互补的情况下才能发生作用。在酶和底物的结合过程中，许多原子基团间的范德华引力的总和将会产生相当大的作用。第二十五页，本课件共有65页二、酶的催化作用本质酶和一般催化剂的共性用量少而催化效率高；它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。酶本身在反应前后也不发生变化。酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。第二十六页，本课件共有65页一般催化剂一般催化剂一般催化剂一般催化剂反应活化能反应活化能反应活化能反应活化能反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能初初 态态终终 态态能能量量改改变变活活活活 化化化化 过过过过 程程程程酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变过渡态过渡态第二十七页，本课件共有65页三、酶作用的专一性机制（一）（一）酶作用的专一性（底物特异性）（酶作用的专一性（底物特异性）（Substrate-specificity）（1）低低特特异异性性（Lowspecificity）:不不能能辨辨别别底底物物，仅仅能能对对裂裂开开的键表现特异性，如非特异性脂酶。的键表现特异性，如非特异性脂酶。（2 2）基基团团特特异异性性（Groupspecificity）:对对于于相相邻邻于于特特定定基基团团的一个特殊的化学键表现出特异性。的一个特殊的化学键表现出特异性。胰蛋白酶对羧基一侧为精氨酸和赖氨酸的肽键表现特异性。胰蛋白酶对羧基一侧为精氨酸和赖氨酸的肽键表现特异性。O X-NH-CH-C-NH-CH-COOH (精氨酸或赖氨酸精氨酸或赖氨酸)|R R1 1 R R2 2第二十八页，本课件共有65页。（3 3）绝对特异性）绝对特异性（Absolutespecificity）酶仅作用于一种底物并催化一个反应。例如，脲酶只能催化酶仅作用于一种底物并催化一个反应。例如，脲酶只能催化脲素水解，不能催化甲基脲水解。脲素水解，不能催化甲基脲水解。（4 4）立体化学特异性）立体化学特异性（Stereochemicalspecificity）通常显示出正确无误和完全的立体定向性，能区别光学或立通常显示出正确无误和完全的立体定向性，能区别光学或立体异构体。几乎总是选择一对对映体中的一种形式做底物，除非体异构体。几乎总是选择一对对映体中的一种形式做底物，除非酶的特异功能是催化对映体的异构化。酶的特异功能是催化对映体的异构化。第二十九页，本课件共有65页（二）酶作用的专一性机制有多种学说，得到广泛支持的有：有多种学说，得到广泛支持的有：锁钥学说锁钥学说诱导契合学说诱导契合学说过渡态学说过渡态学说共同点：共同点：酶的作用专一性必须通过它的活性中心和底酶的作用专一性必须通过它的活性中心和底物结合后才表现出来。物结合后才表现出来。第三十页，本课件共有65页1.锁钥学说1894年，德国有机化学家E.Fisher提出。酶与底物结合时，酶活性中心的结构与底物的结构必须吻合，就如同锁和钥匙一般，非常配合地结合形成中间复合物)。当中间复合物形成时，会促进底物结构发生某些化学变化(如底物分子的键被扭曲)，变形而断裂，转变为产物。可解释酶的立体化学专一性和底物饱和曲线动力学。第三十一页，本课件共有65页 在在酶酶的的表表面面存存在在着着一一个个特特殊殊形形状状的的活活性性部部位位，这这个个活活性性部部位位在在结结构构上上能能与与底底物物精精确确地地互互补补。底底物物与与酶酶之之间间存存在在某某种种立立体体专专一一结结合合。底底物物类类似似钥钥匙匙，酶酶类类似锁。似锁。第三十二页，本课件共有65页第三十三页，本课件共有65页获得相当多的事实支持。乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解。要求底物中的胆碱氮带正电，为此可推测：酶分子中至少有一个阴离子部位与酯解部位。事实是，这两部位间有严格的距离，胆碱和酰基间多或少一个-CH2-都不适于作底物或竞争抑制剂，而符合这种键长、键角要求的化合物都能与该酶发生作用（被酶催化水解或者抑制酶）。缺点：认为酶的结构是刚性的，难以解释一个酶可以催化正、逆两个反应，因产物(或逆反应的底物)的形状、构象和底物完全不同。第三十四页，本课件共有65页2.诱导契合学说1958年，Koshand提出酶分子(包括辅酶在内)的构象与底物原来并非恰当吻合，只有底物分子与酶分子相碰时，才可诱导后者的构象变得能与底物配合，然后才结合形成中间复合物，进而引起底物分子发生相应的化学变化。第三十五页，本课件共有65页诱导楔合模型要点：诱导楔合模型要点：（a）当底物与酶的活性部位结当底物与酶的活性部位结合时，酶蛋白的几何形状有合时，酶蛋白的几何形状有相当大的改变；相当大的改变；（b）催化基团催化基团的的精确定向精确定向对对于底物转变成产物是必需的；于底物转变成产物是必需的；（c）底物诱导酶蛋白几何形状底物诱导酶蛋白几何形状的改变的改变使得催化基团能精确使得催化基团能精确地走向和底物结合到酶的活地走向和底物结合到酶的活性部位上去。性部位上去。A、B催化基团催化基团C结合基团结合基团第三十六页，本课件共有65页在用X光衍射法研究溶菌酶、弹性蛋白酶等与底物结合后结构的改变中得到了证实。能解释锁钥学说不能解释的实验事实，但也有局限性：不是酶的底物或酶的抑制物，不能诱导酶分子的构象发生变化，或即使有少许变化，也不能使酶分子与有关催化基团处于互补契合位置。实际上，大于底物或小于底物的类似物亦能诱导酶分子的构象发生变化。第三十七页，本课件共有65页3.过渡态学说(transition state theory)Linus Pauling（20世纪40年代）提出的过渡态理论认为：酶与底物的过渡态互补，亲和力最强，释放出结合能使ES的过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，使酶促反应大大加速。“过渡态”是反应物分子处于被激活的状态，是反应途径中分子具有最高能量的形式。不同于反应中间物。它只不过是一个短暂的分子瞬间。在这一瞬间分子的某些化学键正在断裂和形成并达到能崩解生成产物或再返回生成反应物的程度。过渡态学说认为，酶的作用专一性既寓于酶与底物的结合，也寓于酶对底物的催化，酶与底物的结合不仅促成了结合基团和催化基团的正确取位，同时也为下一步酶对底物的催化做了准备。第三十八页，本课件共有65页.表示正在形成和断裂的化学键表示正在形成和断裂的化学键乙酸乙酯的水解反应乙酸乙酯的水解反应:过渡态看来过渡态看来:过渡态是一种变动的分子。过渡态是一种变动的分子。第三十九页，本课件共有65页20世纪70年代以来，对很多酶促反应的过渡态类似物(人工设计出的类似过渡态的稳定分子)的研究发现，这些过渡态类似物与酶的结合比底物与酶的结合紧密102106倍，证明了酶与反应过渡态互补的概念是正确的。过渡态学说涵盖了对专一性机制和对高效性机制的解说。第四十页，本课件共有65页第四节 酶在生物体内存在的几种形式一、单体酶、寡聚酶和多酶复合物单体酶、寡聚酶和多酶复合物酶和其他蛋白质一样，由种L-氨基酸组成,也有特定的氨基酸排列和特定的空间结构。根据酶蛋白分子结构可将酶分为三类。单体酶单体酶寡聚酶寡聚酶多酶复合物多酶复合物第四十一页，本课件共有65页（一）单体酶(monomeric enzyme)仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。第四十二页，本课件共有65页（二）寡聚酶（二）寡聚酶（oligomeric enzyme）寡聚酶具有四级结构，至少有2个亚基,多的可达60个以上，相对分子质量在3.5万至百万以上。组成寡聚酶的亚基可以相同，也可以不同。亚基之间以非共价键结合。有的亚基上有结合基团，叫结合亚基，有的亚基上有催化基团，叫催化亚基。亚基分离时没有活性。第四十三页，本课件共有65页第四十四页，本课件共有65页（三）多酶复合体（三）多酶复合体(multienzyme complex)多酶复合体是指几个酶嵌合而成的络合物，又称多酶络合物。一般由26个功能相关的酶组成，有利于生化反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时也便于机体对酶的调控。丙酮酸脱氢酶系（丙酮酸脱氢酶系（E.coliE.coli）：丙酮酸脱氢酶（）：丙酮酸脱氢酶（E E）、）、硫辛酰转乙酰酶（硫辛酰转乙酰酶（E E）和二氢硫辛酰脱氢酶（）和二氢硫辛酰脱氢酶（E E）。）。EEE碱性EEE+EE+脲第四十五页，本课件共有65页二、同工酶（isozyme）同工酶是指能催化相同的化学反应，但蛋白质分子结构不同的一组酶。由于蛋白质分子结构不同，各同工酶的理化性质、免疫学性质都存在很多差异。同工酶不仅存在于同一机体的不同组织中，也存在于同一组织细胞的不同亚细胞结构中。已陆续发现的同工酶达数百种，其中研究得最多的是乳酸脱氢酶(LDH)。哺乳动物中有5种乳酸脱氢酶同工酶.NAD+NADH+H+CH3-CHOH-COOH CH3-CO-COOH乳酸 丙酮酸第四十六页，本课件共有65页 用电泳法分离LDH可得到5种同工酶区带。都是由H和M二种不同类型的亚基组成的四聚体。乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱第四十七页，本课件共有65页研究同工酶的意义：研究同工酶的意义：是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传等方是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传等方面的有力工具。面的有力工具。研究蛋白质结构和功能的好材料。研究蛋白质结构和功能的好材料。在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用价值价值。第四十八页，本课件共有65页同工酶的测定可作为某些疾病的诊断指标。正常人血清LDH主要来自红细胞渗出，活力很低。当某一组织病变时，血清LDH同工酶电泳图谱会发生变化。如肝细胞受损早期，LDH总活性在正常范围内，但LDH5升高；急性心肌病变时，LDHl可升高。第四十九页，本课件共有65页蜂蜜品质同工酶电泳检测比较两种天然蜂蜜与掺假所用的工业淀粉酶的同工酶电泳，发现天然蜂蜜的淀粉酶同工酶酶谱和工业淀粉酶的同工酶酶谱存在差异。第五十页，本课件共有65页三、别构酶与修饰酶别构酶(变构酶)与修饰酶统称为调节酶。调节酶通常在一连串的反应中催化单向反应，或催化反应速度最慢的反应步骤。其活性的改变可以决定全部反应的总速度，甚至可以改变代谢的方向，故又称为限速酶(或关键酶)。第五十一页，本课件共有65页（一）别构酶（allosteric enzyme）一类较复杂的寡聚酶，除具有活性中心外，还具有别构中心。活性中心负责对底物结合和催化，别构中心则与调节催化速度有关。当某些代谢物以非共价方法结合于别构中心部位后，可使酶蛋白的构象发生改变，从而改变酶活性，这种效应称为别构效应。可发生别构效应的酶称为别构酶，可引发别构效应的代谢物称为别构效应剂。别构酶通常由多个亚基组成，活性中心和别构中心可分布在不同的亚基，也可分布在同一亚基的不同部位，能结合别构效应剂的亚基为别构亚基。别构效应剂一般为小分子代谢物，可以是别构酶的底物，也可以是代谢通路上的产物。根据别构效应剂与酶结合后的效果，可将其分为两类，使酶活性升高者称为别构激活剂，使酶活性降低者称为别构抑制剂。异柠檬酸脱氢酶是别构酶，NAD+、ADP和柠檬酸是该酶的别构激活剂，而NADH和ATP是别构抑制剂。第五十二页，本课件共有65页第五十三页，本课件共有65页变构酶的特点：变构酶的特点：变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。变构酶的变构酶的 v-S v-S 的关系不符合米氏方程，所的关系不符合米氏方程，所以其曲线不是双曲线型。以其曲线不是双曲线型。已知的变构酶都是寡聚酶。已知的变构酶都是寡聚酶。第五十四页，本课件共有65页（二）修饰酶(modification enzyme)1、修饰酶的类型某些酶能在其他酶的催化下，通过共价键可逆结合某种化学基团，从而改变其活性，这种作用称为共价修饰调节，这类酶称为共价修饰酶或化学修饰酶。修饰酶活性的改变是通过共价键结合，别构酶活性的改变是通过非共价键结合。修饰酶的共价修饰有磷酸化/脱磷酸化、乙酰化/去乙酰化、腺苷化/去腺苷化、甲基化/去甲基化、-SH/-S-S-等，其中磷酸化/脱磷酸化最为常见。第五十五页，本课件共有65页第五十六页，本课件共有65页2、修饰酶的特点（1）绝大多数修饰酶具有无活性/有活性(或低活性/高活性)两种形式，催化其正逆两方向反应的酶不同，且受激素或第二信使的调节。（2）耗能少 磷酸化/脱磷酸化是最常见的共价修饰。每个亚基磷酸化仅仅需1分子ATP，比生物合成多肽链消耗的ATP少得多，速度也快得多。（3）效率高 由于化学修饰反应一般是酶促反应，且受体内调节因子控制，故对调节信号有快速、放大的效应。体内酶促化学修饰反应往往是连锁反应，即一种酶经化学修饰后，被修饰的酶又可催化另一种酶分子进行化学修饰，每修饰一次就产生一次放大效应。因此，极少量的调节因子经化学修饰酶的逐级放大，可产生显著的生理效应。第五十七页，本课件共有65页环磷腺苷第五十八页，本课件共有65页四、结构酶(组成酶)与诱导酶根据合成与代谢的关系，将酶相对地分为结构酶和诱导酶。结构酶(structural enzym)是细胞以恒定速率和恒定数量生成的那些酶类，亦称组成酶。细胞中天然存在,含量较稳定，一般不受外界条件的影响。诱导酶(induced enzyme)是指细胞中进入特定的诱导物后,被诱导生成的。其有无及含量的多少受外界条件的影响。在某些种类的细菌细胞中，正常时只存在痕迹量的诱导酶，但当培养基中有特定的诱导物(往往是该酶的底物或底物类似物)时，酶的数量能迅速增加1000多倍，尤其当这种底物是细胞唯一的碳源时。第五十九页，本课件共有65页E.coli二度生长现象二度生长现象a：葡萄糖：葡萄糖50g/mL，山梨糖醇，山梨糖醇150g/mL；b：葡萄：葡萄糖糖100g/mL，山梨糖醇，山梨糖醇100g/mL；C：葡萄糖：葡萄糖150g/mL；山梨糖醇；山梨糖醇50g/mL）第六十页，本课件共有65页五、胞内酶与胞外酶按酶合成后分布和存在的位置,可将酶分为胞内酶与胞外酶。胞内酶(intracellular enzyme）是指那些在合成后仍留在细胞内的酶;胞外酶(extracellular enzyme)是指那些在合成后分泌到细胞外而游离在发酵液中的酶。在中文文献中常将“ectoenzyme”译为胞外酶,但它和通常所说的胞外酶(extracellular enzyme)不同,它是一种和细胞膜结合的酶,其活性中心位于细胞的外表面,指向细胞外空间,作用还未完全清楚。第六十一页，本课件共有65页第五节 酶活力测定1.1.酶活的定义酶活的定义酶酶活活定定义义：在在一一定定条条件件下下，催催化化单单位位底底物物转转变变成成产产物物所所需需的酶量。的酶量。酶活单位酶活单位 U：国国际际生生物物化化学学协协会会酶酶委委员员会会定定义义：每每分分钟钟催催化化1mol1mol底底物发生转变的酶量，即：物发生转变的酶量，即：1mol/min1mol/min。katkat：酶酶活活力力的的SISI单单位位，即即KatalKatal。KatalKatal的的定定义义是是每每秒秒钟钟催催化化1 mol1 mol底物发生转变的酶量，即：底物发生转变的酶量，即：1mol/s 1mol/s。1 kat=6101 kat=6107 7 U 1 U=1.6710U 1 U=1.6710-8-8 katkat 商业上，根据需要商业上，根据需要第六十二页，本课件共有65页2 2酶活力测定方法酶活力测定方法(Assayofenzymeactivity)：（1 1）通过定量测定酶反应的产物或底物的变化。）通过定量测定酶反应的产物或底物的变化。（2 2）通过定量测定酶反应底物中某一性质的变化，如粘度等。）通过定量测定酶反应底物中某一性质的变化，如粘度等。通常在酶的最适通常在酶的最适pHpH和离子强度以及指定的温度下测定酶活。和离子强度以及指定的温度下测定酶活。直接测定酶活直接测定酶活(direct assay)(direct assay)测定酶作用于底物或产物的形成速度测定酶作用于底物或产物的形成速度 产物量产物量 时间时间 当当EE。远远小于远远小于SS。时时 v=Vmax=kv=Vmax=k3 3EE。,v,v与与EE。成正比。成正比。初速度初速度 酶浓度酶浓度不同酶浓度下产物量随时间的变化不同酶浓度下产物量随时间的变化初速度随酶浓度的变化初速度随酶浓度的变化第六十三页，本课件共有65页 酶活测定必须满足的条件酶活测定必须满足的条件：（1）产物的量与时间呈线性关系产物的量与时间呈线性关系 即要测初速度。即要测初速度。（2 2）反反应应速速度度与与酶酶量量呈呈线线性性关关系系 即即要要满满足足SS。远远远远大大于于K Km m(至少大于至少大于2020倍倍)。报道酶活应该写明：报道酶活应该写明：酶活测定的条件，定义。酶活测定的条件，定义。比酶活，一般是酶活比酶活，一般是酶活 U/mgU/mg蛋白质。蛋白质。单点测定（单点测定（Single-point assay）必须保证产物的浓度与反应时间在必须保证产物的浓度与反应时间在0-t0-t1 1段呈线性关系。段呈线性关系。淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶几乎无一例外。淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶几乎无一例外。第六十四页，本课件共有65页感谢大家观看第六十五页，本课件共有65页