第03章酶7版.ppt

1第三章第三章 酶酶EnzymeEnzyme（E E）EEEE2蛋白质（蛋白质（E E）核酸类（核酶、脱氧核酶）核酸类（核酶、脱氧核酶）l生物催化剂生物催化剂是活细胞合成的一类蛋白质是活细胞合成的一类蛋白质具有高度特异性和高度催化具有高度特异性和高度催化效率的生物催化剂。效率的生物催化剂。l何谓酶？何谓酶？3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。一百余年前，一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。果。1877年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年，年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。发酵。1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出首次从刀豆中提纯出脲酶脲酶结晶。结晶。1982年，年，Cech首次发现首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出也具有酶的催化活性，提出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年，年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有研究室首先报道了具有DNA连连接酶活性的接酶活性的DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。45lE E的不同形式的不同形式单体酶单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶复合体多酶复合体/多酶体系多酶体系(multienzyme system)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)/串串联酶联酶(tandem enzyme)6一、一、E E的分子组成的分子组成单纯单纯E(simple enzyme)E(simple enzyme)结合结合E(conjugated enzyme)E(conjugated enzyme)结合结合E E 蛋白部分：蛋白部分：辅助因子辅助因子E E蛋白蛋白 (apoenzyme)(apoenzyme)小分子有机化合物小分子有机化合物金属离子金属离子全全E E(holoenzyme)(holoenzyme)决定反应的决定反应的特异性特异性7二、二、E E的活性中心的活性中心l必需基团必需基团(essential group)lE的活性中心的活性中心(active center)/活性部位活性部位(active site）l活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团l活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团 结合基团结合基团催化基团催化基团几个名词：几个名词：8三、同工酶三、同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)l举例：举例：l什么是？什么是？l人人LDH同工酶谱：同工酶谱：l意义：意义：（一同三不同）（一同三不同）指催化指催化相同的相同的化学反应，而酶蛋化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质疫学性质不同不同的一组酶。的一组酶。9第第 二二 节节酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of EThe Mechanism of Enzymenzyme Action Action10（一）（一）高度的催化效率高度的催化效率（二）高度的特异性（二）高度的特异性（三）（三）可调节性可调节性（四）不稳定性（四）不稳定性一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点11二、酶促反应的机制二、酶促反应的机制（二）酶（二）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说底物复合物的形成与诱导契合假说 （三）酶促反应的其他机制（三）酶促反应的其他机制（一）降低反应活化能（一）降低反应活化能12第第 三三 节节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed ReactionKinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction13l研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。研究某一因素的影响时，其余各因素均恒定。l何谓酶促反应动力学何谓酶促反应动力学?研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度V的影响，的影响，并加以定量的阐述。并加以定量的阐述。l影响因素有影响因素有:酶浓度酶浓度EE、底物浓度、底物浓度SS、pHpH、温度、温度T T、抑制剂抑制剂I I及激活剂等。及激活剂等。l采用反应的采用反应的初速度初速度（initial velocityinitial velocity）14一、一、S对对V的影响的影响lS对对V的影响呈的影响呈矩形双曲线矩形双曲线关系关系:l此矩形双曲线可用米此矩形双曲线可用米-曼氏方程表示曼氏方程表示15bcal矩形双曲线和米矩形双曲线和米-氏方程的对应关系氏方程的对应关系VmaxS Km+S V与与S成正比为一级反应成正比为一级反应Vmax KmS V不成正比例加速不成正比例加速,介于介于a a、c c之间之间,为混合级反应。为混合级反应。达达Vmax,V不再增加为零级反应不再增加为零级反应Vmaxa、b、c、S Km时时,S Km时，时，初初速速度度VV Vmaxmax底物浓度底物浓度S1/2VmaxKm16（一）米曼氏方程式推导米曼氏方程式推导l米曼氏方程式推导的条件米曼氏方程式推导的条件：l推导过程：推导过程：（二）（二）Km与与Vmax的意义的意义（三）（三）m值与值与max值的测定值的测定17二、二、E对对V的影响的影响l当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，底物饱和的情况下，V与与E成成正比正比。l关系式：关系式：V=K3 E0 V E 当当SE时，时，Vmax=k3 E E对对V的影响的影响 18三、三、T对对V的影响的影响四、四、pH对对V的影响的影响l最适温度最适温度(optimum temperature)：酶促反应速度最快时的环境温度酶促反应速度最快时的环境温度l低温的应用低温的应用l最适最适pH (optimum pH)酶催化活性最大时的环境酶催化活性最大时的环境pH。19l类型类型不可逆性抑制不可逆性抑制可逆性抑制可逆性抑制竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制(non-competitive inhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响l酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor/I)使酶的使酶的催化活性下降催化活性下降而而不引起酶蛋白变性不引起酶蛋白变性的物质的物质20(一一)l什么是？什么是？抑制剂以抑制剂以共价键共价键与与酶活性中心酶活性中心的必需基团相的必需基团相结合，使酶失活；结合，使酶失活；不能用物理方法去除抑制剂。不能用物理方法去除抑制剂。l举例：举例：21l什么是？什么是？抑制剂通常以抑制剂通常以非共价键非共价键与酶或酶与酶或酶-底物复合物底物复合物可逆性可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂抑制剂可用透析、超滤可用透析、超滤等方法除去。等方法除去。221、竞争性抑制、竞争性抑制l什么是？什么是？l竞争性抑制竞争性抑制的具体情形：的具体情形：l举例举例:I与与E的的S结构相似共同竞争结构相似共同竞争E的活性中心，的活性中心，防碍防碍E与与S的结合。的结合。232、非竞争性抑制、非竞争性抑制l什么是？什么是？l非竞争性抑制非竞争性抑制的具体情形：的具体情形：I与与E活性中心活性中心以外以外的必需基团结合，的必需基团结合，不防碍不防碍E与与S的结合，的结合，I与与S之间无竞争之间无竞争。243、反竞争性抑制、反竞争性抑制l什么是？什么是？l反竞争性抑制反竞争性抑制的具体情形：的具体情形：I 只与只与ES结合结合成成EIS，使，使ES的量减少，的量减少，影响产物的生成和影响产物的生成和E的释放。的释放。25与与I结合的成分结合的成分 E E、ES ES动力学参数动力学参数表观表观Km Km 增大增大 不变不变 减小减小最大速度最大速度 Vmax 不变不变 林林-贝氏作图贝氏作图 斜率斜率 Km/Vmax 增大增大 增大增大 不变不变 纵轴截距纵轴截距 1/Vmax 不变不变 增大增大 增大增大 横轴截距横轴截距 -1/Km 增大增大 不变不变 减小减小作用特征作用特征 无无I 竞竞 非非 反反III26六、激活剂对反应速度的影响六、激活剂对反应速度的影响l激活剂激活剂(activator)(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质l分为分为 l激活剂大多数为金属离子如激活剂大多数为金属离子如MgMg2+2+、K K+、MnMn2+2+等，等，少数阴离子也有激活作用。少数阴离子也有激活作用。必需激活剂必需激活剂(essential activator)非必需激活剂非必需激活剂(non-essential activator)l 一些金属酶和金属激活酶类：一些金属酶和金属激活酶类：27第第 四四 节节 酶酶 的的 调调 节节The Regulation of EnzymeThe Regulation of Enzyme28 关键酶关键酶29代谢物与酶分子代谢物与酶分子活性中心外活性中心外的某部分的某部分可逆可逆地结合，地结合，使使酶构象改变酶构象改变，从而改变酶的催化活性。，从而改变酶的催化活性。变构效应剂变构效应剂 (allosteric effector)l变构酶的变构酶的S S形曲线形曲线一一 、酶活性的调节、酶活性的调节30（二）酶的共价修饰调节（二）酶的共价修饰调节l举例：举例：l何谓共价修饰何谓共价修饰(covalent modification)？l共价修饰的类型：共价修饰的类型：l共价修饰的特点：共价修饰的特点：31l举例举例l酶原、酶原激活及酶原激活的本质酶原、酶原激活及酶原激活的本质l酶原激活的意义酶原激活的意义l某些酶原的激活某些酶原的激活32二、二、酶含量的调节酶含量的调节酶蛋白合成的调节酶蛋白合成的调节酶降解的调节酶降解的调节诱导作用诱导作用(induction)(induction)阻遏作用阻遏作用(repression)(repression)溶酶体蛋白酶降解途径溶酶体蛋白酶降解途径非溶酶体蛋白酶降解途径非溶酶体蛋白酶降解途径33第第 五五 节节 酶的分类与命名酶的分类与命名341.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(ligases,synthetases)一、酶的分类一、酶的分类35酶的分类编号酶的分类编号四个用点四个用点“”分开的数字前冠以分开的数字前冠以ECEC（酶学委员会）（酶学委员会）6 6大类：大类：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6酶隶属的亚类酶隶属的亚类酶隶属的亚酶隶属的亚-亚类亚类酶在亚酶在亚-亚类序号亚类序号36l习惯命名法习惯命名法推荐名称（多用）推荐名称（多用）l系统命名法系统命名法系统名称系统名称以酶催化的整体反应为基础，明确酶的以酶催化的整体反应为基础，明确酶的底物及催化反应性质，多个底物时都要底物及催化反应性质，多个底物时都要写明，用冒号（写明，用冒号（）隔开。）隔开。（国际生物化学会酶学委员会）（国际生物化学会酶学委员会）l 酶的命名举例酶的命名举例二、酶的命名二、酶的命名37第第 六六 节节酶与医学的关系酶与医学的关系38（一）（一）酶与疾病的发生酶与疾病的发生一、酶与疾病的关系一、酶与疾病的关系（三）（三）酶与疾病的治疗酶与疾病的治疗（二）（二）酶与疾病的诊断酶与疾病的诊断酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶先天性缺乏与先天性代谢障碍酶活性改变与疾病发生酶活性改变与疾病发生 对血液、尿等体液中某些酶活性的测定，对血液、尿等体液中某些酶活性的测定，能反映某些器官组织的疾