第三章 酶2.ppt
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1、第五节第五节 酶活力及其测定酶活力及其测定一、一、酶活力酶活力及其测定及其测定 酶活力:是指酶催化一定化学反应酶活力:是指酶催化一定化学反应的能力。的能力。1、酶活力与酶反应速度、酶活力与酶反应速度 以单位时间内底物的消耗量或产以单位时间内底物的消耗量或产物的生成量衡量。物的生成量衡量。二二.活力单位活力单位(U)与比活与比活力力 酶单位(酶单位(U):):在在一定条件一定条件下、下、一定时间一定时间内、将内、将一定量一定量的的 底物转化为产物所需的酶量。底物转化为产物所需的酶量。如:如:每小时催化每小时催化1克底物克底物 每小时催化每小时催化1ml某浓度溶液某浓度溶液 每分钟催化每分钟催化1
2、ug底物底物一定时间一定时间一定量底物一定量底物一一定定条条件件下下(1)国际单位()国际单位(IU)在在标准条件标准条件下(下(25 ,最适,最适pH和最和最适底物浓度)适底物浓度)一分钟一分钟内催化内催化1微摩尔微摩尔底底物物转化为产物所需的酶量。转化为产物所需的酶量。1 IU=1 mol/min 酶活力单位标准化酶活力单位标准化(2)Kat(一种新的酶活力国际单位)(一种新的酶活力国际单位)在在标准条件标准条件下(下(25 ,最适,最适pH和最适和最适底物浓度)底物浓度)每秒钟每秒钟催化催化1摩尔摩尔底物底物转化为转化为产物所需的酶量。产物所需的酶量。1 Kat=1 mol/s =601
3、06 IU酶活力单位标准化酶活力单位标准化比活性比活性(specific activity)单位质量酶产品中的酶活力称比活力。单位质量酶产品中的酶活力称比活力。u/mg酶蛋白酶蛋白 u/ml酶蛋白酶蛋白酶产品质量评价中常使用,酶产品质量评价中常使用,一定程度上代表酶的纯度。一定程度上代表酶的纯度。三、转换数三、转换数(turnover number,Kcat)一定条件下:一定条件下:w每秒钟、每个酶分子每秒钟、每个酶分子转换的底物分子数转换的底物分子数w或或每微摩尔酶分子每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数转换底物的微摩尔数w一秒内一秒内1摩尔的酶可催化几摩尔的底物摩尔的酶可催化几摩尔的底物 表示
4、酶催化中心的活性。表示酶催化中心的活性。酶活力测定实例酶活力测定实例确定反应条件确定反应条件 20、pH=7,底物浓度底物浓度 6g/l(过量)过量)加入加入2mg固体脂肪酶固体脂肪酶确定活力单位确定活力单位 每小时催化每小时催化1克底物克底物 1U=1g/h 测反应初速度测反应初速度 作产物甘油随时间增加的曲线,作产物甘油随时间增加的曲线,量出反应初速度值量出反应初速度值,换算为脂肪的消耗速度。如换算为脂肪的消耗速度。如 8g/h换算活力换算活力 8g/h/1g/h=8U计算比活力计算比活力 8U/2mg酶蛋白酶蛋白=4U/mg酶蛋白酶蛋白脂肪脂肪脂肪脂肪脂肪酶脂肪酶甘油甘油甘油甘油 +脂肪
5、酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸第六节第六节 影响酶促反速度的因素影响酶促反速度的因素影响酶促反应速度的因素主要包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、抑制剂和激活剂等。酶促反应动力学遵循化学反应动力学一般规律,但又有其特点。一、一、S对酶作用的影响对酶作用的影响一级反应:一级反应:v =kc反应速率与反应物浓度的一次方成正比反应速率与反应物浓度的一次方成正比零级反应:零级反应:v=kv 与反应物浓度无关与反应物浓度无关 v一级反应混合级反应零级反应S底物浓度对酶催化反应初速率的影响底物浓度对酶催化反应初速率的影响底物浓度对酶催化反应初速率的影响底物浓度对酶催化反应初速率的影响E+S ES P+Ek1k1k
6、2k2k3k3 k4三个假设:三个假设:(1)E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应,而复合物的反应是快速平衡反应,而 ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应,反应速度取决于的反应为慢反应,反应速度取决于慢反应即慢反应即 Vk3ES。(2)S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度,因此在反应的初的总浓度,因此在反应的初始阶段,始阶段,S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。(3)P0 忽略忽略 这步反应这步反应 为了说明酶促反应速度与底物浓度关系,米氏方程被提出。为了说明酶促反应速度与底物浓度关系,米氏方程被提出。其推导过程:其推导过程:2、米氏方程推导米氏方程推导稳态时稳态
7、时ES浓度不变浓度不变 反应速度反应速度 V=k3ES ES的生成速度的生成速度=消耗速度消耗速度 k1ES=k2ES+k3ES E的质量平衡方程的质量平衡方程 Ef=Et-ESE+S ES P+Ek1k1k2k2k3k3()()()Vmax=k3ESmax=k3Et (IV)酶促反应的动力学方程式酶促反应的动力学方程式a.当当S很小时很小时V=VS/Km 一级一级一级一级反应反应米氏曲线米氏曲线米氏曲线米氏曲线V=VSKm+Sb.当当S很大时很大时V=VS/S=V 0 级反应级反应混合混合级级(1)Km的意义的意义2、米氏常数、米氏常数Km的意义的意义(2)Km是酶的特性常数:是酶的特性常数
8、:与与pH、温度、离子强度、酶温度、离子强度、酶及及底物种类底物种类有关,有关,与与酶浓度无关酶浓度无关,可以鉴定酶,可以鉴定酶。酶酶底物底物Km(mmolKm(mmol/L)/L)脲酶脲酶尿素尿素25溶菌酶溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺0.006葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖0.058胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶苯甲苯甲酰酪氨酰胺酰酪氨酰胺2.5甲甲酰酪氨酰胺酰酪氨酰胺12.0乙乙酰酪氨酰胺酰酪氨酰胺32.0(3)Km可用来表示酶对底物的亲和力的大小,可用来表示酶对底物的亲和力的大小,鉴定酶的最适底物。鉴定酶的最适底物。(4)Km越越小小,亲和力越,亲和
9、力越强。强。SS很小时,很小时,反应速度就能达到很大。反应速度就能达到很大。性能优,代谢中性能优,代谢中这类酶更为重要这类酶更为重要(4)当当Km已知时,可求任何底物浓度下已知时,可求任何底物浓度下酶活性中心被底物饱和的分数酶活性中心被底物饱和的分数(5)判断可逆反应进行的方向)判断可逆反应进行的方向催化可逆反应的酶,对正反应和逆反应两项底物的催化可逆反应的酶,对正反应和逆反应两项底物的Km往往不同,往往不同,测定测定Km的差别和细胞内正逆反应底物浓度,可推测两项反应效的差别和细胞内正逆反应底物浓度,可推测两项反应效率,率,Km小的底物所示的反应方向,应是该酶催化的方向小的底物所示的反应方向,
10、应是该酶催化的方向(6).了解了解 Km及其底物在细胞内的浓度,及其底物在细胞内的浓度,可以判断在细胞内酶活性是否受底物抑制。可以判断在细胞内酶活性是否受底物抑制。(7).判断代谢中的限速步骤判断代谢中的限速步骤(8).判断抑制剂类型判断抑制剂类型(9).药用酶的筛选应用药用酶的筛选应用3、Vmax的意义Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度呈正比。Lineweaver-Burk双倒数作图法双倒数作图法4、Km和和Vmax的测定的测定在底物过量、系统不含抑制剂等条件下在底物过量、系统不含抑制剂等条件下酶促反应速度与酶浓度成正比。酶促反应速度与酶浓度成正比。w最适最适pH时的酶活力最大
11、时的酶活力最大最适最适pH因酶而异,多数酶在因酶而异,多数酶在7.0左右左右是酶的特性常数之一是酶的特性常数之一胃蛋胃蛋白酶白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶胆碱酯酶胆碱酯酶胰蛋白酶胰蛋白酶相对酶活力过氧化氢酶过氧化氢酶胃蛋白酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶精氨酸酶精氨酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶RNA酶酶上图反映出温度如何影响酶活力?上图反映出温度如何影响酶活力?产产物物累累积积量量相相相相对对对对酶酶酶酶活活活活 最适温度w动物酶 3540w植物酶 4050w微生物 大部分 4050w个别高温菌 90以上温度越高,活化分子越多,温度越高,活化分子越多,反应速度快;反应速度快;但是,酶变性时间越短,但是,酶变性
12、时间越短,反应速度下降也迅速。反应速度下降也迅速。最适温度:最适温度:反应速率达到最大时的温度反应速率达到最大时的温度 不是酶的特征物理常数不是酶的特征物理常数 能提高酶活性的物质能提高酶活性的物质酶的激活剂酶的激活剂 w失活作用:失活作用:使酶使酶Pr变性而引起酶活力丧失变性而引起酶活力丧失w抑制作用:抑制作用:使酶活力下降但不引起变性使酶活力下降但不引起变性w抑制剂:抑制剂:能引起抑制作用的物质能引起抑制作用的物质 作用于酶的必需基团作用于酶的必需基团/活性中心基团活性中心基团 使其化学性质改变使其化学性质改变 酶活力降低或丧失酶活力降低或丧失引起酶活性降低的因素:引起酶活性降低的因素:失
13、活作用(失活作用(inactivation)变性剂,改变酶的天然构象变性剂,改变酶的天然构象 去激活作用去激活作用(deactivation)酶的激活剂被去除酶的激活剂被去除 抑制作用(抑制作用(inhibition)抑制剂抑制剂 依据:依据:能否用透析、超滤等物理方法能否用透析、超滤等物理方法 除去抑制剂,使酶复活。除去抑制剂,使酶复活。不可逆抑制与可逆抑制不可逆抑制与可逆抑制抑制作用的分类抑制作用的分类1.不可逆抑制作用不可逆抑制作用:抑制剂与酶必需基团以牢固的共价键相连。抑制剂与酶必需基团以牢固的共价键相连。不可逆抑制剂分为:专一性和非专一性两种不可逆抑制剂分为:专一性和非专一性两种 很
14、多为剧毒物质很多为剧毒物质 重金属、有机磷、有机汞、有机砷、重金属、有机磷、有机汞、有机砷、氰化物、青霉素,毒鼠强等。氰化物、青霉素,毒鼠强等。不不可可逆逆抑抑制制剂剂 (1)非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂 重金属离子重金属离子 Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Fe3+高浓度时可使酶蛋白变性失活;高浓度时可使酶蛋白变性失活;低浓度时对酶活性产生抑制。低浓度时对酶活性产生抑制。通过加入通过加入EDTA解除解除 几种导致酶不可逆抑制的物质几种导致酶不可逆抑制的物质 H2N-CH-COOH CH2 SHH2N-CH-COOH CH2 S-CH2COOHICH2COOHHI烷化剂烷化剂
15、(多为卤素化合物多为卤素化合物)+碘乙酸碘乙酸有机磷化合物有机磷化合物(敌百虫、沙林)(敌百虫、沙林)胆碱胆碱酯酶酯酶OHPOC2H5OC2H5S有机磷农药部分如何紧急救治?如何紧急救治?排毒排毒洗胃、喝鸡蛋清或牛奶洗胃、喝鸡蛋清或牛奶导泄、利尿导泄、利尿 血液透析血液透析(清除游离状态毒物)(清除游离状态毒物)解毒药:解磷定解毒药:解磷定有机汞、有机砷化合物有机汞、有机砷化合物与酶分子中与酶分子中-SH作用;作用;可通过加入过量巯基化合物解除。可通过加入过量巯基化合物解除。氰化物、硫化物和氰化物、硫化物和CO 与酶与酶中金属离子形成稳定的络合物中金属离子形成稳定的络合物 如氰化物与含铁卟啉细
16、胞色素氧化酶结合如氰化物与含铁卟啉细胞色素氧化酶结合2.可逆抑制作用:可逆抑制作用:抑制作用可通过透析等方法除去。抑制作用可通过透析等方法除去。原因:非共价键结合原因:非共价键结合可可逆逆抑抑制制竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制竞争性(竞争性(Competitive)抑制抑制(2)丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用。(1)对氨基苯磺酰胺对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制利用竞争性抑制是药物设计主要思路利用竞争性抑制是药物设计主要思路叶酸类似物:氨基喋呤。陆甲喋呤竞叶酸类似物:氨基喋呤。陆甲喋呤竞争性抑制二氢叶酸还原酶。争性抑制二氢叶酸还原酶。竞争性抑制的米氏方程
17、竞争性抑制的米氏方程V下降下降发生抑制发生抑制Km增大增大亲和力下降亲和力下降Vmax不变不变S 增大,增大,I结合机率减小结合机率减小竞争性竞争性:I与与S与酶活性中心结合与酶活性中心结合机会均等机会均等Km 变大,变大,Vmax不变不变抑制物抑制物截距截距非竞争性抑制的米氏方程非竞争性抑制的米氏方程V下降下降发生抑制发生抑制Km不变不变亲和力不受影响亲和力不受影响Vmax减小减小部分酶始终失活部分酶始终失活Km不变,不变,Vmax变小变小 反竞争性(反竞争性(Uncompetitive)抑制)抑制SvKm、Vmax都变小都变小 调节酶调节酶 通过改变酶活性调节代谢反应速度通过改变酶活性调节
18、代谢反应速度第七节第七节 调节酶调节酶一、变构酶一、变构酶变构变构:蛋白质在实现生物功能时,蛋白质在实现生物功能时,构象发生变化、活力改变的现象。构象发生变化、活力改变的现象。变构酶变构酶:具有变构现象的酶具有变构现象的酶变构剂变构剂:能使酶分子发生变构作用的物质能使酶分子发生变构作用的物质变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂 1、变构酶的特点、变构酶的特点(1)多亚基寡聚酶)多亚基寡聚酶有活性中心、有活性中心、变构调节中心变构调节中心变构调控效应变构调控效应(allosteric reglation)(2)一般位于代谢路径的第一步反应一般位于代谢路径的第一步反应(3)变构酶动力学:)变构
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