酶的介绍学习.pptx

《酶的介绍学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酶的介绍学习.pptx（59页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、n n酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活动的结果。活动的结果。1878年，年，Khne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Eduard Buchner用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取液，实现了发酵。取液，实现了发酵。1926年年，Sumner首首次次从从刀刀豆豆中中提提纯纯出出脲脲酶酶结结晶晶(deoxyribozyme)。第1页/共59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 F

2、unction of Enzyme第2页/共59页n n酶的不同形式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶体系多酶体系(multienzyme system)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶(tandem enzyme)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催化化作用的蛋白质或核酸。作用的蛋白质或核酸。第3页/共59页一、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 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)小分子有机化合物小

3、分子有机化合物金属离子金属离子全酶全酶(holoenzyme)n结合酶(conjugated enzyme)n单纯酶(simple enzyme)第4页/共59页转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一NADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B2

4、（核黄素）（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A（CoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用第5页/共59页二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部

5、位n必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。化学基团。第6页/共59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)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 n酶的活性中心(active center)指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构指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，能与底物特异结合并将底物转化为产物。的区域，能与

6、底物特异结合并将底物转化为产物。第7页/共59页底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心 第8页/共59页n溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶溶菌菌酶酶的的活活性性中中心心是是一一裂裂隙隙，可可以以容容纳纳肽肽多多糖糖的的6个个单单糖糖基基（A，B，C，D，E，F），并并 与与 之之 形形 成成 氢氢 键键 和和 van derwaals力。力。催催化化基基团团是是35位位Glu，52位位Asp；101位位Asp和和108位位Trp是是结结合合基团。基团。第9页/共59页HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(

7、HM3)LDH5 (M4)乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶n举例 1三、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化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。第10页/共59页n举例 2B BB BB BMMMMMM CK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑脑 心肌心肌 骨骼肌骨骼肌肌酸激酶(creatine kinase,CK)同工酶第11页/共59页第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action第12页/共59页一、酶促反应

8、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 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。（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n酶的特异性酶的特异性 (specificity)(specificity)一一种种酶酶仅仅作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并生生成成一一定定的的产产物物。酶酶的的这这种种特特性性称称为为酶酶的的特特异异性性或或专专一一性性。（三）酶促反应的可调节性（三）酶促反应的可调节性第13页/共59页n根据酶

9、对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)：只能作用：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物生成一种特定结构的产物。相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于一：作用于一类化合物或一种化学键。类化合物或一种化学键。立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificity)：作用于：作用于立体异构体中的一种。立体异构体中的一种。第14页/共59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

10、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 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。第15页/共59页（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态 酶底物复合物酶底物复合物E+SE+PES(过渡态过渡态过渡态过渡态)第16页/共59页1.诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一

11、过程称为酶互结合。这一过程称为酶-底物结合的底物结合的诱导契合诱导契合(induced-fit)。第17页/共59页第18页/共59页酶的诱导契合动画酶的诱导契合动画第19页/共59页羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物第20页/共59页n邻近效应与定向排列：第21页/共59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 第22页/共59页n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，并加以定量的阐述。反应速率的影响，并加以定量的阐述。n影响因素包括：底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、

12、pH、温度、抑制剂、激活剂温度、抑制剂、激活剂等。等。第23页/共59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；反应为一级反应。反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。SSV VV Vmaxmax第24页/共59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；反应为混合级反应。反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。SSV VV Vmaxmax第25页/共59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；反应为零级反应反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应SSV VV Vmaxmax第26页/共59页中间产

13、物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中间产物学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中间产物学说：说：E+S k1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性第27页/共59页1913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米曼氏方程式，简称米氏方程式米曼氏方程式，简称米氏方程式(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(maximum velocity)m：米氏常数：米氏

14、常数(Michaelis constant)VmaxS Km+S 第28页/共59页当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半时的底物浓度，单位是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mol/L。2=Km+S Vmax VmaxSVmaxV VSKmVmax/2 n Vmax定义：是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。定义：是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。第29页/共59页1.双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(

15、Lineweaver-Burk)作图法 V VmaxmaxS S K Kmm+S+SV=V=（林贝氏方程）（林贝氏方程）+1/V=1/V=K KmmV Vmax max 1/V1/Vmax max 1/S 1/S 两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数两边同取倒数（三）m值与max值可以通过作图法求取-1/Km 1/V 1/Vmax max 1/S1/S1/V1/V第30页/共59页2.Hanes作图法作图法在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘SSS/V=S/VS/V=S/Vmax max+K Km/Vmaxm/Vmax

16、 S S S/V S/V -Km K Kmm/V/Vm m 1/V1/Vmax max 第31页/共59页当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，反底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。应速率与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V=k3 E0 VE当当SE时，时，Vmax=k3 E酶浓度对反应速率的影响酶浓度对反应速率的影响二、酶浓度对反应速率的影响二、酶浓度对反应速率的影响第32页/共59页 n温度对淀粉酶活性的影响第33页/共59页四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率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称为酶促反应的最适称为酶促反应的最适pH(opti

17、mum pH)。npH对某些酶活性的影响第34页/共59页案例分析患者：女性，45岁，已婚，汉族，农民。自服“敌百虫”（有机磷农药）约100mL。表现：头晕、恶心、呕吐。神志不清、刺激反应差。体格检查：体温37.1度，脉搏85次/分，呼吸30次/分，血压115/65mmHg，神智模糊，急性病容，光敏，唇无发绀，呼吸急促，口吐白沫，双肺湿性罗音，腹平软。治疗方法：催吐洗胃，硫酸镁导泻，阿托品和解磷定静注。第35页/共59页有机磷化合物有机磷化合物路易士气路易士气失活的酶失活的酶羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸BALBAL巯基酶巯基酶BALBAL与砷剂结合物与砷剂结

18、合物第36页/共59页n反应模式+I IE EI IE+SE+SE+PE+PESESI IS S+ESIESEIPEE第37页/共59页n特点特点抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的相对亲和力及底物浓度；的相对亲和力及底物浓度；I与与S结结构构类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性中心；性中心；动动力力学学特特点点：Vmax不不变变，表表观观Km增大。增大。抑制剂抑制剂 无抑制剂无抑制剂1/V1/S第38页/共59页n举例举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸第39页/共59页磺胺类药物的抑菌

19、机制磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸第40页/共59页n反应模式+S S+S S+ESIEIEESEPE+SE+SESESE+PE+P+I IE EI I+S +S E EI IS S +I I非竞争性抑制非竞争性抑制第41页/共59页n特点特点抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合合，底底物物与与抑抑制制剂剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂的的浓浓度；度；动动力力学学特特

20、点点：Vmax降降低低，表观表观Km不变。不变。抑制剂抑制剂1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 第42页/共59页n反应模式E+SE+SE+P E+P ESES+I IESESI I+ESESESIEP第43页/共59页n特点特点：抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物物复复合合物物结合；结合；抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度及底物的浓度；度及底物的浓度；动动力力学学特特点点：Vmax降降低低，表表观观Km降低。降低。抑制剂抑制剂 1/V 1/S 无抑制剂无抑制剂 第44页/共59页各种可逆性抑制作用的比较 第45页/共59页n变构效应剂(allosteric effector)变构激

21、活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂n 变构调节变构调节(allosteric regulation)n变构酶(allosteric enzyme)n变构部位变构部位(allosteric site)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活活性性中中心心外外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。（一）变构酶通过变构调节酶的活性一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节第46页/共59页n变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应。变构激活变构激活变构激活变构激活变构抑制

22、变构抑制变构抑制变构抑制 变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线S S S S V V V V 无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂无变构效应剂 酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。第47页/共59页磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSH与与S SS S互变互变n 常见类型酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。第48页/共59页酶的磷酸化与脱磷酸化

23、酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激酶蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白酶蛋白第49页/共59页n酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下第50页/共59页赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠

24、激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程第51页/共59页n 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。活性的酶，发挥其催化作用。第52页/共59页第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类

25、The Naming and Classification of Enzyme第53页/共59页一、酶可根据其催化的反应类型予以分类1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类(transferases)3.水解酶类水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类(lyases)5.异构酶类异构酶类(isomerases)6.合成酶类合成酶类(synthetases,ligases)n根据酶反应的类型，酶可分为六大类，其排序如下:第54页/共59页酶的分类酶的分类催化的化学催化的化学反应举例反应举例系统名称系统名称EC编编号号推荐名推荐名称称氧化还原酶

26、氧化还原酶类类乙醛乙醛+NADH+H+乙醇：乙醇：NAD+氧化还原氧化还原酶酶EC 1.1.1.1乙醇脱氢乙醇脱氢酶酶转移酶类转移酶类草酰乙酸草酰乙酸+L-谷谷氨酸氨酸L-天冬氨酸：天冬氨酸：-酮戊二酮戊二酸酸 氨基转移酶氨基转移酶EC 2.6.1.1天冬氨酸天冬氨酸转氨酶转氨酶水解酶类水解酶类 D-葡萄糖葡萄糖+H3PO4D-葡糖葡糖-6-磷酸水解酶磷酸水解酶EC 3.1.3.9葡糖葡糖6-磷磷酸酶酸酶 裂解酶类裂解酶类 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+醛醛酮糖酮糖-1-磷酸裂解酶磷酸裂解酶EC 4.1.2.7醛缩酶醛缩酶 异构酶类异构酶类D-果糖果糖-6-磷酸磷酸D-葡糖葡糖-6-磷酸磷酸 酮酮

27、-醇异醇异构酶构酶EC 5.3.1.9磷酸果糖磷酸果糖异构酶异构酶连接酶类连接酶类L-谷氨酰胺谷氨酰胺+ADP+磷酸磷酸L-谷氨酸：氨连接酶谷氨酸：氨连接酶EC 6.3.1.2谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶合成酶一些酶的分类与命名第55页/共59页第六节第六节酶与医学的关系酶与医学的关系The Relation of Enzyme and Medicine第56页/共59页第57页/共59页章末小节1.1.酶的本质是什么？试从辅助因子与酶的结合力酶的本质是什么？试从辅助因子与酶的结合力不同的角度说明辅助因子的分类。不同的角度说明辅助因子的分类。2.2.什么是酶的什么是酶的essential group

28、essential group？什么是酶的？什么是酶的active active centercenter？为什么说酶的活性中心利于酶与底物形为什么说酶的活性中心利于酶与底物形成复合物？成复合物？3.3.酶活性中心上的必需基团包括哪两个部分，变酶活性中心上的必需基团包括哪两个部分，变构酶的两个组成基团是什么？作用是什么？构酶的两个组成基团是什么？作用是什么？4.4.米氏方程中米氏常数米氏方程中米氏常数KmKm值的意义是什么？值的意义是什么？5.5.谈谈温度对酶活性的影响及其应用。谈谈温度对酶活性的影响及其应用。6.6.请说出不可逆抑制与可逆抑制之间的区别。请说出不可逆抑制与可逆抑制之间的区别。7.7.竞争性抑制的反应实质和特点是什么？竞争性抑制的反应实质和特点是什么？8.8.什么是酶原？酶原激活的意义是什么？什么是酶原？酶原激活的意义是什么？9 9.请你谈谈白化病和请你谈谈白化病和PKUPKU与酶缺陷之间的关系？与酶缺陷之间的关系？第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页