考研科目動(dòng)物生物化學(xué)酶PPT課件

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1、1 1 酶的基本概念、酶的化學(xué)組成2 2 酶的結(jié)構(gòu)與功能3 3 酶催化的機(jī)理4 4 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)5 5 酶活性調(diào)節(jié)6 6 酶的分類及應(yīng)用本章的主要內(nèi)容第1頁/共136頁重點(diǎn)：酶的概念及其特點(diǎn)；酶結(jié)構(gòu)與 功能的關(guān)系；酶促反應(yīng)動(dòng)學(xué)； 酶的活性調(diào)節(jié)。難點(diǎn)：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；酶作用機(jī)理； 維生素與輔酶的關(guān)系。第2頁/共136頁一、酶的概念及其化學(xué)本質(zhì) 酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的具有高度專一性和極高催化效率的生物催化劑（Biocatalyst）。 酶催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)(Enzymatic reaction) 。 酶催化下發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)稱為底物(Substrate) 。第一節(jié) 酶的基本概念第3頁/共13

2、6頁 酶的化學(xué)本質(zhì) 大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 1926年美國(guó)Sumner 脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì)。 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。 第4頁/共136頁 20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，還有一些抗體也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。 第5頁/共136頁二 酶是生物催化劑 1酶與一般催化劑的共同點(diǎn) （1）用量少而催化效率高。 （2）能加快化學(xué)反應(yīng)的速度，但不改變 平衡點(diǎn)，反應(yīng)前后本身不發(fā)生變化。 第6頁/共136頁（3）降低反應(yīng)所需的活化能 第7頁/共136頁 2酶作為生物催化

3、劑的特性 （1）極高的催化效率 酶的催化效率比化學(xué)催化劑高10107 710101313倍，比非催化反應(yīng)高10108 810102020倍。 第8頁/共136頁2H2O22H2O+O2 酶催化：1mol H2O2酶，5106mol/min 化學(xué)催化劑：1mol Fe2+ ，6104mol/min第9頁/共136頁 酶的特異性：酶只能作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，催化一定類型的化學(xué)反應(yīng)。 是指酶在催化生化反應(yīng)時(shí)對(duì)底物的選擇性。 （2）高度的專一性（specificity） 第10頁/共136頁 絕對(duì)專一性（absolute specificity） CONH2NH2H2O脲脲 酶酶CO2 +

4、2NH3CONH2NHCH3H2O脲脲 酶酶X 對(duì)底物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)類型要求非常嚴(yán)格，只能催化一種底物發(fā)生一定類型的反應(yīng)。第11頁/共136頁 一種酶可以作用于一類化合物或化學(xué)鍵。R1COOR2+ H2O酯酯酶酶R1COOH + R2OH 相對(duì)專一性（relative specificity） 第12頁/共136頁立體專一性（stereochemical specificity） 一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)體，或只能生成一種立體異構(gòu)體，稱為立體異構(gòu)特異性，如L-L-乳酸脫氫酶。 第13頁/共136頁（3 3）酶的不穩(wěn)定性。 （4 4）酶在體內(nèi)受到嚴(yán)格調(diào)控。 （5 5）酶的催化活力與輔酶、輔基

5、和金屬離子有關(guān) 。第14頁/共136頁三 酶活力（enzyme activity）及其測(cè)定 酶活力：酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力 。 酶活力的大小用酶活力單位來表示，簡(jiǎn)稱酶單位（unit, Uunit, U） 1 1 酶活力和比活力的概念第15頁/共136頁 酶單位：在指定的反應(yīng)條件下（25，最適PH，飽和底物濃度），1min內(nèi)，將1微摩爾的底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需要的酶量。1961年國(guó)際酶單位（1U1mol/min）1972年Katal（Kat1mol/s）單位 在最適條件下，每秒中內(nèi)，能將1mol底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物所需的酶量。1Kat=6107U 1U=16.67nKat第16頁/共136頁 酶的比活力（s

6、pecific activity） 指每mg蛋白質(zhì)所具有的酶活力，一般用U/mg蛋白質(zhì)來表示，比活力說明酶的純度。也可以用U/g、U/ml表示。第17頁/共136頁2 2 酶活力的測(cè)定 （1）應(yīng)測(cè)反應(yīng)初速度（initial velocity or initial speed）, 反應(yīng)510分鐘。 （2）酶的反應(yīng)速度一般用單位時(shí) 間內(nèi)產(chǎn)物的增加量來表示。 （3） 測(cè)酶活力時(shí)應(yīng)使反應(yīng)溫度、 pH、離子 強(qiáng)度和底物濃度等 因素保持恒定。 （4） 測(cè)定酶反應(yīng)速度時(shí)，應(yīng)使SE。 產(chǎn) 物 濃 度 P(t)第18頁/共136頁第二節(jié) 酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)一、酶的化學(xué)組成二、酶的輔助因子三、維生素與輔酶第19頁/共1

7、36頁一、酶的化學(xué)組成1、單純酶（ simple enzyme）: 單純由氨基酸組成。如脲酶、胃蛋白酶、淀粉酶、細(xì)胞色素C氧化酶等。2、結(jié)合酶（conjugated enzyme）: 結(jié)合酶（全酶）=蛋白質(zhì)部分（酶蛋白）+ 非蛋白質(zhì)部分（輔助因子）第20頁/共136頁 （1）金屬離子：如 Cu2+ 、Zn2+、 Mn2+、 Mg2+、 Fe 2+等； （2）金屬有機(jī)化合物（金屬離子 +小分子 化合物）：如鐵噗啉； （3）小分子化合物：NAD+、NADP+、 FAD+、FMN等。二、酶的輔助因子第21頁/共136頁金屬離子作用 （1 1）作為酶活性中心的組成成分，參加 催化底物反應(yīng)； （2 2）

8、穩(wěn)定酶活性所必需的分子構(gòu)象的作 用； （3 3）在酶與底物分子之間起橋梁作用。第22頁/共136頁 輔酶（coenzyme）:與酶蛋白部分結(jié)合較松，用透析法易于分離。 輔基（prosthetic group）:與酶或蛋白質(zhì)結(jié)合非常緊密，用透析法不易除去。輔酶和輔基第23頁/共136頁三、維生素與輔酶 維生素（Vitamin):機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必需，人和動(dòng)物不能合成或合成量極少，必需由食物供給的一類小分子有機(jī)物質(zhì)。 第24頁/共136頁水溶性: 是通過轉(zhuǎn)變成輔酶對(duì)代謝起調(diào) 節(jié)作用。 B 族維生素 C 族維生素 脂溶性: 在體內(nèi)可直接參與代謝的 調(diào)節(jié)作用。 A 視黃醇 D 鈣化醇 E 生育酚

9、 K 凝血維生素第25頁/共136頁(1) 硫胺素 (維生素 B1) 輔酶形式：焦磷酸硫胺素(TPP) 。 缺乏時(shí)表現(xiàn)出多發(fā)性神經(jīng)炎、皮膚麻木、心力衰竭、四肢無力、下肢水腫。1、水溶性維生素與輔酶第26頁/共136頁焦磷酸硫胺素（TPPTPP）是脫羧酶的輔酶。NNNH2H3CCH2N+SCH3CH2CH2OPOOPOHOHOOHCl-功能：是催化丙酮酸的脫羧反應(yīng)第27頁/共136頁(2) 核黃素（維生素B2) 缺乏時(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)度降低。主要癥狀為口腔發(fā)炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。輔酶形式：FAD (黃素腺嘌呤二核苷酸） FMN (黃素單核苷酸)。第28頁/共136頁CH3CH3NCCNH

10、NNOOCH2CHCHCHCH2OPOOHOHOHOOHOCH2OHOHNNNH2NNFMN FAD功能：在脫氫酶催化的氧化-還原反應(yīng)中， 起著電子和質(zhì)子的傳遞體作用。AMP第29頁/共136頁(3)(3)煙酸和煙酰胺（維生素PPPP） 輔酶形式：輔酶I（NAD） 輔酶II（NAD） 能維持神經(jīng)組織的健康。缺乏時(shí)表現(xiàn)出神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)障礙，出現(xiàn)皮炎。第30頁/共136頁 NAD NAD+ +：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。 NADPNADP+ +：煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸。 OCH2OPOPOCH2OHOHO OO-O-N+CONH2OOHOH(OPO3H2)NNNH2NN功能：是多種重要脫氫酶的輔酶。第31

11、頁/共136頁(4) 吡哆素(維生素B6)吡多素( (包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺) )。NH3CHOCH2NH2CH2OHNH3CHOCHOCH2OH 磷酸吡多素是轉(zhuǎn)氨酶的輔酶，參與轉(zhuǎn)氨基的作用。第32頁/共136頁(5)(5)泛酸輔酶形式：輔酶A(CoA) CH2CCH3CH3CHOHCONHCH2CH2CNHCH2CH2SHOOOOHPOOHHONNNH2NNOPOOOHPOOOHCH2功能：輔酶A能與乙?；Y(jié)合，生成乙酰輔酶A， 乙酰輔酶A是乙酰基的載體，可轉(zhuǎn)運(yùn)乙酰 基。脂?；d體，轉(zhuǎn)運(yùn)脂?；；钚晕稽c(diǎn)：-SH第33頁/共136頁(6) 生物素 (維生素B7，維生素H) 生物素是羧化酶的

12、輔酶。 在生物合成中起傳遞和固定CO2的作用。第34頁/共136頁(7) 葉酸 (維生素B11) 最重要的形式是四氫葉酸，四氫葉酸是一碳單位的載體。 一碳單位：某些氨基酸在分解代謝過程中可以產(chǎn)生含有一個(gè)碳原子的基團(tuán)。 體內(nèi)的一碳單位有：如-CH3、CH2-、-CH-、-CH2OH、-C=O、-NHCH2等。CO不屬于此種一碳單位。第35頁/共136頁(8)鈷胺素(維生素B12) 維生素B12分子中與Co+相連的CN基被5-脫氧腺苷所取代，形成維生素B12輔酶。 功能：作為變位酶和甲基轉(zhuǎn)移酶的輔酶。第36頁/共136頁（9 9）硫辛酸 硫辛酸是少數(shù)不屬于維生素的輔酶。有兩種形式，即硫辛酸（氧化型

13、）和二氫硫辛酸（還原型）。 是丙酮酸和酮戊二酸脫氫酶的輔酶，在氧化脫羧過程中傳遞酰基和氫。第37頁/共136頁 (10) (10) 輔酶Q(CoQ)Q(CoQ) 輔酶Q Q又稱為泛醌，廣泛存在與動(dòng)物和細(xì)菌的線粒體中，其結(jié)構(gòu)為：OOCH3OCH3OCH3(CH2CH CCH2)nHCH3n=6-10 為線粒體呼吸鏈氧化- -還原酶的輔酶，在酶與底物分子之間傳遞電子。第38頁/共136頁抗壞血酸（維生素C）CCCCCCH2OHOHOHOHHOHOOCCOOOHHOHCH2OHCCC 在體內(nèi)參與氧化還原反應(yīng)，羥化反應(yīng)。防止貧血、防止和治療感染。第39頁/共136頁水溶性維生素及其輔酶作用水溶性維生素

14、及其輔酶作用 維生素 學(xué)名 輔酶形式 酶反應(yīng)中的主要作用 B1 B2 PP B6 泛酸生物素葉酸 B12C硫胺素 核黃素 煙酰胺煙酸吡哆醛吡哆胺吡哆醇泛酸生物素葉酸鈷胺素抗壞血酸硫胺素焦磷酸（TPP）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）黃素腺嘌呤單核苷酸（FMN）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+ 磷酸吡哆醛 輔酶A生物素四氫葉酸 甲基鈷胺素，脫氧腺苷鈷胺素參與醛基轉(zhuǎn)移和酮酸的脫羧作用。多種氧化還原酶的輔基，參與遞氫作用。 多種氧化酶的輔酶，一些還原酶的輔酶，參與遞氫作用參與氨基酸的轉(zhuǎn)氨基、脫羧作用。 多種?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的輔酶 傳遞CO2 的作用。一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的活性載體參

15、與氫原子重排作用、甲基化作用。羥化反應(yīng)的輔助因子。 維生素維生素 學(xué)名學(xué)名 輔酶形式輔酶形式 主要作用主要作用B1 B2 PP（ B5） B6 硫胺素硫胺素 核黃素核黃素?zé)熕釤熕釤燉０窡燉０愤炼呷┻炼呷┻炼甙愤炼甙愤炼叽歼炼叽剂虬匪亟沽姿崃虬匪亟沽姿幔═PP）黃素腺嘌呤單核苷酸黃素腺嘌呤單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+ ）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酸（NADP+ ）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 參與醛基轉(zhuǎn)移和參與醛基轉(zhuǎn)移和酮酮酸的脫羧作用酸的脫羧作用氧化還原酶的輔基，氧化還原

16、酶的輔基，參與參與遞氫作用遞氫作用 氧化還原酶的輔酶氧化還原酶的輔酶參與參與遞氫作用遞氫作用參與氨基酸的參與氨基酸的轉(zhuǎn)氨基轉(zhuǎn)氨基和脫羧作用和脫羧作用第40頁/共136頁 維生素 學(xué)名 輔酶形式 酶反應(yīng)中的主要作用 B1 B2 PP B6 泛酸生物素葉酸 B12C硫胺素 核黃素 煙酰胺煙酸吡哆醛吡哆胺吡哆醇泛酸生物素葉酸鈷胺素抗壞血酸硫胺素焦磷酸（TPP）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD+）黃素腺嘌呤單核苷酸（FMN）煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+ 磷酸吡哆醛 輔酶A生物素四氫葉酸 甲基鈷胺素，脫氧腺苷鈷胺素參與醛基轉(zhuǎn)移和酮酸的脫羧作用。多種氧化還原酶的輔基，參與遞氫

17、作用。 多種氧化酶的輔酶，一些還原酶的輔酶，參與遞氫作用參與氨基酸的轉(zhuǎn)氨基、脫羧作用。 多種?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的輔酶 傳遞CO2 的作用。一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的活性載體參與氫原子重排作用、甲基化作用。羥化反應(yīng)的輔助因子。 維生素維生素 學(xué)名學(xué)名 輔酶形式輔酶形式 主要作用主要作用 泛酸（B3）生物素（ B7） 葉酸（ B11） B12 C鈷胺鈷胺素素抗壞抗壞血酸血酸 輔酶A A生物素四氫葉酸甲基鈷胺素，脫氧腺苷鈷胺素多種?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的輔酶?jìng)鬟fCOCO2 2 的羧化作用一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的活性載體氫原子重排作用、甲基化作用羥化反應(yīng)的輔助因子第41頁/共136頁2 2、脂溶性維生素維生素A A：抗夜盲、維持上皮的正常

18、發(fā)育、 促進(jìn)幼兒生長(zhǎng)發(fā)育維生素D D：抗佝僂病的作用維生素E E：抗氧化和抗不育的作用維生素K K：凝血作用第42頁/共136頁一 酶的活性中心和必需基團(tuán)二 酶原與酶原激活三 同工酶第三節(jié) 酶的結(jié)構(gòu)與功能第43頁/共136頁1.1.酶的活性中心 酶分子中能直接與底物分子結(jié)合，并催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部位，稱為酶的活性中心（active center）或 活性部位（active site）。一 酶的活性中心和必需基團(tuán)第44頁/共136頁 酶的酶的活性部位第45頁/共136頁 結(jié)合基團(tuán) 必需基團(tuán) 催化基團(tuán)第46頁/共136頁 必需基團(tuán)：參與對(duì)底物分子的結(jié)合和催化的基團(tuán)，以及參與維持酶分子構(gòu)象的基團(tuán)

19、。2 必需基團(tuán)（essential group）：第47頁/共136頁二 酶原和酶原的激活 有些酶，在最初合成和分泌時(shí)，沒有些酶，在最初合成和分泌時(shí)，沒有催化活性。這種酶的前體，被稱為酶有催化活性。這種酶的前體，被稱為酶原原(zymogen)(zymogen)。 使無活性的酶原轉(zhuǎn)變成活性酶的過使無活性的酶原轉(zhuǎn)變成活性酶的過程，稱為酶原激活。其實(shí)質(zhì)是酶活性中程，稱為酶原激活。其實(shí)質(zhì)是酶活性中心的組建。心的組建。第48頁/共136頁三 同工酶（isoenzyme） 同工酶: :指能催化相同化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及生物學(xué)功能不同的一組酶。 第49頁/共136頁其特點(diǎn)： （1 1

20、）它們存在于生物的同一種屬或同一個(gè)體的不同組織、甚至同一組織、同一細(xì)胞中。 （2 2）同工酶大多數(shù)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成的寡聚體。第50頁/共136頁 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 (H4) (H3M) (H2M2) (HM3) (M4)M HCH3CCOOHOCH3CCOOH HOH + NAD+ NADH + H + +乳酸脫氫酶（LDH）第51頁/共136頁同工酶研究的意義（1 1）進(jìn)行遺傳分析、雜種優(yōu)勢(shì)的篩選。（2 2）進(jìn)行疾病診斷（3 3）不同組織的代謝特點(diǎn)第52頁/共136頁 第四節(jié) 酶催化作用機(jī)理1 1、中間產(chǎn)物學(xué)說2 2、酶專一性作用的機(jī)制3 3、酶催

21、化反應(yīng)機(jī)制第53頁/共136頁1 1、酶催化反應(yīng)的中間產(chǎn)物學(xué)說1931年Michaelis和Menten提出過渡態(tài)學(xué)說： E + S ES ES* EP E + P ES為酶底物復(fù)合物；ES* 為過渡態(tài)中間物；EP為酶產(chǎn)物中間物。第54頁/共136頁 酶的催化作用與分子活化能第55頁/共136頁 活化能：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量。是指在一定溫度下，1mol 反應(yīng)物全部進(jìn)入活化狀態(tài)所需的自由能。第56頁/共136頁2 酶作用專一性的機(jī)理（1 1）鎖- -鑰學(xué)說（2 2）誘導(dǎo)契合學(xué)說第57頁/共136頁酶的活性部位與底物結(jié)構(gòu)嚴(yán)格互補(bǔ)。（1）鎖鑰學(xué)說(lock-and-key hypoth

22、esis)第58頁/共136頁 當(dāng)?shù)孜锱c酶接近時(shí)，底物分子可以誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象發(fā)生改變，使之成為能與底物分子密切結(jié)合的構(gòu)象。(2) 誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fit hypothesis)第59頁/共136頁3 3 酶催化反應(yīng)的機(jī)理（1）鄰近與定向效應(yīng)（2）張力效應(yīng)（底物形變）（3）酸堿催化（4）共價(jià)催化（5）活性中心的低介電性第60頁/共136頁 酶和底物分子之間存在較高的親和力，底物向酶的活性中心靠近，最終結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應(yīng)。 鄰近效應(yīng)（Proximity effective）第61頁/共136頁 底物的催化基團(tuán)與反應(yīng)基團(tuán)之間

23、，或底物的反應(yīng)基團(tuán)之間形成正確的定向排序，有利于形成中間產(chǎn)物，降低反應(yīng)的活化能，增加反應(yīng)速度。定向效應(yīng) (orientation effective)：第62頁/共136頁增加了酶與底物的接觸機(jī)會(huì)和有效碰撞。第63頁/共136頁2 張 力 作 用 （ e l e c t r o n i c tension） 誘導(dǎo)底物變形，扭曲，促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂。第64頁/共136頁 酶的活性中心存在酸性或堿性氨基酸殘基，在中性PHPH下，作為酸或堿向底物提供質(zhì)子或從底物抽取質(zhì)子，相互作用形成過渡態(tài)復(fù)合物，使活化能降低。(3) 酸堿催化（acid-base ratalysis）第65頁/共136頁 (4) 共

24、價(jià)催化(covalent catalysis) 酶對(duì)底物進(jìn)行親核或親電子反應(yīng)。酶與底物形成不穩(wěn)定的ESES復(fù)合物，釋放電子，形成共價(jià)過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程 。 第66頁/共136頁（5 5）活性中心的低介電性 某些反應(yīng)在非極性介質(zhì)中的反應(yīng)速度比極性介質(zhì)中的速度快。酶分子的活性中心位于非極性的空穴中。第67頁/共136頁 第五節(jié) 酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)1 1、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響2 2、溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響3 3、pHpH值對(duì)酶反應(yīng)速度的影響4 4、酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響5 5、激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響6 6、抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響第68頁/共136頁1 1、

25、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 （1 1）底物與速度的關(guān)系 （2 2）米氏方程 （3 3）米氏常數(shù)的求法 （4 4）米氏常數(shù)的意義第69頁/共136頁（1 1）底物與速度的關(guān)系第70頁/共136頁 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的關(guān)系 Vmax:最大反應(yīng)速度；Km：米氏常數(shù)第71頁/共136頁 米氏方程提出的前提： 反應(yīng)在最適條件下進(jìn)行。 pHpH、溫度和酶的濃度是固定的。 反應(yīng)在起始階段。 反應(yīng)體系處在穩(wěn)態(tài)（stable state）。 （2 2）米氏方程第72頁/共136頁 E + S ES E + P K1 V1K2 V2K3 V3 根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ESES的生成速度與其分解速度相等。

26、 V1=V2+V3 k1 E S = k2ES+ k3 ES = ES（k2 + k3）同時(shí)除以k1ESESES=K2+k3k1米氏方程的推導(dǎo) 第73頁/共136頁 E SES=Km. Et (t=total) 代表酶總濃度 Et=E + ES E=Et- ES.將代入 （Et-ES) S ES=KmKm+sES=. Et S整理 Et S - ES S= KmES Et S- KmES =ESS Et S=ES (Km +S) k2+k3 k1令 Km =第74頁/共136頁稱為米氏方程：v為速度；Vmax 最大速度；S底物濃度；Km 米氏常數(shù)。 酶反應(yīng)速度與ES濃度呈正比 v=k3ES 當(dāng)

27、底物濃度極大時(shí)，酶以ES形式存在，即 Et=ES,反應(yīng)速度最大，Vk3ES=k3Et.V=VmaxSKm+S第75頁/共136頁 當(dāng)反應(yīng)速度v=Vmax/2時(shí)，Km=S。 Km值為反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時(shí)底物的濃度。 單位：molL-1或mmolL-1 第76頁/共136頁 Km值大小，反應(yīng)E與S的親和程度。 米氏常數(shù)Km=(k2+k3)/k1，起始階段， kk,mkk1平解離 米氏常數(shù)的意義m越大：和之間的親和力越小 復(fù)合物越不穩(wěn)定。 m越?。汉偷挠H和力越大， 復(fù)合物越穩(wěn)定，越有利于反應(yīng)。第77頁/共136頁 Km是酶的特征性常數(shù)：在一定條件 下，某種酶的Km值是恒定的，因而可 以通過

28、測(cè)定不同酶的Km值，來判斷是 否為不同的酶。第78頁/共136頁 測(cè)定不同抑制劑對(duì)某一種酶Km和 Vmax的影響，可以判斷該抑制劑是 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑還是非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 判斷細(xì)胞內(nèi)的酶的活性是否受底物 影響。當(dāng) Sm時(shí)，v =m，呈零級(jí)反應(yīng)第79頁/共136頁 正反應(yīng)和可逆反應(yīng)KmKm不同時(shí)，KmKm小 的代表該酶催化的優(yōu)勢(shì)方向。 有助于尋找限速酶。第80頁/共136頁米氏常數(shù)的求法v = Vmax Skm + S第81頁/共136頁雙倒數(shù)作圖法-4-202468100.00.20.40.60.81.01/S(1/m m ol.L-1)1/v斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax第82頁/共

29、136頁2.01.51.00.5溫度對(duì)唾液淀粉酶活性的影響產(chǎn)物麥芽糖的毫克數(shù)2 2 溫度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響第83頁/共136頁酶的最適pH: pH: 酶催化活性最高時(shí)的pHpH2 8 10 pH酶酶的的活活性性pH對(duì)某些酶活性的影響A: 胃蛋白酶; B: 葡萄糖-6-磷酸酶3 pH對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響AB第84頁/共136頁4 4 酶濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響Vmax=KVmax=K3 3EEPPEE酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響V=Vmax SKm + S第85頁/共136頁激活劑無機(jī)離子：金屬離子(K+、Na+、Mg2+、 Zn2+、Fe2+、Ca2+）； 陰離子(Cl- Br-)、氫離子有機(jī)分子：某

30、些還原劑：GSG 乙二胺四乙酸（EDTA）某些酶類：酶原激活過程中的酶類激活劑（activator）：凡能提高酶活性的物質(zhì)。5 5 激活劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響第86頁/共136頁 （1） 酶活性中心的必需基團(tuán) （2） 酶-底絡(luò)合物形成的橋梁 （3） 作為某些酶的輔助因子 （4） 保護(hù)-SH酶不被氧化原理：第87頁/共136頁 6 6 抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速度的影響（1）抑制作用（inhibition）與抑制劑(inhibitor) 抑制作用：凡使酶的活性降低或喪失，但 并 不引起酶蛋白變性的作用。 抑制劑：能夠引起抑制作用的化合物。（2）抑制作用的類型 不可逆抑制作用（irreversible inh

31、ibition) 可逆抑制作用 (reversible inhibition) 第88頁/共136頁 抑制劑與酶蛋白中的必需基團(tuán)以共價(jià)形式結(jié)合，引起酶的永久性失活, ,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性。 不可逆抑制作用（irreversible inhibition）第89頁/共136頁專一性不可逆：專一地與酶的活性中性 或必需基團(tuán)結(jié)合。非專一性不可逆：與酶分子結(jié)構(gòu)中一類或幾類基團(tuán)共價(jià)結(jié)合。如：酶蛋白的-OH、 -SH、-NH2等發(fā)生?；５?0頁/共136頁有機(jī)磷化物：二異丙基氟磷酸與乙酰膽堿酶作用有機(jī)磷化合物羥化酶失活的酶酸第91頁/共136頁 重金屬對(duì)巰基酶的抑制 SH

32、SE + Hg2+ E Hg + 2H+ SH S SE Hg + SCOONaCHSHCHSHCOONa SHE + Hg SHCOONaCHS CHSCOONa二巰基丁二酸鈉非專一性不可逆抑制第92頁/共136頁 抑制劑與酶蛋白以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失。 抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。 可逆抑制作用 (reversible inhibition)第93頁/共136頁 根椐抑制劑與酶結(jié)合的情況，又可以分為二類： a a 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 b b 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用第94頁/共136頁 a 競(jìng)爭(zhēng)性抑制 (competitive inhibition)

33、某些抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競(jìng)爭(zhēng)同一種酶的活性中心,從而影響E與S的結(jié)合，抑制劑與底物相互排斥、相互競(jìng)爭(zhēng)。第95頁/共136頁第96頁/共136頁草酸草酰乙酸丙二酸戊二酸琥珀酸延胡索酸第97頁/共136頁 競(jìng)爭(zhēng)性抑制特征之一：競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶結(jié)合是可逆的，可通過加入大量的底物來解除抑制。第98頁/共136頁競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線 VmaxKm Km競(jìng)爭(zhēng)性抑制特征之二：Vmax 不變，Km增大第99頁/共136頁1vI Ki正常1 S1 Vmax-1Km(1+ )-1 Km競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特征曲線：第100頁/共136頁E磺胺類藥的抑菌作用第101頁/共136頁 抑制劑抑制劑I和底物和底

34、物S可同時(shí)與酶分子可同時(shí)與酶分子E的不同部位結(jié)合，形成的不同部位結(jié)合，形成ESI三元復(fù)合物三元復(fù)合物。三元復(fù)合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，導(dǎo)三元復(fù)合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，導(dǎo)致酶活力降低。致酶活力降低。I和和S與酶結(jié)合不存在競(jìng)與酶結(jié)合不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。爭(zhēng)關(guān)系。b 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（non-competitive inhibitor）第102頁/共136頁IIII第103頁/共136頁非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的底物濃度曲線 Km不變非專一性不可逆抑制第104頁/共136頁非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特征曲線：1v正常 I1 S-1 Km1 Vmax(1+ )IKi第105頁/共136頁 有I存在，可形成ESI，從而使ES轉(zhuǎn)變?yōu)镻的

35、速度減慢，v下降。 有I存在，但不妨礙ES的形成，Km不變。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：第106頁/共136頁第六節(jié) 酶活性調(diào)節(jié)A B C DE1 E2 E3催化反應(yīng)速度最慢的酶：關(guān)鍵酶或限速酶酶結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié) 酶數(shù)量調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)） （遲緩調(diào)節(jié)）第107頁/共136頁酶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)1、變構(gòu)調(diào)節(jié)：allosteric regulation2、酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)chemical modification第108頁/共136頁1 1 變構(gòu)調(diào)節(jié) 小分子化合物與酶分子活性中心以外的某一部位特異結(jié)合，引起酶蛋白分子構(gòu)象變化，從而改變酶的活性，這種調(diào)節(jié)稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)或別構(gòu)調(diào)節(jié)。第109頁/共136頁非共價(jià)鍵代謝物活

36、性中心調(diào)節(jié)部位EE酶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變酶活性酶活性變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)酶allosteric effectorallosteric enzyme第110頁/共136頁別構(gòu)激活第111頁/共136頁別構(gòu)抑制第112頁/共136頁蛋白激酶A A ( (無活性) )蛋白激酶A A ( (有活性) )cAMPCCCCRRRR蛋白激酶A A的激活第113頁/共136頁變構(gòu)酶的生理意義（1）在S曲線中段，底物濃度與酶 活性密切相關(guān)。（2）變構(gòu)抑制劑反饋調(diào)節(jié)代謝的反 應(yīng)速度。乙酰CoA 丙二酰CoA 脂酰CoA羧化酶變構(gòu)抑制 （-）濃度高時(shí)變構(gòu)抑制劑第114頁/共136頁E1E某種化學(xué)基團(tuán)可逆E1共

37、價(jià)鍵結(jié)合常見的修飾：磷酸化:需蛋白激酶催化 去磷酸化:需磷蛋白磷酸酶催化修飾酶酶活性改變2 共價(jià)修飾酶第115頁/共136頁P(yáng)EEATPADPPH2O蛋白激酶磷蛋白磷酸酶肌肉中磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化過程磷酸化酶-b磷酸化酶-a第116頁/共136頁共價(jià)修飾調(diào)節(jié)的特點(diǎn)1 具有無活性（低活性）和有活性（高活性）兩種形式，可以互變，由不同的酶催化。2 表現(xiàn)級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)。第117頁/共136頁第118頁/共136頁第七節(jié) 酶的命名和分類 19611961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（enzyme enzyme commissioncommission）提出的酶的命名和分類方法。 第119頁/共136頁（一）命

38、名 1 1系統(tǒng)名稱（systematic namesystematic name） （1 1）標(biāo)明底物，催化反應(yīng)的性質(zhì) G-6-PF-6-P G-6-P異構(gòu)酶 第120頁/共136頁（2）兩個(gè)底物參加反應(yīng)時(shí)應(yīng)同時(shí)列出，中間 用冒號(hào)（:） 分開。如其中一個(gè)底物為 水時(shí)，水可略去。 丙氨酸+-酮戊二酸 谷氨酸+丙酮酸 丙氨酸:-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶脂肪+水 脂酸+甘油 脂肪水解酶第121頁/共136頁2 習(xí)慣名稱（recommended name） （1）底物：蛋白酶 （2）反應(yīng)性質(zhì)：脫氫酶（3）底物，反應(yīng)性質(zhì) ：乳酸脫氫酶（4）來源或其它特點(diǎn)：胰蛋白酶 第122頁/共136頁（二）系統(tǒng)分類法及編號(hào)

39、 1分類: 6大類酶，氧轉(zhuǎn)水裂異連 2編號(hào): 用阿拉伯?dāng)?shù)字的編號(hào)表示，數(shù)字中用“”隔開，前面冠以EC（為Enzyme Commission）。 EC 類.亞類.亞亞類.排號(hào)，如第123頁/共136頁第124頁/共136頁（三） 酶的分類1. 根據(jù)分子量大小分類根據(jù)分子量大小分類2. 參與的反應(yīng)分類參與的反應(yīng)分類第125頁/共136頁（1） 單體酶（monomeric enzyme)：僅有一 條具有活性部位的多肽鏈，分子量一般 13000-35000u,多為水解酶。（2） 寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由幾個(gè)或 多個(gè)亞基以非共價(jià)鍵聯(lián)在一起，分子量一 般35000- 幾百萬,多為

40、調(diào)節(jié)酶。1 分子量大小分類第126頁/共136頁多功能酶HS-ACP3.3.多酶復(fù)合物 (multienzyme system)：幾個(gè)酶鑲嵌而成的復(fù)合物，分子量幾百萬以上，催化一系列順序反應(yīng)。第127頁/共136頁2 參與的反應(yīng)分類 （1）氧化還原酶類（oxido-reductases） 催化氧化還原反應(yīng)的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。 第128頁/共136頁鄰苯二酚鄰苯醌OHOH+ O2鄰鄰苯苯二二酚酚氧氧化化酶酶OO2+ 2H2O2乳酸丙酮酸COOHC HCH3H O+ NAD+COOHCOCH3+ NADH + H+乳乳酸酸脫脫氫氫酶酶第129頁/共136頁 2

41、轉(zhuǎn)移酶類（transferases） 催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移 AR+ BBRA +第130頁/共136頁 3 水解酶類（hydrolases） AB + H2O AOH + BH 4 裂合酶類（lyases） 從底物移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵或逆反應(yīng) AB A + B 第131頁/共136頁5 異構(gòu)酶類（isomerase） 催化異構(gòu)化反應(yīng) AB第132頁/共136頁 6 連接酶類（ligases, synthetases合成酶） 將兩個(gè)小分子合成一個(gè)大分子，通常需要ATP供能。 A + B + ATP AB + ADP + PiA + B + ATP AB + AMP + PPi第133頁/共136頁第八節(jié) 酶的應(yīng)用1.1.酶與動(dòng)物和人類的健康關(guān)系密切 2.2.在科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用 第134頁/共136頁思考題1.米氏常數(shù)、全酶、活化能、輔酶和輔基、變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)調(diào)節(jié)、酶的活性中心、必需基團(tuán)、酶活力、酶的比活力、同工酶、一碳單位、鄰近效應(yīng)、定向效應(yīng)、誘導(dǎo)契合學(xué)說。2 FAD、FMN、NADH、NAD、TPP、LDH3 酶催化化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)。4 米氏方程及其意義。5 競(jìng)爭(zhēng)性抑制和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的區(qū)別。6 維生素及其輔酶形式。7 影響酶促反應(yīng)的因素。第135頁/共136頁感謝您的觀看！第136頁/共136頁