第四章-酶.--微生物学-生物化学-教学课件.ppt

《第四章-酶.--微生物学-生物化学-教学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章-酶.--微生物学-生物化学-教学课件.ppt（65页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一节第一节 酶的一般性质酶的一般性质一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度专酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子。包括蛋白质和核酸。一性的特殊生物大分子。包括蛋白质和核酸。二、酶的催化特性二、酶的催化特性一般特性一般特性1.加快反应速度，而本身在反应前后没结构和性质的加快反应速度，而本身在反应前后没结构和性质的改变。改变。2.只缩短反应达到平衡所需要的时间而不改变反应平只缩短反应达到平衡所需要的时间而不改变反应平衡点。衡点。特殊性特殊性1.酶催化效率高酶催化效率高比非催化高比非催化高1081020倍，比非生物催化剂高倍，比非生物催化

2、剂高1071013倍。倍。2.酶具有高度专一性酶具有高度专一性酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。副反应发生。3.酶易失活酶易失活常温、常压，中性常温、常压，中性pH环境下反应。环境下反应。4.酶的催化活性可被调节控制酶的催化活性可被调节控制酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共价修饰、激素酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共价修饰、激素控制等。控制等。三、酶的化学本质三、酶的化学本质绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质证据：证据：1.酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；失活；2.具有蛋

3、白质的一切共性，凡是能使蛋白质具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性；变性的因素都能使酶变性；3.1969年，人工合成牛年，人工合成牛胰核糖核酸酶。胰核糖核酸酶。少数酶是少数酶是RNA（核酶，（核酶，ribozyme）酶的辅因子酶的辅因子主要有金属离子和有机化合物。主要有金属离子和有机化合物。金属离子金属离子：Fe2+、Fe3+、Zn2+、Cu+、Cu2+、Mn2+、Mn3+、Mg2+、K+、Na+等。等。有机化合物有机化合物：NAD+、NADP+、FAD、生物素等。、生物素等。辅酶辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基

4、辅基(prostheticgroup)：与酶蛋白结合较紧。：与酶蛋白结合较紧。根据酶蛋白质分子的特点，将酶分为：根据酶蛋白质分子的特点，将酶分为：单体酶：单体酶：仅有一个活性中心，由一条或多条共价仅有一个活性中心，由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。相连的肽链组成的酶分子。牛胰牛胰RNase124aa单链单链鸡卵清溶菌酶鸡卵清溶菌酶129aa单链单链胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶三条肽链三条肽链寡聚酶：寡聚酶：由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。单独的亚基一般无活性。单独的亚基一般无活性。含相同亚基的寡聚酶：含相同亚基的寡聚酶：苹果酸脱氢酶（鼠肝），苹果酸脱氢

5、酶（鼠肝），2个相同的亚基个相同的亚基含不同亚基的寡聚酶：含不同亚基的寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），琥珀酸脱氢酶（牛心），2个亚基个亚基一、酶的分类一、酶的分类1.氧化还原酶氧化还原酶Oxido-reductase氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢还原反应。主要包括脱氢酶酶(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)。AH2+BA+BH2如如:乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。第三节第三节 酶的分类和命名酶的分类和命名2.转移酶类转移酶类Transferase转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的转移酶催化基团转移反

6、应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。基团或原子转移到另一个底物的分子上。A-RCAC-R如：谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。如：谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。4.裂合酶类裂合酶类Lyase裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。子形成双键的反应及其逆反应。A-BA+B如：延胡索酸水合酶催化的反应。如：延胡索酸水合酶催化的反应。6.合成酶类合成酶类Synthetase能够催化能够催化C-C、C-O、C-N以及以及C-S键的形成反键的形成反应。这类反应必须与应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联

7、。A+B+ATPA-B+ADP+Pi如如:丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸丙酮酸+CO2草酰乙酸草酰乙酸每一大类又分为若干亚类每一大类又分为若干亚类乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC1.1.1.27第四节第四节 酶的活性中心及专一性酶的活性中心及专一性一、酶的活性中心一、酶的活性中心酶的活性中心（酶的活性中心（activecenter）：）：酶分子中能直酶分子中能直接与接与底物分子结合底物分子结合，并，并催化底物化学反应催化底物化学反应的部位。的部位。结合基团结合基团（Bindinggroup）催化基团催化基团（catalyticgroup）结合部位：结合部位：酶分子中酶分子中与

8、底物结合的部位。与底物结合的部位。决定酶的专一性决定酶的专一性。催化部位：催化部位：催化底物催化底物敏感键发生化学变化敏感键发生化学变化的基团，的基团，决定酶的催决定酶的催化能力化能力。组成活性中心的氨基酸残基的侧链在一级结组成活性中心的氨基酸残基的侧链在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上相互靠近，构上可能相距很远，但在空间结构上相互靠近，形成活性区域。形成活性区域。酶活性中心的基团属于酶活性中心的基团属于必需基团必需基团，必需基团还包，必需基团还包括对酶表现活力所必需的基团，如括对酶表现活力所必需的基团，如Ser的羟基、的羟基、Cys的巯基、的巯基、His的咪唑基等，它们起维持酶分子空间

9、的咪唑基等，它们起维持酶分子空间构象的作用。构象的作用。必需基团必需基团：直接参与对底物分子结合和催化的基直接参与对底物分子结合和催化的基团以及参与维持酶分子构象的基团。团以及参与维持酶分子构象的基团。键专一性：键专一性：只对底物分子中其所作用键要求严只对底物分子中其所作用键要求严格。格。O如：如：R-C-O-RRCOOH+ROH酯酶酯酶F基团专一性：基团专一性：要求底物具有一定的化学键，而且要求底物具有一定的化学键，而且对键的某一端所连基团也有一定要求。对键的某一端所连基团也有一定要求。如：如：-D-Glc苷酶，水解蔗糖和麦芽糖苷酶，水解蔗糖和麦芽糖2.立体异构专一性（立体异构专一性（ste

10、reospecificity）几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度专几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度专一性。当底物具有立体异构体时，酶只能作用一性。当底物具有立体异构体时，酶只能作用于其中的一种。于其中的一种。如：如：L-氨基酸氧化酶只催化氨基酸氧化酶只催化L-氨基酸的氧化脱氨基酸的氧化脱氨基。氨基。试试指出下列每种指出下列每种酶酶具有哪种具有哪种类类型的型的专专一性？一性？（1）脲脲酶酶（只催化尿素（只催化尿素NH2CONH2的水解，但不能作用于的水解，但不能作用于NH2CONHCH3）；）；（2）-D-葡萄糖苷葡萄糖苷酶酶（只作用于（只作用于-D-葡萄糖形成的各种糖葡萄糖形成的各种糖苷

11、，但不能作用于其他的糖苷，例如果糖苷）；苷，但不能作用于其他的糖苷，例如果糖苷）；（3）酯酯酶酶（作用于（作用于R1COOR2的水解反的水解反应应）；）；（4）L-氨基酸氧化氨基酸氧化酶酶（只作用于（只作用于L-氨基酸，而不能作用于氨基酸，而不能作用于D-氨基酸）；氨基酸）；2.1958年，年，Koshland提出提出“诱导契合假说诱导契合假说”该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。状。一、活化能一、活化能催化剂的作用是降低反应活化能，从而起到提高反应催化剂的作用是

12、降低反应活化能，从而起到提高反应速度的作用速度的作用第五节第五节 酶的作用机理酶的作用机理第六节第六节 酶促反应动力学酶促反应动力学一、酶浓度对酶促反应速度的影响一、酶浓度对酶促反应速度的影响在酶作用的最适条在酶作用的最适条件下，如果底物浓度件下，如果底物浓度足够大，足以使酶饱足够大，足以使酶饱和，则：和，则：VKE二、底物浓度对酶促反应速度的影响二、底物浓度对酶促反应速度的影响V与与S呈呈双曲线双曲线关系关系S很低时，很低时，V与与S成正成正比关系，为比关系，为一级反应。一级反应。随着随着S增大，增大，V与与S不不成正比关系，成正比关系，V增加变慢，增加变慢，为为混级反应混级反应。S足够大时

13、，足够大时，V到达最到达最大值大值Vmax，不再增加。有，不再增加。有饱和现象，为饱和现象，为零级反应零级反应。根据中间产物学说：根据中间产物学说：E+SE-SP+E1913年，年，Michaelis和和Menten建立建立米氏方程米氏方程。K Km m 即为米氏常数即为米氏常数V Vmaxmax为最大反应速度为最大反应速度前提：前提：1.1.在初速度范围内，产物极少。在初速度范围内，产物极少。2.SE 2.SE，ESES形成不会明显降低底物的量。形成不会明显降低底物的量。3.ES 3.ES保持动态平衡，即保持动态平衡，即E+S E-S E+S E-S 当当SKm,V=VmaxS/Km;SKm

14、,V=Vmax;SKm,V=Vmax;零级反应。零级反应。S SKm,V=Vmax/2Km,V=Vmax/2Km（米氏常数）定义（米氏常数）定义：酶促反应速度达到最大：酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。因此，米氏常数的反应速度一半时的底物浓度。因此，米氏常数的单位为单位为mol/L或或mmol/L。不同的酶具有不同不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的值，它是酶的一个重要的特征物理常数。特征物理常数。一个酶对不同的底物有不同的一个酶对不同的底物有不同的Km值。值。Km值最值最小的为最适底物。小的为最适底物。Km值表示酶与底物之间的亲和程度：值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值值

15、大表示亲和程度小，酶的催化活性低；大表示亲和程度小，酶的催化活性低；Km值小值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。表示亲和程度大，酶的催化活性高。米氏常数米氏常数的意义的意义米氏常数的求法米氏常数的求法:双倒数作图法双倒数作图法令令Y1/V，X1/S；则；则Y=aX+bY=Km/VmaxKm/VmaxX+1/Vmax1/VmaxY=Km/VmaxKm/VmaxX+1/Vmax1/Vmax三、三、pHpH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响在一定的在一定的pH下下,酶具有最大的催化活性酶具有最大的催化活性,通常通常称此称此pH为为最适最适pH。四、温度对酶促反应速度的影响四、温度对酶促反应速度

16、的影响 温度升高温度升高,一方面是酶促一方面是酶促反应速度加快；另一方反应速度加快；另一方面酶的高级结构将发生面酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一因此大多数酶都有一个个最适温度最适温度。在最适温。在最适温度条件下度条件下,反应速度最大。反应速度最大。五、激活剂对酶促反应速度的影响五、激活剂对酶促反应速度的影响激活剂（激活剂（activator）：）：凡是能提高酶活性、加速酶凡是能提高酶活性、加速酶促反应进行的物质。促反应进行的物质。1.无机离子的激活作用无机离子的激活作用包包括括金金属属离离子子：K+、Na+、Mg2+、

17、Zn2+、Ca2+；阴离子阴离子：Cl-、Br-、CN-；氢离子氢离子不不同同的的离离子子激激活活不不同同的的酶酶。激激活活剂剂的的浓浓度度要要适适中，过高往往有抑制作用，中，过高往往有抑制作用，150mM2.小分子有机物的激活作用小分子有机物的激活作用还还原原剂剂（如如Cys、还还原原型型谷谷胱胱甘甘肽肽）能能激激活活某某些些活性中心含有活性中心含有-SH的酶。的酶。金金属属螯螯合合剂剂（EDTA）能能去去除除酶酶中中重重金金属属离离子子，解解除抑制作用。除抑制作用。3.生物大分子的激活作用生物大分子的激活作用蛋白激酶蛋白激酶五、抑制剂对酶促反应速度的影响五、抑制剂对酶促反应速度的影响失活作

18、用（失活作用（inactivation）：）：使酶蛋白变性而引起使酶蛋白变性而引起酶活性丧失的作用。酶活性丧失的作用。抑制作用（抑制作用（inhibition）：）：酶活性中心的结构和性酶活性中心的结构和性质发生变化，引起酶活力下降或丧失，但并不使酶质发生变化，引起酶活力下降或丧失，但并不使酶蛋白变性的作用。蛋白变性的作用。抑制剂（抑制剂（inhibitor）：）：能引起酶抑制作用的物质。能引起酶抑制作用的物质。不可逆抑制不可逆抑制（irreversibleinhibition）：抑制剂与抑制剂与酶分子酶分子共价键共价键结合，不能用透析或超滤的方法除结合，不能用透析或超滤的方法除去抑制剂而恢复

19、酶活。去抑制剂而恢复酶活。抑制剂的作用类型：抑制剂的作用类型：可逆抑制可逆抑制（reversibleinhibition）：抑制剂以抑制剂以非共非共价键价键与酶分子结合，一般用透析或超滤的方法可除与酶分子结合，一般用透析或超滤的方法可除去而恢复酶活。可分为：去而恢复酶活。可分为：竞争性抑制作用竞争性抑制作用(competitiveinhibition)非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用(noncompetitiveinhibition)抑制剂与酶反应中心的活性基团以抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式共价形式结结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二

20、异丙基氟磷酸酯。氟磷酸酯。1.不可逆抑制不可逆抑制-Ser-OH-Ser-OPO-RO-ROPO-RO-ROX专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制（二异丙基氟磷酸）（二异丙基氟磷酸）非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制 抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。类型：类型：2.竞争性抑制竞争性抑制某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底与底物竞争与酶活性中心结合物竞争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在

21、反应中心之外，其结果是结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。酶促反应被抑制了。竞争性抑制通常可以通过竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，增大底物浓度，即提高即提高底物的竞争能力来消除。底物的竞争能力来消除。蝶呤蝶呤对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸Glu二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶二氢叶酸二氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸二氢叶酸二氢叶酸还原酶还原酶一碳单位一碳单位磺胺类药物磺胺类药物磺胺类药物的抗菌机理磺胺类药物的抗菌机理TMP竞争性抑制动力学特点竞争性抑制动力学特点Vmax不变，不变，Km变大变大3.非竞争性抑制非竞争性抑制酶可酶可同时与底物及抑制剂结合同时与底物及抑

22、制剂结合，引起酶分子构象，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。制剂。非竞争性抑制动力学特点非竞争性抑制动力学特点Km不变，不变，Vmax减小减小第八节第八节 几种重要的酶几种重要的酶一、别构酶（一、别构酶（allostericenzyme）是一类重要的调节酶，多为寡聚酶，包括：是一类重要的调节酶，多为寡聚酶，包括：活性中心：活性中心：与底物结合，催化底物反应。与底物结合，催化底物反应。别构中心：别构中心：与调节物结合，调节反应速度。与调

23、节物结合，调节反应速度。别构酶通过酶分子本身构象变化来改变酶的活性。别构酶通过酶分子本身构象变化来改变酶的活性。别构效应别构效应（allostericeffect）：调节物与别构中心）：调节物与别构中心结合后，诱导或稳定住酶分子的某种构象，使酶活结合后，诱导或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心对底物的结合与催化作用受到影响，从而调性中心对底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的反应速度和代谢过程。节酶的反应速度和代谢过程。别构酶的别构酶的反应初速度反应初速度与底物浓度与底物浓度不服从米氏不服从米氏方程，而是方程，而是呈呈“S”形曲形曲线。线。a-非调节酶非调节酶b-正协同别构酶的正协同别构

24、酶的S形曲线形曲线ab二、同工酶（二、同工酶（isozyme）Example：哺乳动物的乳酸脱氢酶（：哺乳动物的乳酸脱氢酶（LDH）有五种分）有五种分子形式：子形式：LDH1、LDH2、LDH3、LDH4、LDH5H4、H3M、H2M2、HM3、M4存在于同一种属生物或同一个体中能催化同一种存在于同一种属生物或同一个体中能催化同一种化学反应，但酶分子的结构及理化性质和生化特性化学反应，但酶分子的结构及理化性质和生化特性（Km、电泳行为等）存在明显差异的一组酶。、电泳行为等）存在明显差异的一组酶。三、核酶（三、核酶（ribozyme）具有生物催化活性的核酸。具有生物催化活性的核酸。1.名词解释名

25、词解释 单体酶单体酶/寡聚酶寡聚酶/多酶复合体多酶复合体;单纯酶单纯酶/结合酶结合酶/全酶全酶/辅因子辅因子;酶活性中心酶活性中心/必需基团必需基团;变构酶变构酶/变构效应变构效应/同同工酶工酶2.请以曲线简图表示并简要说明符合米氏动力学酶促反应中：请以曲线简图表示并简要说明符合米氏动力学酶促反应中：酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、竞争和非竞争性抑制剂对、温度、竞争和非竞争性抑制剂对酶反应速度的影响。酶反应速度的影响。4.列举列举6大酶类大酶类 3.3.写出米氏方程，并写出米氏方程，并说说明每个符合所代表的含明每个符合所代表的含义义。计计算：算：当底物浓度等于当底物浓度等于3

26、3倍倍KmKm时，反应速度等于最大反应速时，反应速度等于最大反应速度的百分数（度的百分数（%）为？）为？5.使用下表数据，作使用下表数据，作图图判断抑制判断抑制剂类剂类型（型（竞竞争性争性还还是非是非竞竞争性可逆抑制争性可逆抑制剂剂）？）？Smmol/L2.03.04.010.015.0每小时形成产物的量（mol）13.917.921.331.337.0（没有抑制剂）每小时形成产物的量（mol）8.812.114.925.731.3（有抑制剂）2.请以曲线简图表示并简要说明符合米氏动力学酶促反应中：请以曲线简图表示并简要说明符合米氏动力学酶促反应中：酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、竞争和非竞争性抑制剂对酶、温度、竞争和非竞争性抑制剂对酶反应速度的影响。反应速度的影响。1.使用下表数据，作使用下表数据，作图图判断抑制判断抑制剂类剂类型（型（竞竞争性争性还还是非是非竞竞争性可逆抑制争性可逆抑制剂剂）？）？Smmol/L2.03.04.010.015.0每小每小时时形成形成产产物的量物的量（mol）13.917.921.331.337.0（没有抑制（没有抑制剂剂）每小每小时时形成形成产产物的量（物的量（mol）8.812.114.925.731.3（有抑制（有抑制剂剂）