大学生物化学 酶.10.ppt
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1、大学生物化学 酶2013.10 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date第一节第一节 概述概述l定义定义:活细胞合成的具有催化功能的生物大活细胞合成的具有催化功能的生物大
2、分子分子( (绝大多数是蛋白质绝大多数是蛋白质) )l功能功能: :作为生物催化剂作为生物催化剂, ,摧化生物体内所有化摧化生物体内所有化 学反应。是物质代谢必不可少的学反应。是物质代谢必不可少的. .l本质本质: :蛋白质蛋白质( (绝大多数绝大多数-蛋白质在生命活动蛋白质在生命活动 中的重要体现中的重要体现) )、核酸(核酶)、核酸(核酶)酶促反应:酶促反应:l底物底物 S:酶促反应中被酶催化的物质:酶促反应中被酶催化的物质l产物产物 P: 催化反应中所生成的物质催化反应中所生成的物质 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸酶活性:酶活性:l酶催化化学反应的能力酶催化化学反应的能力l
3、酶活性大小:指酶催化化学的反应速度酶活性大小:指酶催化化学的反应速度单位时间内底物的消耗量或产物的生成量单位时间内底物的消耗量或产物的生成量一、酶的化学组成一、酶的化学组成l 单纯酶:单纯蛋白质。只有氨基酸组成的肽单纯酶:单纯蛋白质。只有氨基酸组成的肽 链(蛋白水解酶链(蛋白水解酶- 消化道中的酶)消化道中的酶)l 结合酶:结合蛋白。氨基酸残基结合酶:结合蛋白。氨基酸残基+非蛋白成分非蛋白成分 全酶全酶 = = 酶蛋白酶蛋白 + + 辅助因子辅助因子 催化活性催化活性 氨基酸残基氨基酸残基 非蛋白成分非蛋白成分 辅酶辅酶:与酶蛋白连接是比较疏松:与酶蛋白连接是比较疏松 小分子有机化合物小分子有
4、机化合物 辅基辅基:与酶蛋白连接是比较牢固:与酶蛋白连接是比较牢固 参与氧化还原反应的酶和基团需要辅基或辅酶进行电子或参与氧化还原反应的酶和基团需要辅基或辅酶进行电子或辅助因子辅助因子 氢的传送。在基团中大多含有氢的传送。在基团中大多含有B B族维生素族维生素。 金属酶:酶蛋白金属酶:酶蛋白+ +金属离子金属离子 结合牢固结合牢固 无机金属离子无机金属离子 (大多数)(大多数) 金属活化酶:不与酶蛋白结合在一起,金属活化酶:不与酶蛋白结合在一起, 但酶发挥作用需金属离子参与。但酶发挥作用需金属离子参与。 稳定酶蛋白分子构象、作为酶活性中心一部分、本稳定酶蛋白分子构象、作为酶活性中心一部分、本
5、身进行氧化还原传递电子、作为桥梁连接酶与底物、身进行氧化还原传递电子、作为桥梁连接酶与底物、 中和阴离子,降低反应中的静电斥力中和阴离子,降低反应中的静电斥力 第二节第二节 酶催化作用的特点酶催化作用的特点一)酶具有酶具有高效的催化活性高效的催化活性 降低活化能的程度比一般催化剂大,催化效率比一降低活化能的程度比一般催化剂大,催化效率比一般催化剂高(般催化剂高(10107 710101313)。)。过氧化氢分解过氧化氢分解: 催化剂催化剂 催化速度催化速度 铁离子铁离子 610-4 mol/ mol离子离子/秒秒 血红素血红素 610-1 mol/ mol /秒秒 过氧化氢酶过氧化氢酶 610
6、6 mol/ mol/秒秒 二)酶的催化具有高度特异性二)酶的催化具有高度特异性 一般催化剂:一般催化剂: 在体外,大多数反应都可用相同在体外,大多数反应都可用相同 的催化剂的催化剂 酶:酶: 只能一种或一类化学反应或一种化只能一种或一类化学反应或一种化 学键学键 特异性表现在它对底物的选择和催化的特异性。它可从特异性表现在它对底物的选择和催化的特异性。它可从成千上万种反应物中找出自己作用的底物。成千上万种反应物中找出自己作用的底物。 绝对绝对特异性:特异性: 一个酶一个底物一个酶一个底物 相对相对特异性:特异性: 一个酶多种底物一个酶多种底物特异性特异性 催化一类具有相似结构或相同化学键的底
7、物催化一类具有相似结构或相同化学键的底物 立体异构立体异构特异性:根据底物的立体构型进特异性:根据底物的立体构型进 行选择性地催化行选择性地催化三)酶的三)酶的高度不稳定性高度不稳定性 由于大多数酶的本质是蛋白质,所以其作用由于大多数酶的本质是蛋白质,所以其作用必须在温和的条件下(常温、常压、合适的必须在温和的条件下(常温、常压、合适的pHpH)。)。 所有影响蛋白质的因素都能影响酶的活性。所有影响蛋白质的因素都能影响酶的活性。四)酶催化作用的四)酶催化作用的可调节性可调节性体内有各种因素都可调节酶的催化能力体内有各种因素都可调节酶的催化能力思考题:思考题:l酶是一个什么物质,在体内其什么作用
8、?酶是一个什么物质,在体内其什么作用?l在酶促反应中,底物、产物分别代表什么?在酶促反应中,底物、产物分别代表什么?l结合酶中的辅助因子主要是一些什么物质?结合酶中的辅助因子主要是一些什么物质?l什么叫做辅基、辅酶什么叫做辅基、辅酶l酶催化作用的特点是什么?酶催化作用的特点是什么?第三节第三节 酶的作用机制及调节酶的作用机制及调节l酶的活性中心酶的活性中心 酶分子中的必需基团(与酶活性有关的功能基团)酶分子中的必需基团(与酶活性有关的功能基团)通过空间构象折叠、盘绕相互靠近,形成一个能与底通过空间构象折叠、盘绕相互靠近,形成一个能与底物特异性结合并催化底物转化为产物的特定区域物特异性结合并催化
9、底物转化为产物的特定区域通常活性中心在分子的表面通常活性中心在分子的表面 功能基团:功能基团: 1 1结合基团:与底物结合结合基团:与底物结合 S + E ESS + E ES 2 2催化基团:催化底物反应转变产物(影响底物催化基团:催化底物反应转变产物(影响底物 中某些化学基团的稳定性)中某些化学基团的稳定性) 3 3必需基团:既有结合又有催化功能的基团必需基团:既有结合又有催化功能的基团14底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 维持酶的空间构象所维持酶的空间构象所必需必需酶原酶原: 一些酶(大多数是蛋白酶)在细胞内合成时
10、一些酶(大多数是蛋白酶)在细胞内合成时 及分泌时是没有催化活性的前体及分泌时是没有催化活性的前体 实质:没有形成(暴露)酶的活性中心实质:没有形成(暴露)酶的活性中心酶原激活酶原激活:酶原在一定的条件下,在某种因素作用:酶原在一定的条件下,在某种因素作用 下分子结构发生改变,暴露或形成酶的下分子结构发生改变,暴露或形成酶的 活性中心,转变成具有活性酶的过程。活性中心,转变成具有活性酶的过程。l酶原与酶原激活酶原与酶原激活胰蛋白酶原激活过程:胰蛋白酶原激活过程: 在肠道,肽链的在肠道,肽链的N N端一个或几个特定的肽键断裂(肠激酶端一个或几个特定的肽键断裂(肠激酶作用下),酶原的空间构象发生变化
11、作用下),酶原的空间构象发生变化形成酶的活性中心形成酶的活性中心。酶原激活的生理意义:酶原激活的生理意义: 1、避免产生酶的组织细胞自身被破坏避免产生酶的组织细胞自身被破坏 2保证酶在特定部位与环境下和特定的条件下被激保证酶在特定部位与环境下和特定的条件下被激 活,发挥催化功能。活,发挥催化功能。 3作为储存形式,需要的时候被激活作为储存形式,需要的时候被激活 消化道酶原形式,保护消化管不被酶水解。血液中的消化道酶原形式,保护消化管不被酶水解。血液中的凝血因子以酶原形式,防止血管内凝血。凝血因子以酶原形式,防止血管内凝血。 催化同一种化学反应,但酶蛋白的分子结构、催化同一种化学反应,但酶蛋白的
12、分子结构、理化性质不同、免疫原性不同的一组酶。理化性质不同、免疫原性不同的一组酶。 部位:同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞部位:同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞 的不同亚细胞结构。的不同亚细胞结构。 功能功能: : 参与代谢的调节参与代谢的调节l同工酶同工酶比较重要的同工酶比较重要的同工酶: :LDH(LDH(乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶) ) 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸结构结构: : 两种亚基以不同比例组成五种四聚体形两种亚基以不同比例组成五种四聚体形 式。单个亚基无活性式。单个亚基无活性. .两种亚基分别有两个基因位点决定两种亚基分别有两个基因位点决定M: M: 基因
13、位点在第基因位点在第1111号染色体上号染色体上H: H: 基因位点在第基因位点在第1212号染色体上号染色体上五种同工酶五种同工酶: :HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)结构不同,分布不同,含量不同结构不同,分布不同,含量不同在正常血清中都有一定量。但如组织发生病变,在正常血清中都有一定量。但如组织发生病变,会导致血清酶谱改变,便于临床诊断。会导致血清酶谱改变,便于临床诊断。22l酶催化作用机制酶催化作用机制l酶降低反应的活化能酶降低反应的活化能化学反应基础:参与反应的分子间有效碰撞化学反应
14、基础:参与反应的分子间有效碰撞 活化分子:具有足够能量的反应分子活化分子:具有足够能量的反应分子 活化能:活化分子具有的足够能量平均活化能:活化分子具有的足够能量平均 水平能量水平能量 酶催化作用的机制酶催化作用的机制-中间产物学说:中间产物学说: ESES形成,降低反应活化能,使原先低于活化能阈形成,降低反应活化能,使原先低于活化能阈的分子也成为活化分子,碰撞反应的分子多了,反应的分子也成为活化分子,碰撞反应的分子多了,反应速度加快了。速度加快了。 一般催化剂:增加温度,使更多的反应物分子获得一般催化剂:增加温度,使更多的反应物分子获得所需的活化能所需的活化能l代谢途径的关键酶(限速酶)代谢
15、途径的关键酶(限速酶)限速酶限速酶: 催化限速反应的酶为限速酶。催化限速反应的酶为限速酶。关键酶:催化单向反应,关键酶:催化单向反应,决定代谢途径方向的酶决定代谢途径方向的酶 E1 E2 E3 E4 A B C D P思考题:思考题:l酶的活性中心定义。酶的活性中心定义。l什么叫做酶的必需基团,有几类,分别是指什么?什么叫做酶的必需基团,有几类,分别是指什么?l酶原与酶原激活,有什么意义?酶原与酶原激活,有什么意义?l关键酶、限速酶的定义关键酶、限速酶的定义l研究各种因素对酶促反应速度的影响研究各种因素对酶促反应速度的影响第四节第四节 影响酶催化作用的因素影响酶催化作用的因素酶浓度、酶浓度、底
16、物浓度底物浓度、温度、温度、pHpH、激活剂、激活剂、抑制剂抑制剂条件:条件: 研究某一因素对酶促反应速度的影响,研究某一因素对酶促反应速度的影响, 其它因素保持不变。保持反应在其它因素保持不变。保持反应在初速度初速度 的状态的状态 其它条件不变,只改变底物浓度,观察对反应其它条件不变,只改变底物浓度,观察对反应速度的影响速度的影响。l底物浓度对反应速度的影响底物浓度对反应速度的影响底物饱和:酶的活性中心已被底物全部占据,速度底物饱和:酶的活性中心已被底物全部占据,速度 不再增加,达到极限不再增加,达到极限Vm Vm S + E ES E+ P 米曼氏方程式:根据中间产物学说推导出米曼氏方程式
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