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酶促反应的机制本讲稿第一页，共六十三页第一节第一节 酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能酶是蛋白质，同样具有一、二、三酶是蛋白质，同样具有一、二、三甚至四级结构。甚至四级结构。单体酶：仅具有三级结构单体酶：仅具有三级结构寡聚酶：多个相同或者不同的亚基寡聚酶：多个相同或者不同的亚基多酶体系：有几种不同的酶聚合多酶体系：有几种不同的酶聚合多功能酶：多种不同催化功能在一多功能酶：多种不同催化功能在一条多肽链上。条多肽链上。本讲稿第二页，共六十三页一、酶的分子组成一、酶的分子组成单纯酶：仅由多肽链构成单纯酶：仅由多肽链构成 酶蛋白酶蛋白结合酶结合酶辅酶辅酶 辅助因子辅助因子 金属离子金属离子 辅基辅基或小分子有机物或小分子有机物（全酶）（全酶）本讲稿第三页，共六十三页酶蛋白决定反应的特异性酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质辅助因子决定反应的种类与性质金属离子是最多见的辅助因子。金属离子是最多见的辅助因子。小分子有机化合物是一些化学稳小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，主要作用是参定的小分子物质，主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递与酶的催化过程，在反应中传递电子，质子或一些基团。电子，质子或一些基团。本讲稿第四页，共六十三页酶蛋白与酶蛋白与辅助因子结合形成的复辅助因子结合形成的复合物成为全酶。合物成为全酶。金属酶：结合紧密金属酶：结合紧密金属激活酶：不甚紧密金属激活酶：不甚紧密辅酶：结合松散，可透析超滤去出辅酶：结合松散，可透析超滤去出接受基团或质子后离开酶蛋白。接受基团或质子后离开酶蛋白。辅基：结合紧密，不可透析超滤去辅基：结合紧密，不可透析超滤去出，不离开酶蛋白。出，不离开酶蛋白。本讲稿第五页，共六十三页二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团：酶分子氨基酸侧链上一必需基团：酶分子氨基酸侧链上一些与酶活性密切相关的化学基团。些与酶活性密切相关的化学基团。酶的活性中心：酶分子一些一级结酶的活性中心：酶分子一些一级结构上可能相差很远的必需基团，在构上可能相差很远的必需基团，在空间上互相靠近，组成具有特定空空间上互相靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异性结间结构的区域，能与底物特异性结合，并将底物催化成产物。合，并将底物催化成产物。本讲稿第六页，共六十三页必需基团有两类：必需基团有两类：结合基团：结合底物和辅酶结合基团：结合底物和辅酶催化基团：影响底物的稳定性催化基团：影响底物的稳定性酶的活性中心是酶分子中具有三酶的活性中心是酶分子中具有三级结构的区域，如裂缝或凹陷，级结构的区域，如裂缝或凹陷，可由疏水性氨基酸的基团组成疏可由疏水性氨基酸的基团组成疏水口袋。水口袋。本讲稿第七页，共六十三页peptidesubstrateactive site Essential groups of enzyme out of active siteBinding groupCatalytic groupEssential groups of enzyme in active site本讲稿第八页，共六十三页溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心本讲稿第九页，共六十三页第二节第二节 酶促反应的特点和机制酶促反应的特点和机制酶在化学反应前后质与量均未改酶在化学反应前后质与量均未改变，只能加速可逆反应的进程，变，只能加速可逆反应的进程，而不能改变反应的平衡点。而不能改变反应的平衡点。本讲稿第十页，共六十三页一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点（一）酶促反应具有极高的效率（一）酶促反应具有极高的效率降低活化能降低活化能（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性立体异构专一性立体异构专一性（三）酶促反应的可调节性（三）酶促反应的可调节性本讲稿第十一页，共六十三页本讲稿第十二页，共六十三页二、酶促反应的机制二、酶促反应的机制（一）酶与底物复合物的形成与（一）酶与底物复合物的形成与诱导契合假说诱导契合假说（二）酶促反应的机制（二）酶促反应的机制邻近效应与定向排列邻近效应与定向排列多元催化多元催化表面效应表面效应本讲稿第十三页，共六十三页诱导契合假说诱导契合假说本讲稿第十四页，共六十三页第二节第二节 酶促反应动力学酶促反应动力学酶促反应动力学是研究梅促反应速酶促反应动力学是研究梅促反应速度及其影响因素的。度及其影响因素的。因素包括：酶浓度，底物浓度，因素包括：酶浓度，底物浓度，pHpH，温度，抑制剂和激动剂等。温度，抑制剂和激动剂等。本讲稿第十五页，共六十三页一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响本讲稿第十六页，共六十三页米氏方程的修正米氏方程的修正ES 的生成速度的生成速度=k1 E S =k1(E total-ES)S ES 的分解速度的分解速度=k-1 ES+kcat ES k1(E total-ES)S=k-1ES+kcat ES 本讲稿第十七页，共六十三页经整理：经整理：ES =设设：Km=k1 E total Sk1 S+k-1+kcatE total Sk-1+kcatk1+S k-1+kcatk1本讲稿第十八页，共六十三页则：则：当反应速度达到最大反应速度的一半当反应速度达到最大反应速度的一半时：时：Km =Sv=kcat ES=kcat E total SKm +S本讲稿第十九页，共六十三页V0=kcat ES.(2)ES=Etotal.（最大反应速度应该是所（最大反应速度应该是所有酶均与底物结合时的速度）有酶均与底物结合时的速度）Vmax=kcat Etotal.(3)米氏方程的推导米氏方程的推导本讲稿第二十页，共六十三页正反应速度为正反应速度为：Vf=k1 E S逆反应速度为逆反应速度为：Vr=k-1 ES在反应达到平衡时，正反应速度等在反应达到平衡时，正反应速度等与逆反应速度与逆反应速度：k1 E S=k-1 ES本讲稿第二十一页，共六十三页自由酶浓度等于总酶浓度减去结合酶自由酶浓度等于总酶浓度减去结合酶k1(E total-ES)S=k-1 ES(E total-ES)S k-1ES k1=Ks ES =E total SKs +Sv=kcat ES=kcat E total SKs +S本讲稿第二十二页，共六十三页 Vmax=kcat Etotal v=当当 S Ks 时，v Vmax当当 S Ks 时，v Vmax SKs +SVmax SKs与与 S成正比成正比本讲稿第二十三页，共六十三页Km 和和Vmax 的意义的意义Km1，反应速度达到最大反应速度一，反应速度达到最大反应速度一半是的底物浓度半是的底物浓度2，表示酶和底物的亲和程度，表示酶和底物的亲和程度3，km是酶的特征常数之一是酶的特征常数之一Vmax 是酶完全被底物饱和时的反是酶完全被底物饱和时的反应速度应速度本讲稿第二十四页，共六十三页双倒数作图法双倒数作图法本讲稿第二十五页，共六十三页01/S双倒数作图法双倒数作图法本讲稿第二十六页，共六十三页0SHanes-Woolf 作图法作图法本讲稿第二十七页，共六十三页Eadie-Hofstee作图法作图法（v对对v/S作图法）作图法）本讲稿第二十八页，共六十三页Vmax对对Km作图法作图法本讲稿第二十九页，共六十三页表表21 四种作图法特征比较四种作图法特征比较 作图方作图方式式 斜率斜率 纵轴截纵轴截距距 横轴截横轴截距距 1/v1/S Km/Vmax1/Vmax-1/KmS/vS 1/Vmax Km/Vmax-Kmvv/S-KmVmaxVmax/KmVmaxKmv/S v S 本讲稿第三十页，共六十三页二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响随着酶浓度的增随着酶浓度的增加，反应速度成加，反应速度成正比变化。正比变化。本讲稿第三十一页，共六十三页三、温度对酶促反应的影响三、温度对酶促反应的影响本讲稿第三十二页，共六十三页四、pH 对酶促反应的影响对酶促反应的影响本讲稿第三十三页，共六十三页五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响抑制剂：凡是能使酶的催化活性抑制剂：凡是能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。下降而不引起酶蛋白变性的物质。可逆性抑制可逆性抑制不可逆性抑制不可逆性抑制本讲稿第三十四页，共六十三页（一）不可逆性抑制（一）不可逆性抑制不可逆性抑制：抑制剂通常与酶不可逆性抑制：抑制剂通常与酶的活性中心上的必需基团以共价的活性中心上的必需基团以共价键结合，使酶失活。键结合，使酶失活。不能用透析，超滤等方法除去。不能用透析，超滤等方法除去。本讲稿第三十五页，共六十三页农药可使酶失活解磷定可以解毒农药可使酶失活解磷定可以解毒本讲稿第三十六页，共六十三页（二）可逆性抑制（二）可逆性抑制可逆性抑制：抑制剂通常与酶可逆性抑制：抑制剂通常与酶通过非共价键结合，使酶失活。通过非共价键结合，使酶失活。能用透析，超滤等方法除去。能用透析，超滤等方法除去。竞争性抑制作用竞争性抑制作用非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用本讲稿第三十七页，共六十三页1 1，竞争性抑制作用，竞争性抑制作用竞争性抑制的反应式竞争性抑制的反应式竞争酶的活性中心竞争酶的活性中心本讲稿第三十八页，共六十三页 PABA FH2磺胺类药物竞争性抑制酶的活性磺胺类药物竞争性抑制酶的活性本讲稿第三十九页，共六十三页竞争性抑制作用竞争性抑制作用竞争性抑制的竞争性抑制的动力学关系动力学关系本讲稿第四十页，共六十三页竞争性抑制的双倒数作图法竞争性抑制的双倒数作图法竞争性抑制的竞争性抑制的 Hanes-Woolf 作图法作图法 本讲稿第四十一页，共六十三页竞争性抑制剂存在时，竞争性抑制剂存在时，Vmax 不变，不变，Km 值增大值增大本讲稿第四十二页，共六十三页Dixon Dixon 作图作图本讲稿第四十三页，共六十三页2 2，非竞争性抑制作用，非竞争性抑制作用非竞争性抑制的反应式非竞争性抑制的反应式竞争酶的活性中心以外的必须基团竞争酶的活性中心以外的必须基团本讲稿第四十四页，共六十三页非竞争性抑制的双倒数作图法非竞争性抑制的双倒数作图法非竞争性抑制的非竞争性抑制的 Hanes-Woolf 作图法作图法本讲稿第四十五页，共六十三页非竞争性抑制剂存在时，非竞争性抑制剂存在时，Vmax 降低，降低，Km 值不变。值不变。本讲稿第四十六页，共六十三页3，反竞争性抑制作用，反竞争性抑制作用反竞争性抑制的反应式反竞争性抑制的反应式本讲稿第四十七页，共六十三页反竞争性抑制的双倒数作图法反竞争性抑制的双倒数作图法反竞争性抑制反竞争性抑制剂存在时，剂存在时，Vmax 降低，降低，Km 亦亦降低。降低。本讲稿第四十八页，共六十三页各种可逆性抑制作用的比较各种可逆性抑制作用的比较结合部位结合部位Km Vmax无竞争剂无竞争剂Km Vmax竞争性抑制竞争性抑制E 增大增大 不变不变 非竞争性抑制非竞争性抑制 E,ES不变不变 减小减小反竞争性抑制反竞争性抑制 ES减小减小 减小减小 本讲稿第四十九页，共六十三页六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响激活剂：使酶从无活性变为有激活剂：使酶从无活性变为有活性或使酶的活性增加的物质。活性或使酶的活性增加的物质。必需激活剂必需激活剂非必需激活剂非必需激活剂本讲稿第五十页，共六十三页第四节、酶的调节第四节、酶的调节一、酶活性的调节酶活性的调节酶原的激活酶原的激活变构酶变构酶酶的共价修饰调节酶的共价修饰调节本讲稿第五十一页，共六十三页酶原的激活：体内的酶以无活性酶原的激活：体内的酶以无活性的酶原形式存在，在一定条件下，的酶原形式存在，在一定条件下，水解几个肽键，使酶分子的构象水解几个肽键，使酶分子的构象发生改变，表现出活性。发生改变，表现出活性。酶原的激活实际上是酶的活性中心酶原的激活实际上是酶的活性中心形成和暴露的过程。形成和暴露的过程。本讲稿第五十二页，共六十三页变构酶：变构酶：催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂本讲稿第五十三页，共六十三页单底物酶与单底物酶与异构酶的反异构酶的反应速度曲线应速度曲线本讲稿第五十四页，共六十三页肌红蛋白和血红蛋白的结构本讲稿第五十五页，共六十三页酶的共价修饰调节：可逆性的共酶的共价修饰调节：可逆性的共价结合某些化学基团，从而改变价结合某些化学基团，从而改变酶的活性。酶的活性。磷酸化磷酸化脱磷酸化脱磷酸化本讲稿第五十六页，共六十三页二、酶含量的调节二、酶含量的调节（一）酶蛋白合成的调节酶蛋白合成的调节诱导诱导阻遏阻遏（二）酶蛋白降解的调节（二）酶蛋白降解的调节本讲稿第五十七页，共六十三页三、同工酶三、同工酶同工酶：是指催化的化学反应相同工酶：是指催化的化学反应相同，但酶蛋白的分子结构，理化同，但酶蛋白的分子结构，理化性质或免疫学性质不同的一组酶性质或免疫学性质不同的一组酶如：乳酸脱氢酶如：乳酸脱氢酶本讲稿第五十八页，共六十三页第六节第六节 酶与医学的关系酶与医学的关系一、一、酶与疾病的关系酶与疾病的关系二、二、酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断三、三、酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗本讲稿第五十九页，共六十三页二、二、酶在医学上的应用酶在医学上的应用（一）（一）酶作为试剂用于临床检验酶作为试剂用于临床检验（二）酶作为药物用于临床治疗（二）酶作为药物用于临床治疗本讲稿第六十页，共六十三页（三）酶作为工具用于科学研（三）酶作为工具用于科学研究和生产究和生产工具酶工具酶酶标及测定，酶联免疫测定酶标及测定，酶联免疫测定 ELISAELISA固定化酶固定化酶抗体酶抗体酶本讲稿第六十一页，共六十三页名词解释：名词解释：1 1，脂质体，脂质体2 2，内在蛋白（整合蛋白），内在蛋白（整合蛋白）3 3，外周蛋白（外在蛋白），外周蛋白（外在蛋白）4 4，脂锚定蛋白，脂锚定蛋白5 5，米氏常数，米氏常数6 6，竞争性抑制作用，竞争性抑制作用7 7，非竞争性抑制作用，非竞争性抑制作用8 8，反竞争性抑制作用，反竞争性抑制作用本讲稿第六十二页，共六十三页论述题：论述题：1 1，简述膜的流动镶嵌学说，简述膜的流动镶嵌学说2 2，简述膜蛋白的分类，简述膜蛋白的分类3 3，试推导米氏方程并简述，试推导米氏方程并简述KmKm及及VmaxVmax的意义的意义4 4，当，当S=0.5Km;S=0.5Km;S=4Km;S=9Km;S=4Km;S=9Km;S=9.9KmS=9.9Km时，时，计算反应速度分别达到计算反应速度分别达到VmaxVmax的百分之几？的百分之几？5 5，以双倒数做图法画出竞争性、非竞争性和，以双倒数做图法画出竞争性、非竞争性和反竞争性抑制作用的特征曲线，并说明各反竞争性抑制作用的特征曲线，并说明各曲线中曲线中KmKm及及VmaxVmax的变化。的变化。本讲稿第六十三页，共六十三页