《生物化学》——酶.pptx

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1、生物化学生物化学酶酶一、酶的概念一、酶的概念酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。定义定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。酶具有一般催化剂的特征酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行只能进行热力学上允许进行的反应；的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。通过降低活化能加快化学反应速度。二、酶的催化特点二、酶的催化特点1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。2H2O22H2O + O21m

2、ol过氧化氢酶过氧化氢酶 5106molH2O21mol离子铁离子铁 610-4molH2O22.专一性：酶对底物具有严格的选择性。3.敏感性：对环境条件极为敏感。4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。三、酶的分类三、酶的分类酶单纯酶单纯酶结合酶结合酶（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子辅因子辅因子辅酶辅酶 ：与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。辅基辅基：与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。金属激活剂金属激活剂 ：金属离子作为辅助因子。酶的催化专一性主要决定于膜蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物1.单体酶（单

3、体酶（monomeric enzyme)：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。2.寡聚酶寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。3.多酶复合物多酶复合物 (multienzyme system)：几个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。四、酶的结构与功能的关系四、酶的结构与功能的关系（一）活性部位和必需基团（一）活性部位和必需基团必需基团必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。活性部位活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部

4、位。必需基团必需基团活性部位维持酶的空间结构结合基团催化基团专一性催化性质（二）酶原的激活（二）酶原的激活没有活性的酶的前体称为酶原酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活酶原的激活。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。（三）同工酶（三）同工酶(isoenzyme)能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。五、酶的作用机理五、酶的作用机理（一）酶的催化作用与分子活化能（一）酶的催化作用与分子活化能化学反应自由能方程式G =H -TS（ G是总自由能的变化

5、， H 是总热能的变化，S是熵的变化）当G0，反应不能自发进行。当G0，反应能自发进行。活化能活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。促使化学反应进行的途径：1. 用加热或光照给反应体系提供能量。2. 使用催化剂降低反应活化能。酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。从而使活化分子数增多，反应速度加快。（二）中间产物学说（二）中间产物学说E + SESE +P中间产物存在的证据：1.同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；2

6、.吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。（三）诱导嵌合学说（三）诱导嵌合学说“锁钥学说锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。诱导嵌合学说诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。（四）使酶具有高催化效率的因素（四）使酶具有高催化效率的因素酶分子为酶的催化提供各种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结合成中

7、间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。1. 邻近定向效应邻近定向效应：酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。2. “张力张力”与与“形变形变”：酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。3. 酸碱催化酸碱催化：通过想反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到加速反应的一类催化。（广义酸碱催化）蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基巯基和酚基。

8、4. 共价催化共价催化：底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通过共价结合而形成的中间物，快速完成反应。六、酶促反应的速度和影响酶促六、酶促反应的速度和影响酶促 反应速度的因素反应速度的因素（一）酶反应速度的测量（一）酶反应速度的测量用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。测定反应的初速度初速度。 10 20 30 40 50 60 min产物生成量酶反应进程曲线（二）酶浓度对酶作用的影响（二）酶浓度对酶作用的影响在有足够底物足够底物和其他条件不变的情况下： v = k E（三）底物浓度对酶作用的影响（三）底物浓度对酶作用的影响1. 底物浓度对酶反应速度的影响底物浓度对酶反应速度

9、的影响SvVmax一级反应 v = k S零级反应 v = k E用中间产物学说中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：S + EESE + P当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。2. 米氏方程式（米氏方程式（Michaelis-Menten equation）k1k2k3设 km= k2 + k3k1v = = Vmax/2Vmax Skm + S（kmS，v = kS； km S，v = Vmax）3. 米氏常数的意义及测定米氏常

10、数的意义及测定 v = Vmax/2，则： km= S意义意义：（1） km是酶的一个基本的特征常数是酶的一个基本的特征常数。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着温度、pH和离子强度而改变。（2）从）从km可判断酶的专一性和天然底物可判断酶的专一性和天然底物。 Km最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。（3）当）当k2k3时，时， km的大小可以表示酶与底物的亲和性的大小可以表示酶与底物的亲和性。（四）（四）pH对酶作用的影响对酶作用的影响pHv最适最适pH（optimum pH）1.最适pH 2.pH稳定性表现出酶最大活力的pH值在一定的pH范围内酶是稳定的pH对酶

11、作用的影响机制对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。（五）温度对酶作用的影响（五）温度对酶作用的影响两种不同影响：1.温度温度升高，反应速度加快升高，反应速度加快；2.温度升高，热变性速温度升高，热变性速度加快度加快。Tv最适温度（六）激活剂对酶作用的影响（六）激活剂对酶作用的影响凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如Cl-是唾液淀粉酶的激活剂。（七）抑制剂对酶作用的影响（七）抑制剂对酶作用的影响使酶的必需基团或活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活力甚至使酶失活的物质，称为抑制剂（I）。1. 不可逆抑制作用不可逆抑制作用：抑制剂与

12、酶的结合（共价键）是不可逆的。S + EESE + P + IEIESH +ICH2COOH ESCH2COOH + HI（2）可逆抑制作用）可逆抑制作用：抑制剂与酶的结合是可逆的。抑制程度是由酶与抑制剂之间的亲和力大小、抑制剂的浓度以及底物的浓度决定。Ev1231. 反应体系中不加反应体系中不加I。2.反应体系中加入一定反应体系中加入一定量的不可逆抑制剂。量的不可逆抑制剂。3.反应体系中加入一定反应体系中加入一定量的可逆抑制剂。量的可逆抑制剂。Ev不可逆抑制剂的作用Ev 可逆抑制剂的作用I I 竞争性抑制作用竞争性抑制作用：抑制剂和底物竞争与酶结合。特点特点：1）抑制剂和底物竞争酶的结合部位

13、S + EESE + P + IEISvV/2km2）抑制程度取决于I和S的浓度以及与酶结合的亲和力大小。km无 I有 I3）竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似。非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用：底物和抑制剂同时与酶结合，但形成的EIS不能进一步转变为产物。S + EESE + P + IEI + IEIS+SE+PSv无 IV/2km有 I()反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用：抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成ESI复合物。S + EESE + P + IESIE+PSvkmkm无 I有 I反馈抑制反馈抑制：在代谢过程中局部反应产物对催化该反应的酶所起的抑制作用。葡萄糖6-磷酸葡萄糖

14、葡萄糖激酶ATP ADP抑制抑制反馈抑制可认为是可逆抑制。别构抑制别构抑制：酶的别构位与变构剂结合即会引起酶活性位的构象改变从而改变酶的活性。凡因负变构剂与酶的别构位结合而引起的酶活性下降称为别构抑制。抑制作用的机制抑制作用的机制：1. 抑制剂与酶结合成极稳定的络合物，从而减低或破坏酶的活性。2. 破坏酶或辅基的活性基团或改变活性位的构象。（如重金属（Ag+、Hg2+）和类金属（As3+）破坏SH）3. 夺取酶与底物结合的机会，从而减少酶的作用。（竞争性抑制剂）4. 阻抑 S + EESE + P反应的顺利进行（反馈抑制）八、酶的制备与活力的测定八、酶的制备与活力的测定酶活力是指酶催化某一化学

15、反应的能力。酶（活力）单位酶（活力）单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。（U/g，U/ml）在最适的反应条件（25）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即 1IU=1mol/min在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat单位，即 1kat=1mol/s1kat = 6107IU工业上大多采用微生物发酵微生物发酵的方法来获得大量酶制剂。优点：不受气候、地理条件的限制，动、植物体内的酶大多可从微生物体内找到，微生物繁殖快，产酶量由丰富。还可以通过选育菌种来提高酶的产量和用廉价原料大量生产。酶分离纯化的三个基本步骤：

16、抽提，纯化，结晶或制剂。方法：1.根据溶解度不同根据溶解度不同（盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、选择性沉淀法）； 2.根据酶与杂蛋白分子大根据酶与杂蛋白分子大小的差别小的差别（凝胶过滤法、超离心法）；3.根据酶和杂蛋白根据酶和杂蛋白与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同（吸附分离法）；4.根据带电性质根据带电性质（离子交换层析法、电泳分离法、等电聚焦层析法）；5.根据酶与杂蛋白的稳定性差别根据酶与杂蛋白的稳定性差别（选择性变性法）；6.根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲和作用和作用（亲和层析法）。酶的纯度酶的纯度： 比活力比活力 = 活力单位数/ 毫克蛋白（氮）纯化倍数纯化倍数 = 每次比活力第一次比活力产率产率%（回收率）（回收率）= 100每次总活力第一次总活力酶的纯化鉴定酶的纯化鉴定：聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法酶的保存酶的保存：1.低温（04，-20）；2.高浓度较稳定；3.加入稳定剂；4.固定化。酶的固定化就是把水溶性酶经物理（吸附法与包埋法）物理（吸附法与包埋法）或化化学方法（共价