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第四章 酶

酶的一般概念. 酶的分类. 影响酶促反应速度的因素. 酶作用的机理. 变构酶、同工酶及诱导酶. 第四章 酶. 第一节 酶的一般概念. 酶 是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。. 一、酶催化反应的特点. （一） 与非生物催化剂的相同点 ： 1. 只能进行热力学上允许进行的反应； 2. 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； 3. 通过降低活化能加快化学反应速度。. 2H 2 O 2. 2H 2 O + O 2. （二） 与非生物催化剂的不同点. 1. 高效性： 通常高出非生物催化剂催化活性 10 6 ~10 13 倍。.

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第四章 酶

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Presentation Transcript

  1. 酶的一般概念 酶的分类 影响酶促反应速度的因素 酶作用的机理 变构酶、同工酶及诱导酶 第四章 酶

  2. 第一节 酶的一般概念 酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。

  3. 一、酶催化反应的特点 （一） 与非生物催化剂的相同点： 1.只能进行热力学上允许进行的反应； 2.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； 3.通过降低活化能加快化学反应速度。

  4. 2H2O2 2H2O + O2 （二） 与非生物催化剂的不同点 1.高效性： 通常高出非生物催化剂催化活性106~1013倍。 1mol过氧化氢酶 5×106molH2O2 1mol离子铁 6×10-4molH2O2

  5. O 脲酶：H2N—C—NH2 + H2O 2NH3 + CO2 2.专一性 （1）绝对专一性：只作用于某一底物

  6. R-CO-O-R'＋H2O RCOOH ＋R'OH （2）相对专一性：一种酶选择一类底物作用 1.键专一性：酯键，肽键，糖苷键 2.基团专一性：酶对所作用的键及键一侧的基团有选择性，如胰蛋白酶，对于由碱性氨基酸（精氨酸、赖氨酸）的羧基与其他氨基酸的氨基所形成的键具有高度的专一性。 3.立体专一性

  7. 3.易受剧烈条件的影响而丧失活性 4.可调控性

  8. 二、酶的化学本质 －蛋白质 核酶 1. 含氮量在16%左右； 2. 酶是两性电解质； 3. 其水溶液具有胶体的性质； 4. 酶分子具有一、二、三、四级结构； 5. 酶受某些物理化因素的作用而变性失活； 6. 水解产物为氨基酸。

  9. 核酶（ribozyme）主要指一类具有催化功能的RNA，亦称RNA催化剂。核酶（ribozyme）主要指一类具有催化功能的RNA，亦称RNA催化剂。 • 1982年，Cech等研究原生动物四膜虫rRNA时，首次发现rRNA基因转录产物的I型内含子剪切和外显子拼接过程可在无任何蛋白质存在的情况下发生，证明了RNA具有催化功能。 • 核酶的发现，从根本上改变了以往只有蛋白质才具有催化功能的概念 。

  10. 三、酶的组成 1.简单酶类：仅由氨基酸组成 2.结合酶类（复合酶类） 辅酶：以非共价键与酶蛋白结合 的小分子化合物 酶蛋白＋辅因子 辅基：以共价键与酶蛋白结合的小分子化合物 全酶

  11. 辅酶与辅基的异同点: 它们都是小分子物质，结构上常与维生素和核苷酸有关。但是辅酶与酶蛋白结合不紧，容易经透析除去，而辅基通常与酶蛋白共价相连。 金属离子的作用：它们是酶和底物联系的“桥梁”；稳定酶蛋白的构象；酶的“活性中心”的部分。 酶蛋白的作用：与特定的底物结合，决定反应的专一性。 辅酶、辅基的作用：参与电子的传递、基团的转移等，决定了酶所催化反应的性质。

  12. 结合酶举例： 乳酸脱氢酶（辅酶I， NAD） 异柠檬酸脱氢酶（辅酶I，NAD） 醇脱氢酶（辅酶I， NAD） 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（辅酶II, NADP） 琥珀酸脱氢酶（FAD） 乙酰辅酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg++） 脂酰辅酶A合成酶（辅酶A, CoA）

  13. 3.单体酶、寡聚酶和多酶复合物 1）单体酶（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 (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 (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。

  14. 第二节 酶的命名和分类 迄今为止所发现的4000多种酶中，现已有2500余种酶被鉴定出来，用于生产实践的酶有近200种，其中半数用于临床。

  15. 一、酶的命名 1.习惯命名法 根据酶作用的底物名称、反应、性质及酶来源，对酶冠名。如淀粉酶，水解酶，胃蛋白酶等。 缺点：缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。如分解淀粉的酶，若按这种命名法则有三种名称，如淀粉酶、淀粉水解酶和细菌淀粉酶。

  16. 2.国际系统命名法：底物＋反应性质 如底物中有水可以省略。

  17. 二、酶的分类 1.氧化还原酶类（oxidoreductase） 2.转移酶类（transferases） 3.水解酶类（hydrolases ） 4.裂解酶类（lyases） 5.异构酶类（isomerases） 6.合成酶类（ligase)

  18. AH2＋B A ＋BH2 AH2＋ O2 A ＋H2O 1 2 1.氧化还原酶类

  19. A·X+ B A +B·X 2.转移酶类(transferase) • 转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。 • 根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。

  20. A-B ＋H2O AH ＋BOH 3.水解酶类 (hydrolase) 水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。

  21. A-B A ＋B 4.裂解酶类 (lyase) 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。

  22. A B 5.异构酶类(isomerase) 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。

  23. A ＋B ＋ATP A-B ＋ADP ＋Pi 6.合成酶类(ligase) 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。

  24. EC 数字.数字.数字.数字 酶的分类序号 亚类 亚亚类 顺序号 1961年酶学委员会（Enzyme Commission，EC）对酶进行了标码，每个酶都用4个数字表示。

  25. 乙醇脱氢酶的编码是： EC1.1.1.1 第一个“1”——第1大类，即氧化还原酶类； 第二个“1”——第1亚类，供氢体为CHOH； 第三个“1”——第1亚亚类，受氢体为NAD+； 第四个“1”——在亚亚类中的顺序号。 乳酸脱氢酶的编码是： EC1.1.1.27 脂酶的编码是：EC 3.1.1.3

  26. 第三节 影响酶促反应速度的因素 一、底物浓度的影响 （一）底物浓度与酶促反应速度的关系 使酶浓度、温度、pH保持不变

  27. v与[S]的变化关系可用中间产物假说解释：

  28. （二）米氏方程 表示一个酶促反应的起始速度υ与底物浓度[s]之间定量关系的数学方程。 建立在三个假设的基础上： 1、反应初期，产物生成量极少，E+P→ES可忽略不计； 2、〔S〕 >>〔E〕,[S]-[ES] ≈[S] 3、反应系统处于稳态平衡状态时，〔ES〕的形成速度等于〔ES〕的分解速度

  29. [ES]生成速度： ，[ES]分解速度： 当酶反应体系处于恒态时： 即： 令： 则： 经整理得： (1) ，所以 (2) 由于酶促反应速度由[ES]决定，即 将（2）代入（1）得： (3) 所以 当[Et]=[ES]时， (4) 米氏方程的推导 将（4）代入（3），则：

  30. 米氏方程: 当底物浓度很低时: [S]<< Km,则 V≌Vmax[S]/Km ，反应速度与底物浓度呈正比; 当底物浓度很高时: [S]>> Km ，此时V≌Vmax ，反应速度达最大速度，底物浓度再增高也不影响反应速度。

  31. 1 2 （三） 米氏常数的意义 1.物理意义： Km值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。 V= Vmax时，则Km = [S]

  32. 2. Km 值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈大。 酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。

  33. 3. Km 值是酶的特征性常数，只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境如温度、PH、离子强度有关，与酶的浓度无关。 酶的种类不同，Km值不同。 同一种酶与不同底物作用时，Km值也不同。 各种酶的Km值范围很广，在10-1～10-6M之间。 可以利用酶的Km值鉴别酶。

  34. 4.如果一种酶可以催化几种底物发生反应，必然对每一种底物，各有一个特定的Km值，其中Km值最小的底物是该酶的最适底物 。 例：从鼠脑分离的己糖激酶可以作用于葡萄糖（Km=6×10-6mol/L）或果糖（Km=2×10-3 mol/L）， 所以葡萄糖是己糖激酶的最适底物。

  35. Vmax · [S] v = —————— km + [S] 5.计算底物浓度和相对速度 例：试求酶反应速度达到最大反应速度的90％时，所需求的底物浓度（用Km表示）。 90%V =100%V[S]/(km +[S]) 即 [S] = 9km

  36. 6. km还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径 乳酸脱氢酶（1.7×10-5） 乳酸 丙酮酸脱氢酶（1.3×10-3） 丙酮酸 乙酰CoA 丙酮酸脱羧酶（1.0×10-3） 乙醛 当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于km最小的酶。

  37. Vmax·[ S] V= Km+[ S] （四） Km求法 v-[S]作图法：Vmax难以测定，不能从vV/2处求得，从而导致Km也难确定。 所以采用双倒数作图法：即 1/v - 1/[S] 作图

  38. 酶动力学的双倒数图线

  39. 二、温度对酶促反应速度的影响 • 酶促反应与其它化学反应一样，随温度的增加，反应速度加快。 • 在一定范围内，反应速度达到最大时对应的温度称为该酶促反应的最适温度。

  40. 温度对酶促反应速度的影响机理： 1. 温度影响反应体系中的活化分子数：温度增加，活化分子数增加，反应速度增加。 2. 温度影响酶的活性：过高的温度使酶变性失活，反应速度下降。

  41. 三、pH对酶促反应速度的影响 大多数酶的活性受 pH 影响显著，在某一 pH 下表现最大活力，此pH称为酶的最适pH。 典型的酶速度-pH曲线是钟罩型曲线。

  42. pH对酶促反应速度的影响机理： 1.环境过酸、过碱会影响酶蛋白的构象，使酶变性失活 2. pH值影响酶的解离状态 3.. pH值影响底物的解离状态

  43. 四、酶浓度对反应速度的影响 当反应体系的温度、pH不变，底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比关系

  44. 阳离子：K+、Na+、Mg2+ 阴离子：Cl－ 金属离子 五、激活剂对反应速度的影响 能使酶活性提高的物质，都称为激活剂。 1.无机离子 • 它们有的本身就是酶的辅助因子，有的是酶的辅助因子的必要成分。 • 如: 激酶需要Mg2+激活 • 唾液淀粉酶需要Cl-激活

  45. 有机小分子： • 一些还原剂，如抗坏血酸、半胱氨酸，使含-SH的酶处于还原态 • 金属螯合剂，如EDTA(乙二胺四乙酸)，可络合一些重金属杂质，解除它们对酶的抑制，从而使酶活升高。

  46. 六、抑制剂对反应速度的影响 有些物质与酶结合后，引起酶的活性中心或必需基团的化学性质发生改变，从而使酶活力降低或丧失。 凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂(inhibitor)。 通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。

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