生物化学生物化学生物化学第三章酶.pptx

第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme酶的概念酶的概念目前将生物催化剂目前将生物催化剂biocatalystbiocatalyst分为两类：分为两类： * * 酶酶 E ENZYMENZYME： * * 核酶核酶 R RIBOZYMEIBOZYME ：RNARNA或或DNADNA本章主要内容：本章主要内容： 第一节、酶通论第一节、酶通论 第二节、酶促反响动力学第二节、酶促反响动力学 第三节、酶促反响的机理第三节、酶促反响的机理 第四节、酶的调节第四节、酶的调节 第五节、维生素与辅酶第五节、维生素与辅酶General Disscusion of EnzymeGeneral Disscusion of Enzyme第一节、酶通论第一节、酶通论一、酶的研究历史一、酶的研究历史* *公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有酿酒酿酒记载。记载。* *18571857年年 PasteurPasteur提出提出酒精发酵是酵母细胞活动酒精发酵是酵母细胞活动的的结果。结果。* *18971897年年 B BUCHNERUCHNER兄弟证明不含细胞的酵母汁也能进兄弟证明不含细胞的酵母汁也能进展乙醇发酵。展乙醇发酵。* *19261926年年 SumnerSumner首次从刀豆中提出首次从刀豆中提出脲酶脲酶结晶。结晶。 证明了酶是蛋白质证明了酶是蛋白质* *19301930年年 NorthropNorthrop等得到了等得到了胃蛋白酶胃蛋白酶、胰蛋白酶胰蛋白酶和和胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶的结晶。的结晶。* *某些某些RNARNA有催化活性有催化活性 RIBOZYMERIBOZYME，核酶，核酶 Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA 2 2人共同获人共同获19891989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。 酶及生物催化剂概念的开展酶及生物催化剂概念的开展克隆酶、遗传修饰酶克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶蛋白质工程新酶生物催化剂生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类：蛋白质类： Enzyme (天然酶、生物工程酶天然酶、生物工程酶)核酸类：核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme模拟模拟生物催化剂：生物催化剂：抗体酶：抗体酶：abzyme 二、酶的催化作用特点二、酶的催化作用特点( (一一) )、酶与一般催化剂的共性、酶与一般催化剂的共性1 1、只能催化热力学上允许的反响，降低反响的活化能、只能催化热力学上允许的反响，降低反响的活化能 2 2、不改变化学反响平衡常数、不改变化学反响平衡常数3 3、反响前后酶没有质和量的改变、反响前后酶没有质和量的改变1 1、高效、高效性性二、酶作为生物催化剂的特点二、酶作为生物催化剂的特点 * *酶的催化效率通常比非催化反响高酶的催化效率通常比非催化反响高10810810201020倍，比倍，比一般催化剂高一般催化剂高10710710131013倍。倍。* *酶加速反响的机理是降低反响的活化能。酶加速反响的机理是降低反响的活化能。反应总能量改变 非催化反应活化能 酶促反应 活化能 一般催化剂催化反应的活化能 能量 反 应 过 程 底物 产物 酶促反响活化能的改变酶促反响活化能的改变 活化能活化能(activation energy) ：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。 绝对专一性绝对专一性(absolute specificity) (absolute specificity) ： 相对专一性相对专一性(relative specificity) (relative specificity) ： 立体异构专一性立体异构专一性( (stereostereo specificityspecificity) )：2 2、专一性专一性(specificity)(specificity)绝对专一性绝对专一性酶只作用于特定构造的底物，进展一种专一的反酶只作用于特定构造的底物，进展一种专一的反响，生成一种特定构造的产物响，生成一种特定构造的产物 。如：如： OCNH2NH2+ H2O2NH3 + CO2尿素脲酶OCNHNH2+ H2O甲基尿素CH3脲酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶Lactate dehydrogenaseLactate dehydrogenase立体异构专一性立体异构专一性CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH3 3、反响条件温和、反响条件温和4 4、酶的催化活性可调节控制、酶的催化活性可调节控制* *对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节* *对酶活性的调节对酶活性的调节* *酶促反响一般在常温、常压、中性酶促反响一般在常温、常压、中性P PH H 条件下进展。条件下进展。* *强酸、强碱、高温条件下条件，将引起酶的失活。强酸、强碱、高温条件下条件，将引起酶的失活。三、三、 酶的分子组成酶的分子组成 酶蛋白酶蛋白 (apoenzyme)(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)(cofactor) 全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)决定反应的特异性决定反应的特异性决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质* *单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)* *结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)辅助因子辅助因子(cofactor) (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辅助因子按其与酶蛋白结合的严密程度分为辅助因子按其与酶蛋白结合的严密程度分为 辅酶辅酶 (coenzyme(coenzyme):): 结合结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 (prosthetic group): 与酶蛋结合严密，不能用透析或超滤的方法除去。酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有结合酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有结合为为全酶全酶才有催化活性。才有催化活性。1 1、氧化复原酶类、氧化复原酶类(oxidoreductases)(oxidoreductases)2 2、转移酶类、转移酶类 (transferases ) (transferases )3 3、水解酶类、水解酶类 (hydrolases) (hydrolases)4 4、裂解酶类、裂解酶类 (lyases) (lyases)5 5、异构酶类、异构酶类( isomerases)( isomerases)6 6、合成酶类、合成酶类 (ligases,synthetases) (ligases,synthetases)四、酶的分类四、酶的分类五、酶的活性和活性单位五、酶的活性和活性单位1 1、酶活力、酶活力: :又称为酶活性，指酶催化一定化学又称为酶活性，指酶催化一定化学反响的能力。反响的能力。2 2、酶活力单位、酶活力单位U U UnitUnit：又称酶单位，在规：又称酶单位，在规定条件最适条件下，一定时间内催化完成定条件最适条件下，一定时间内催化完成一定化学反响量所需的酶量。一定化学反响量所需的酶量。3 3、酶活力的表示方法、酶活力的表示方法 1 1国际单位国际单位IUIU：19611961年，在最适条件下每分钟转化年，在最适条件下每分钟转化1mol1mol底物所需底物所需要的酶量为一个酶活力单位。要的酶量为一个酶活力单位。 即即 1IU= 1mol/min 1IU= 1mol/min2 2国际单位国际单位KatKat：19721972年，指在最适条件下年，指在最适条件下1 1秒钟内转化秒钟内转化1mol1mol底物所底物所需的酶量。需的酶量。 即即 1 Kat=1mol/s 1 Kat=1mol/s Kat Kat和和IUIU的换算关系：的换算关系：1 Kat=61 Kat=6107 IU107 IU， 1 IU =16.67n Kat 1 IU =16.67n Kat (3)(3)比活力比活力specific activityspecific activity 酶的比活力比活性：每单位一般是酶的比活力比活性：每单位一般是mgmg蛋白质中的蛋白质中的酶活力单位数酶单位酶活力单位数酶单位/mg/mg蛋白。蛋白。对同一种酶来讲，比活力愈高那么表示酶的纯度越高对同一种酶来讲，比活力愈高那么表示酶的纯度越高含杂质越少。含杂质越少。比活力是评价酶纯度上下的一个指标。比活力是评价酶纯度上下的一个指标。现有现有1g1g淀粉酶制剂，用水稀释淀粉酶制剂，用水稀释1000mL,1000mL,从中吸取从中吸取0.5mL0.5mL测定该酶的活力，得知测定该酶的活力，得知5 5分钟分解分钟分解0.25g0.25g淀粉。计算每淀粉。计算每克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分解解1g1g淀粉的酶量为淀粉的酶量为1 1个火力单位。个火力单位。问题？问题？第二节、酶促反响动力学第二节、酶促反响动力学The Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction The Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction * *概念概念研究各种因素对酶促反响速度的影响，并加以定研究各种因素对酶促反响速度的影响，并加以定量的阐述。量的阐述。* *影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、P PH H、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。一、底物浓度对反响速度的影响一、底物浓度对反响速度的影响* *单底物、单产物反响单底物、单产物反响* *酶促反响速度一般在规定的反响条件下，用酶促反响速度一般在规定的反响条件下，用单位时间内产物的生成量来表示单位时间内产物的生成量来表示* *反响速度取其初速度，即底物的消耗量很小反响速度取其初速度，即底物的消耗量很小一般在一般在5 5以内时的反响速度以内时的反响速度* *底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度研究前提研究前提1 1、当底物浓度较低时，反响速度与底物浓度成正比；反响为一级反响。、当底物浓度较低时，反响速度与底物浓度成正比；反响为一级反响。2 2、随着底物浓度的增高，反响速度不再成正比例加速；反响为混合级反、随着底物浓度的增高，反响速度不再成正比例加速；反响为混合级反响。响。3 3、当底物浓度高达一定程度，反响速度不再增加，达最大速度；反响为、当底物浓度高达一定程度，反响速度不再增加，达最大速度；反响为零级反响零级反响 19131913年，德国化学家年，德国化学家MichaelisMichaelis和和MentenMenten根根据中间产物学说，推导出了著名公式据中间产物学说，推导出了著名公式米氏方程米氏方程。V=Vmax SKm + S一、米氏方程一、米氏方程二、米氏方程式的推导二、米氏方程式的推导E + SE + S k k1 1k k2 2k k3 3ESESE + PE + PK Kmm S S Km Km值等于酶促反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度，单位是值等于酶促反响速度为最大反响速度一半时的底物浓度，单位是mol/Lmol/L。2 2K Km m + S+ S V Vmaxmax V VmaxmaxSS三、三、 K KM M的推导的推导当反响速度为最大反响速度的一半时当反响速度为最大反响速度的一半时 1 1、KmKm是酶的特征性常数是酶的特征性常数之一，与酶的浓度无关；之一，与酶的浓度无关； 2 2、KmKm可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力； 3 3、同一个酶、同一个酶对于不同底物有不同的对于不同底物有不同的KmKm值。值。 四、四、 K KM M的意义的意义