第03章酶2I模块.ppt
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1、目录目录第03章酶2I模块现在学习的是第1页,共88页n酶的概念酶的概念*目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶、核酶(脱氧核酶)核酶(脱氧核酶)酶酶是是一一类类对对其其特特异异底底物物具具有有高高效效催化作用的蛋白质。催化作用的蛋白质。现在学习的是第2页,共88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The Molecular Structure and Function of Enzyme现在学习的是第3页,共88页n酶的不同形式酶的不同形式:单单体体酶酶(monomeric enzyme):仅仅具有三级结构的酶。具有三级结构的酶。寡寡聚聚酶酶(oligomeri
2、c enzyme):由由多多个个相相同同或或不不同同亚亚基基以以非非共共价价键键连连接组成的酶。接组成的酶。现在学习的是第4页,共88页多多酶酶体体系系(multienzyme system):由由几几种种不不同同功功能能的的酶酶彼彼此此聚聚合合形形成成的的多多酶复合物。酶复合物。多多功功能能酶酶(multifunctional enzyme)或或串串联联酶酶(tandem enzyme):一一些些多多酶酶体体系系在在进进化化过过程程中中由由于于基基因因的的融融合合,多多种不同催化功能存在于一条多肽链中。种不同催化功能存在于一条多肽链中。现在学习的是第5页,共88页一、酶的分子组成中常含有辅助
3、因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分:酶蛋白蛋白质部分:酶蛋白辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n结合酶结合酶(conjugated enzyme)*n单纯酶单纯酶(simple enzyme)现在学习的是第6页,共88页n全酶分子中各部分在催化反全酶分子中各部分在催化反应中的作用应中的作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质现在学习的是第7页,共88页金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密,提金属离子与酶结合紧密
4、,提取过程中不易丢失。取过程中不易丢失。n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现在学习的是第8页,共88页金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需,但金属离子为酶的活性所必需,但与酶的结合不甚紧密。与酶的结合不甚紧密。现在学习的是第9页,共88页金属金属离子的作用:离子的作用:参与催化反应,传递电子;参与催化反应,传递电子;在酶与底物间起桥梁作用;在酶与底物间起桥梁作用;稳定酶的构象;稳定酶的构象;中和阴离子,降低反应中的静电中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。斥力等。现在学习的是第10页,共88页n小分子有机化合物是一些化学
5、小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质,称为辅酶稳定的小分子物质,称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化其主要作用是参与酶的催化过程,在反应中传递电子、过程,在反应中传递电子、质子或一些基团。质子或一些基团。现在学习的是第11页,共88页辅酶的种类不多,且分子结构辅酶的种类不多,且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。中常含有维生素或维生素类物质。现在学习的是第12页,共88页n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密,不能通过辅基和酶蛋白结合紧密,不能通过透析或超滤等方法将其除
6、去,在反透析或超滤等方法将其除去,在反应中不能离开酶蛋白,如应中不能离开酶蛋白,如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。现在学习的是第13页,共88页二、酶的活性中心是酶分子中二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位执行其催化功能的部位*与酶活性密切相关与酶活性密切相关的化学基团。的化学基团。n必需基团必需基团(essential group)现在学习的是第14页,共88页指指必需基团在空间结构上彼此靠必需基团在空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间结构的区域,近,组成具有特定空间结构的区域,能与底物特异结合并将底物转化为能与底物特异结合并将底物转化为产物。产物。n酶的活性中心酶的活性中心
7、(active center)*现在学习的是第15页,共88页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变催化底物转变成产物成产物 现在学习的是第16页,共88页位于活性中心以外,维持酶位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空间构象和活性中心应有的空间构象和(或)作为调节剂的结合部位(或)作为调节剂的结合部位所必需。所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团现在学习的是第17页,共88页底底 物物 活性中心以外的活性中心以外的必需基团必需基团结合基团结合基团催化
8、基团催化基团 活性中心活性中心 现在学习的是第18页,共88页n溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心现在学习的是第19页,共88页三、同工酶三、同工酶*同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应,而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构理理化化性质乃至免疫学性质性质乃至免疫学性质不同不同的一组酶。的一组酶。n定义定义现在学习的是第20页,共88页HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶n举例举例 现在学习的是第21页,共88页第二节第二节
9、 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action现在学习的是第22页,共88页在反应前后没有质和量的变化;在反应前后没有质和量的变化;只能催化热力学允许的化学反应;只能催化热力学允许的化学反应;只能加速可逆反应的进程,而不改变只能加速可逆反应的进程,而不改变反应的平衡点。反应的平衡点。n酶与一般催化剂的共同点:酶与一般催化剂的共同点:现在学习的是第23页,共88页(一)(一)酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率*一、酶促反应的特点一、酶促反应的特点*(自主学习自主学习)通常比非催化反应高通常比非催化反应高1081020倍倍不需要较高的反应温度不需要
10、较高的反应温度酶比一般催化剂更有效地降低反应的酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。活化能。现在学习的是第24页,共88页n酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3种种类型类型*:绝对特异性绝对特异性(absolute specificity):只能作用于特定结构的底物,进行只能作用于特定结构的底物,进行一种专一的反应,生成一种特定结一种专一的反应,生成一种特定结构的产物构的产物。现在学习的是第26页,共88页相对特异性相对特异性(relative specificity):作:作用于一类化合物或一种化学键。用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性立体结构特异性(stereosp
11、ecificity):作用于立体异构体中的一种。作用于立体异构体中的一种。现在学习的是第27页,共88页(三)酶促反应的可调节性(三)酶促反应的可调节性*酶促反应受多种因素的调控,以适酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断变化的内外环境和生命应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。活动的需要。现在学习的是第28页,共88页二、酶通过促进底物形成过渡态而二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率提高反应速率(一)酶比一般催化剂更有效地降低(一)酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能反应活化能活化能活化能:底物分子从初态转变:底物分子从初态转变到活化态所需的能量。到活化态所需的能量。现在学习
12、的是第29页,共88页反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 现在学习的是第30页,共88页(二)酶(二)酶-底物复合物的形成有利于底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态底物转变成过渡态 酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态)现在学习的是第31页,共88页1.诱导契合作用使酶与底物密切结合诱导契合作用使酶与底物密切结合2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定邻近效应与定向排列使
13、诸底物正确定位于酶的活性中心位于酶的活性中心 3.表面效应使底物分子去溶剂化表面效应使底物分子去溶剂化现在学习的是第32页,共88页羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物现在学习的是第33页,共88页第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 现在学习的是第34页,共88页n酶促反应动力学:酶促反应动力学:研究各种因素对酶促研究各种因素对酶促反应速率的影响,并加以反应速率的影响,并加以定量定量的阐述。的阐述。n影响因素包括:影响因素包括:酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。、温度、
14、抑制剂、激活剂等。现在学习的是第35页,共88页一、底物浓度对反应速率影响的作一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线图呈矩形双曲线SV现在学习的是第36页,共88页当底物浓度较低时:当底物浓度较低时:反应速率与底物浓度成正比;反应为反应速率与底物浓度成正比;反应为一级反应。一级反应。SVVmax现在学习的是第37页,共88页随着底物浓度的增高:随着底物浓度的增高:反应速率不再成正比例加速;反应反应速率不再成正比例加速;反应为混合级反应。为混合级反应。SVVmax现在学习的是第38页,共88页当底物浓度高达一定程度:当底物浓度高达一定程度:反应速率不再增加,达最大速率;反应速率不再增加,达
15、最大速率;反应为零级反应反应为零级反应SVVmax现在学习的是第39页,共88页中间产物中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是关系的最合理学说是中间产物学说中间产物学说*:E+S k1k2k3ESE+P(一)米曼氏方程式揭示单底物(一)米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性反应的动力学特性现在学习的是第40页,共88页米氏方程式米氏方程式(Michaelis equation)*S:底物浓度底物浓度V:不同不同S时的反应速率时的反应速率Vmax:最大反应速率最大反应速率m:米氏常数米氏常数VmaxS Km+S 现在学习的是第41页,共88页当
16、反应速率为最大反应速率一半时:当反应速率为最大反应速率一半时:n Km值的推导值的推导Km=S Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度,单位是半时的底物浓度,单位是mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSVmaxVSKmVmax/2 现在学习的是第42页,共88页n Km的意义的意义*Km是酶的特征性常数之一,是酶的特征性常数之一,只与酶的结构、底物和反应环境只与酶的结构、底物和反应环境(如,温度、(如,温度、pH、离子强度)有、离子强度)有关,与酶的浓度无关。关,与酶的浓度无关。现在学习的是第43页,共88页 Km可近似表示酶对底物的可近
17、似表示酶对底物的亲和力;亲和力;同一酶对于不同底物有不同同一酶对于不同底物有不同的的Km值。值。现在学习的是第44页,共88页三、温度对反应速率的影响具有三、温度对反应速率的影响具有双重性双重性*(自主学习自主学习)温度对酶促反应速率具有双重影响。温度对酶促反应速率具有双重影响。酶促反应速率最快时反应体系的温度酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的称为酶促反应的最适温度最适温度(optimum temperature)。现在学习的是第45页,共88页n n淀粉淀粉现在学习的是第46页,共88页四、四、pH通过改变酶和底物分子解离通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率状态影响反应速率*
18、(自主学习自主学习)酶催化活性最高时反应体系的酶催化活性最高时反应体系的pH称称为酶促反应的为酶促反应的最适最适pH(optimum pH)。现在学习的是第47页,共88页五、抑制剂可逆地或不可逆地五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率降低酶促反应速率n酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而凡能使酶的催化活性下降而不不引起酶蛋白变性引起酶蛋白变性的物质称为酶的的物质称为酶的抑制剂。抑制剂。现在学习的是第48页,共88页n酶的抑制区别于酶的变性:酶的抑制区别于酶的变性:抑制剂对酶有一定抑制剂对酶有一定选择性选择性 引起变性的因素对酶没有选择引起变性的因素对酶没有选
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- 03 章酶 模块
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