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第四章 酶

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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第四章 酶

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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。

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 酶活性中心示意图

  10. 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

  11. 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）

  12. 锁 钥 学 说

  13. 诱导契合学说

  14. 邻 近 定 向 效 应

  15. 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。

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶

  20. 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

  21. 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

  22. 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]

  23. 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。

  24. 第五节 影响酶促反应的因素 二.酶浓度 [E] 三.温度pH 四.pH

  25. 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

  26. 竞争性可逆抑制图示

  27. 非竞争性可逆抑制图示

  28. 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

  29. 3.变构酶的作用机理 • (1) 齐变模式（MWC模式)

  30. 3.变构酶的作用机理 • 2.序变模式（KNF模式）

  31. 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

  32. 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

  33. 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]

  34. 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

  35. 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）

  36. 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

  37. 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+

  38. 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

  39. 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

  40. 第九节 辅基/辅酶和维生素 • (2）硫辛酸和VB1

  41. 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

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