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第四章 酶

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第四章 酶. 第一节 酶的概念 一 . 什麽是酶? 二 . 酶的化学本质 ----- 蛋白质 三 . 酶在细胞内的聚集方式 1. 松散排列 2. 簇式排列 3. 与生物膜结合 四 . 酶在细胞内的定位 五 . 酶的分类和命名. 酶的概念. 酶是生活细胞产生的,具有催化作用的蛋白质。 酶是生物体内具有 催化活性的,有特殊空间构像的生物大分子,包括蛋白质和核酸。 酶是生活细胞产生的以蛋白质为主要成分的 生物催化剂。. 酶的聚集方式. 1. 松散排列

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Presentation Transcript
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第四章 酶

第一节 酶的概念

  • 一.什麽是酶?
  • 二.酶的化学本质-----蛋白质
  • 三.酶在细胞内的聚集方式

1.松散排列

2.簇式排列

3.与生物膜结合

四.酶在细胞内的定位

五.酶的分类和命名

slide2
酶的概念
  • 酶是生活细胞产生的,具有催化作用的蛋白质。
  • 酶是生物体内具有 催化活性的,有特殊空间构像的生物大分子,包括蛋白质和核酸。
  • 酶是生活细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。
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酶的聚集方式
  • 1.松散排列

酶在细胞中各自以可溶的单体形式存在,彼此没有结构上的联系。

反应时酶是随机扩散,催化效率不高。(如糖酵解历程)

酶5

酶4

酶1

酶2

酶3

slide4
酶的聚集方式
  • 2.簇式排列

几种酶有机地聚集在一起,精巧的镶嵌成一定的结构,定向转移,形成多酶复合体。催化效率高。

(如丙酮酸脱氢酶复合体、

脂肪酸合成酶复合体)

酶1

酶2

酶3

酶6

酶5

酶4

slide5
酶的聚集方式
  • 3.与生物膜结合

一种结构更高的多酶复合体,酶整齐的排列在生物膜上。催化效率最高。(如呼吸链)

酶3

酶1

酶2

酶4

酶5

slide6
第二节 酶的特性
  • 一.酶与一般催化剂的共性

1.用量少,催化效率高

2.不改变化学反应的平衡点

3.可降低反应的活化能

  • 二 .酶与一般催化剂的区别—酶的特性

1.高效性

2.专一性 结构专一性(相对专一性/绝对专一性)

(特异性 )立体异构专一性(几何异构/旋光异构)

3.不稳定性(要求温和的反应条件)

4.可调控性

slide7
第三节 酶的组成
  • 一.酶的化学组成

1.单成分酶(单纯蛋白质/简单蛋白质)

2.双成分酶(结合蛋白质)

(1)蛋白质部分(酶蛋白)稳定辅因子

(2)非蛋白质部分(辅因子)起催化作用

小分子有机化合物

金属离子

全酶=酶蛋白+辅因子

slide8
第三节 酶的组成
  • 二.酶的结构

1.酶的活性基团及活性中心

活性中心 结合部位

必需基团 催化部位

2 .酶的结构 活性中心以外的必需基团

其它部分

slide10
第四节 酶的催化作用机理
  • 一. 中间产物学说
  • 二.酶作用专一性机理

1.锁钥学说

2.诱导契合学说—酶受底物诱导而变形

3.张力学说(应变效应)—底物变形以适应酶

  • 三.酶作用高效性机理

-----影响酶高效性的因素

1.邻近定向效应 2.应变效应

3.亲核催化/亲电催化(共价催化)

4.酸碱催化 5.微环境的影响

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酶催化作用的中间产物学说
  • E + S ES P + E

(酶 ) 底物) (中间物 ) (产物 ) (酶)

中间产物存在的证明:

H2O2 + 过氧化物酶 (H2O2 —过氧化物酶)

( 褐色)( 红色)

645\587\548\498nm561\550nm

(H2O2 —过氧化物酶)+ AH2 过氧化物酶+ A + 2H2O

( 红色) ( 褐色)

slide15

酶催化作用机理

综上所述:

酶与底物结合时,由于酶的变形(诱导契

合)或底物变形(张力学说)使二者相互适合,

并依靠离子键、氢键、范德华力的作用和水的

影响,结合成中间产物,在酶分子的非极性区

域内,由于酶与底物的邻近、定向,使二者可

以通过亲核\亲电催化、一般酸\碱催化或金属离

子催化方式进行多元催化,从而大大降低反应

所需的活化能,使酶促反应迅速迅速进行。

slide16
第四节 酶的催化作用机理

四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶

1.胰凝乳蛋白酶结构

slide17

四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶

2.胰凝乳蛋白酶的电荷接力网

slide18

四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶2. 胰凝乳蛋白酶的催化过程

A.酶与底物结合,形成米氏复合物(ES)

B.形成四联体过度态中间物

slide20
四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶

F.羰基产物形成,酶游离

E.形成包括水分子的四联体过度中间物

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第五节 影响酶促反应的因素
  • 一.底物浓度[S]
  • 1.酶促反应速度V与底物浓度[S]的关系
2 michaelis menten
2.Michaelis-Menten方程和米氏常数
  • 方程的推导

假设: 1. 稳态; 2.测反应的初速度; 3. [S] > >[E]

Vmax×[S]

V=

Km + [S]

米氏常数 :当v=1/2Vmax 时

Km=[S]

slide24
3. 米氏方程的意义
  • (1)指出了[S]与V的关系
  • (2)指明了Km的定义
  • (3) Km不是ES的解离平衡常数,但当
  • K –1 >>K-2时, Km近似地表明E与S的亲和力。 Km大表明酶与底物亲和力弱, Km小则表明酶与底物亲和力强。
  • (4) Km是酶的特征常数。
  • (5)根据Km可判断酶的天然底物。
slide25
第五节 影响酶促反应的因素

二.酶浓度 [E] 三.温度pH 四.pH

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第五节 影响酶促反应的因素
  • 五.激活剂
  • 六.抑制剂

竞争性抑制

可逆抑制 非竞争性抑制

反竞争性抑制

不可逆抑制

slide31
第六节 变构酶 同工酶 和诱导酶
  • 一.变构酶(别构酶)

1.概念

2.特点

(1)由若干相同亚基组成的聚合体

(2)聚合体的亚基有R和T两种不同的构象,且二者可互变,呈RR=TT动态平衡

(3)每个亚基都有一个催化中心和一个变构中心

(4)V对[S]的曲线为S形

slide32
3.变构酶的作用机理
  • (1) 齐变模式(MWC模式)
slide33
3.变构酶的作用机理
  • 2.序变模式(KNF模式)
slide34

变构酶的反应曲线

在非调节酶曲线1中:

当[s]1=0.11时 v1=10% Vmax

当[s]2=9.0时 v2=90% Vmax

[s]2 / [s]1 = 9/0.11 = 81

在变构酶曲线2中:

当v1=10% Vmax时 [s]1=3.0

当v2=90% Vmax [s]2=9.0

[s]2 / [s]1 = 9/3 = 3

slide35
第六节 变构酶 同工酶 和诱导酶

二.同工酶

1.概念

2.结构 特点及其形成

3.性质

4.产生的原因

5.生物学意义

三.诱导酶

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第七节 酶的分离提纯及活力测定
  • 一.酶的分离提纯
  • 选材—破碎—抽提—分离及提纯—保存
  • 二.酶活力的测定
  • 1.酶活力及酶促反应速度 V = [P] / t
  • 2.酶活力单位 ( U 或 IU ;Katal 或 Kat)
  • 3.酶的比活力 活力单位数(U)/酶蛋白(mg)
  • 4.酶的转换数 Kcat = Vmax / [Et]
slide37
第八节 酶工程简介
  • 一.酶工程的定义
  • 二.化学酶工程
  • 固定化酶 修饰酶 人工模拟酶
  • 三.生物酶工程
  • 工程酶(克隆酶)
  • 突变酶
  • 设计新酶基因
slide38
第九节 辅基/辅酶和维生素
  • 一.概述

1.维生素的概念

脂溶性维生素: A D E K

维生素 硫辛酸(氧化型)

水溶性维生素:Vc

VB: B1 B2 B3(泛酸)

B5(PP) B12(氰钴胺素)

B6 (吡哆醇/醛/胺)

B7 (生物素 )

硫辛酸(还原型)

slide39
第九节 辅基/辅酶和维生素
  • 2.辅基辅酶在酶促反应中的作用

——传递电子 、 原子或某些基团

二.传递氢的辅基/辅酶

1. 辅酶I/辅酶II及维生素PP

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸( NAD/ CoI )

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( NADP/CoII)

NAD+( NADP+ ) NAD(P )H + H+

+2H+ , 2e

-2H+ ,2e

slide40
第九节 辅基/辅酶和维生素
  • 2. 黄素核苷酸和维生素B2

(1)黄素单核苷酸(FMN)

(2)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)

FMN (FAD) FMNH2(FADH2)

3.维生素C(抗坏血酸)

4.泛醌(辅酶Q)

5.谷胱甘肽 2GSH GSSG

+2H+ , +2e

-2H+ ,-2e

-2H

+2H

+2H+ +2H+

slide41
第九节 辅基/辅酶和维生素

+e

  • 二.传递电子的辅基—铁卟啉
  • Fe 3+ Fe 2+
  • 三.转移基团的辅基/辅酶
  • 1.传递磷酸根的辅酶—腺苷磷酸酯 (ATP/ADP/AMP)
  • 转移磷酰基ATP + S ADP + P-S
  • 转移糖基 ATP + 糖-PADP-糖 + PPi
  • 转移AMP ATP + FMN FAD + PPi
  • 转移腺苷 ATP + Met + H2O 腺苷- Met +PPi + Pi
  • 能量的载体 ATP + H2O ADP + Pi

-e

slide42
第九节 辅基/辅酶和维生素
  • 三.转移基团的辅基/辅酶
  • 2.脱羧的辅酶—硫胺素焦磷酸(TPP)
  • 硫胺素+ATP TPP + AMP
  • 3.转移酰基的辅酶
  • (1)辅酶A和泛酸
  • CoA-SH + RCOOH CoA-S-COR + H2O
  • CoA-S-COR +底物 底物- COR + CoA-SH
  • (2)硫辛酸和VB1

mg

硫胺素激酶

slide44
第九节 辅基/辅酶和维生素
  • 4.转移氨基的辅酶和VB6
  • —磷酸吡哆醛(PLP)/磷酸吡哆胺(PMP)
  • AA 酮酸
  • PCHO PCH2NH2

5.固定CO2的辅酶—生物素和VB7

6.转移一碳基团的辅酶

(1)四氢叶酸(FH4)

(2)钴铵素和VB12

AA

酮酸