生物化學(xué)酶化學(xué)PPT課件

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1、研究歷史 1.1833年佩延（Payen）和Persoz從麥芽中抽提出一種對(duì)熱敏感的物質(zhì)，這種物質(zhì)能將淀粉水解成可溶性糖，被稱為淀粉糖化酶（diastase） 2.巴斯德提出“酵素”一詞，認(rèn)為只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵?，F(xiàn)在日本還經(jīng)常使用“酵素”一詞（ferment）。第1頁/共155頁 3.1878年德國人庫恩（Kuhne）提出“Enzyme”一詞，意為“在酵母中”。 4.1896年德國人巴克納（Buchner）兄弟用石英砂磨碎酵母細(xì)胞，得到了能催化發(fā)酵的無細(xì)胞濾液，證明發(fā)酵是一種化學(xué)反應(yīng)，與細(xì)胞的活力無關(guān)。 第2頁/共155頁 5.1913年米凱利斯（Michaelis）和門頓（Ment

2、en）利用物理化學(xué)方法提出了酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)原理米氏學(xué)說，使酶學(xué)可以定量研究。 6.1926年美國人J. B. Sumner從刀豆中結(jié)晶出脲酶（第一個(gè)酶結(jié)晶），并提出酶是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)。后來陸續(xù)得到多種酶的結(jié)晶，證明了這種觀點(diǎn)，薩姆納因而獲得1947年諾貝爾獎(jiǎng)。 第3頁/共155頁7.進(jìn)入80年代后，核糖酶（ribozyme）、抗體酶、模擬酶等相繼出現(xiàn)，酶的傳統(tǒng)概念受到挑戰(zhàn)。1982年Cech等發(fā)現(xiàn)四膜蟲26S rRNA前體具有自我剪接功能，并于1986年證明其內(nèi)含子L-19 IVS具有多種催化功能。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種具有催化功能的RNA，底物也擴(kuò)大到DNA、糖類、氨基酸酯。 第4頁/共155頁第

3、一節(jié) 通論（General Introduction）一 酶是生物催化劑1 酶的概念：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的蛋白質(zhì)。它具有高度的專一性、高效的催化性、活性的可調(diào)性和代謝性等催化特點(diǎn)。2 酶概念的提出及目前的內(nèi)涵問題（Enzyme/Ribozyme） 1982年，Cech首先發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，并提出核酶（ribozyme）的概念。 1995年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)DNA也有酶的活性。3 酶是蛋白質(zhì)的證據(jù)（酶的化學(xué)本質(zhì)） 遇熱、兩性、變性、膠體性質(zhì)、蛋白酶降解、測(cè)序、合成第5頁/共155頁二 酶的催化特征1 1 與一般催化劑的相同點(diǎn) 反應(yīng)前后不變；熱力學(xué)上允許的反應(yīng)；縮短到達(dá)平衡

4、點(diǎn)的時(shí)間; ;降低分子活化能。2 2 催化特征（與一般催化劑的相同點(diǎn)） 高效的催化性(10(108 8-10-101212/10/103 3) )；高度的專一性；活性的可調(diào)性；代謝性；對(duì)環(huán)境非常敏感。3 3專一性特點(diǎn) 專一性：對(duì)底物的選擇性要求。 類型 結(jié)構(gòu)專一（鍵專一、基團(tuán)專一、底物專一） 立體異構(gòu)的專一（幾何異構(gòu)；旋光異構(gòu)） 第6頁/共155頁催化劑催化劑每摩爾需活化能每摩爾需活化能無無18 000J18 000J膠態(tài)鈀膠態(tài)鈀11 700J11 700J過氧化氫酶過氧化氫酶2 000J2 000J過氧化氫分解反應(yīng)所需活化能過氧化氫分解反應(yīng)所需活化能第7頁/共155頁鎖鑰學(xué)說（Lock an

5、d key model)Fisher 首次提出(1894,德國）第8頁/共155頁三點(diǎn)附著學(xué)說(Three point attachment theory)A. Ogster首次提出第9頁/共155頁 酶與底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合學(xué)說示意圖誘導(dǎo)契合學(xué)說(Induced fit theory)Koshland 首次提出（1958）第10頁/共155頁第二節(jié) 酶的分類和命名一 酶的命名-ase-aseECEC：Enzyme commissionEnzyme commission1 1 習(xí)慣名（Recommended nameRecommended name）19611961年以前 底物（淀粉酶）；催化性

6、質(zhì)（脫氫酶）；來源（胃蛋白酶）2 2 系統(tǒng)名（Systematic nameSystematic name） 底物：底物 性質(zhì) 酶 例子：谷丙轉(zhuǎn)氨酶=L-=L-丙氨酸：- -同戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 蛋白（：水）水解酶3 3 編號(hào)乳酸脫氫酶；乳酸：NADNAD+ +脫氫酶;EC;EC：1.1.1.271.1.1.27第11頁/共155頁二 酶的國際系統(tǒng)分類法1 原則 大類-亞類-亞亞類-序號(hào) 第12頁/共155頁分類按反應(yīng)的類型（1）氧化還原酶（2）轉(zhuǎn)移酶（3）水解酶（4）裂合酶（5）異構(gòu)酶（6）合成酶按酶的結(jié)構(gòu)按酶的組成單體酶寡聚酶多酶體系多酶融合(復(fù)合)體單純酶結(jié)合酶第13頁/共155頁1.氧化

7、還原酶催化氧化還原反應(yīng)，量最大的一類酶，具氧化、產(chǎn)能、解毒功能。通式：通式：AHAH2 2+BBH+BBH2 2+A+A系統(tǒng)命名可分為19亞類，習(xí)慣上可分為4個(gè)亞類： (1)脫氫酶：受體為NAD或NADP，不需氧。 (2)氧化酶：以分子氧為受體，產(chǎn)物可為水或H2O2，常需黃素輔基。 (3)過氧化物酶：以H2O2為受體，常以黃素、血紅素為輔基。 (4)氧合酶（加氧酶）：催化氧原子摻入有機(jī)分子，又稱羥化酶。按摻入氧原子個(gè)數(shù)可分為單加氧酶和雙加氧酶。第14頁/共155頁2.移換酶類 催化功能基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)， 也叫轉(zhuǎn)移酶 通式：通式：AR+BBR+AAR+BBR+A 按轉(zhuǎn)移基團(tuán)性質(zhì)，可分為8個(gè)亞類，較

8、重要的有：(1) 一碳基轉(zhuǎn)移酶：轉(zhuǎn)移一碳單位，與核酸、蛋白質(zhì)甲基化有關(guān)(2)磷酸基轉(zhuǎn)移酶：常稱為激酶，多以ATP為供體。少數(shù)蛋白酶也稱為激酶（如腸激酶）(3)糖苷轉(zhuǎn)移酶：與多糖代謝密切相關(guān)，如糖原磷酸化酶。(4)氨基轉(zhuǎn)移酶：轉(zhuǎn)移氨基，如AST ALT第15頁/共155頁3、水解酶類 催化底物的水解反應(yīng)，如蛋白酶、脂肪酶等。 通式：通式：AB+HAB+H2 2OAH+BOHOAH+BOH 起降解作用，多位于胞外或溶酶體中。有些蛋白酶也稱為激酶?？煞譃樗怩ユI、糖苷鍵、肽鍵、碳氮鍵等11亞類。第16頁/共155頁 4、裂合酶類 催化從底物上移去一個(gè)小分子而留下雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)。通式：通式： A

9、BA+BABA+B 包括醛縮酶、水化酶、脫羧酶等。共7個(gè)亞類。第17頁/共155頁 5、異構(gòu)酶類 催化同分異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化。通式：通式：ABAB 其中：其中：A A、B B為同分異構(gòu)為同分異構(gòu) 包括消旋酶、異構(gòu)酶、變位酶等。共6個(gè)亞類。 第18頁/共155頁6、合成酶類 催化由兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)，必須與ATP分解相偶聯(lián)。也叫連接酶，如DNA連接酶。通式：通式：A+B+ATPAB+ADP+Pi A+B+ATPAB+ADP+Pi 或或 A+BAB+AMP+PPiA+BAB+AMP+PPi共5個(gè)亞類。第19頁/共155頁第20頁/共155頁第21頁/共155頁第22頁/共155頁第23頁/共1

10、55頁歸納：氧 轉(zhuǎn) 水 裂 異 合第24頁/共155頁（二）按酶的結(jié)構(gòu)分類1.單體酶 由一條肽鏈構(gòu)成的酶稱為單體酶2.寡聚酶：由多條肽鏈以非共價(jià)鍵結(jié)合而成的酶3.多酶體系：一些功能相關(guān)的酶組織在一起，形成一個(gè)酶系4.多酶融合(復(fù)合)體：一條肽鏈上有多種酶活性，稱為多酶復(fù)合體第25頁/共155頁（三）按化學(xué)組成單純酶及結(jié)合酶單純酶：完全由蛋白質(zhì)（氨基酸）組成，無輔助因子。屬簡單蛋白質(zhì)，如水解酶第26頁/共155頁結(jié)合酶：屬結(jié)合蛋白，除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白部分輔助因子：金屬離子或有機(jī)小分子酶蛋白決定酶的專一性；輔助因子決定催化反應(yīng)性質(zhì)和基團(tuán)電子等傳遞第27頁/共155頁輔助因子分類輔助因子分類（按

11、其（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度與酶蛋白結(jié)合的緊密程度） 輔酶輔酶 (coenzyme):與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合疏松，可用疏松，可用透析或超濾的透析或超濾的方法除去。方法除去。 輔基輔基 (prosthetic group):與酶蛋白結(jié)合與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用緊密，不能用透析或超透析或超濾的方法除去濾的方法除去。第28頁/共155頁第三節(jié) 酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一 酶分子結(jié)構(gòu)的特征1 酶的活性部位 活性部位（中心）：與底物結(jié)合并與酶的催化作用直接相 關(guān)的部位稱為酶的活性部位（中心）。 必需基團(tuán)：利用化學(xué)修飾將其改變能破壞酶活性的相關(guān)基 團(tuán)稱為必需基團(tuán)第29頁/共155頁酶分子結(jié)構(gòu)特征酶蛋白非必

12、需基團(tuán)必需基團(tuán)活性中心活性中心以外基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)第30頁/共155頁酶活性中心的示意圖第31頁/共155頁酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心第32頁/共155頁 活性中心的氨基酸按功能可分為： 結(jié)合部位： 負(fù)責(zé)識(shí)別特定的底物并與之結(jié)合。它們決定了酶的底物專一性。第33頁/共155頁催化部位： 起催化作用的，底物的敏感鍵在此被切斷或形成新鍵，并生成產(chǎn)物。第34頁/共155頁AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團(tuán): His57 , Asp102 , Ser195第35頁/共155頁3 活性中心的研究方法1.酶分子側(cè)鏈基團(tuán)修飾法(1)非共價(jià)特異修飾法：(2)特異性共價(jià)修飾法

13、(3)親和標(biāo)記法第36頁/共155頁2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定方法3.X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法4.定點(diǎn)誘變法第37頁/共155頁二 酶原及酶原的激活沒有催化活性的酶的前體稱為酶原（zymogen）。由酶原轉(zhuǎn)變成具有催化作用的酶的過程稱為酶原的激活（activation）。這是一個(gè)化學(xué)變化過程，實(shí)質(zhì)是形成活性中心的過程。第38頁/共155頁第四節(jié) 酶催化作用機(jī)理一 酶催化作用機(jī)理 降低分子的活化能。 有效碰撞-活化分子-活化能 中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物-過渡態(tài) E+S=ES=EP P+S過渡態(tài)第39頁/共155頁 中間產(chǎn)物學(xué)說及活化能1903年Henri Wurtz提出第40頁/共155頁第41頁/共155頁如

14、何降低活化能？高效催化的因素鄰近定位效應(yīng)張力與形變一般酸堿催化共價(jià)催化金屬離子催化第42頁/共155頁底物與酶的鄰近效應(yīng)及定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：指酶與底物形成中間復(fù)合物(ES)后，使催化基團(tuán)與底物結(jié)合成同一個(gè)分子而使有效濃度得到極大的提高。定向效應(yīng)：指酶的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確取位所產(chǎn)生的效應(yīng)第43頁/共155頁包括反應(yīng)基團(tuán)之間、酶催化基團(tuán)和底物反應(yīng)基團(tuán)之間?；钚灾行膬?nèi)定向使反應(yīng)變成分子內(nèi)反應(yīng)第44頁/共155頁底物的形變及誘導(dǎo)契合第45頁/共155頁第46頁/共155頁酸堿催化狹義：H+OH-參與的催化廣義：H+OH-的供體或受體參與的催化機(jī)制在機(jī)體內(nèi)，多數(shù)處于中性條件，所以狹義酸堿催

15、化所以占比例很小，多數(shù)是弱酸弱堿參與的反應(yīng)第47頁/共155頁第48頁/共155頁第49頁/共155頁共價(jià)催化：又稱親核催化或親電子催化親核試劑或親電子試劑能分別釋放電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負(fù)電中心，迅速形成不穩(wěn)定的共價(jià)中間復(fù)合物 常見的親核基團(tuán)有：Ser-OHCys-OH His-OH典型的親電子中心有：磷?；?、?；?、糖基第50頁/共155頁第51頁/共155頁金屬離子催化提高水的親核性能第52頁/共155頁五 幾種酶結(jié)構(gòu)事例（略）第53頁/共155頁第五節(jié) 酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)有哪些因素影響酶促反應(yīng)呢？酶濃度、底物濃度、溫度、pH、激活劑、抑制劑一 酶濃度的影響 底物濃度足夠的

16、情況下：v=kEV=kEt第54頁/共155頁二 底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響 （一）酶催化單底物反應(yīng)（多底物非常復(fù)雜）第55頁/共155頁當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。第56頁/共155頁當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。零級(jí)反應(yīng)。第57頁/共155頁隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)?；旌霞?jí)反應(yīng)。第58頁/共155頁 S 初速度 v0VmaxK

17、m1/2Vmax_ 圖5-14 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響bca在酶促反應(yīng)起始時(shí)階段反應(yīng)速率迅速增高呈這種反應(yīng)速率與底物濃度呈正比的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)（ a段）。直線上升，第59頁/共155頁當(dāng)反應(yīng)體系中酶分子大部分與底物結(jié)合時(shí)，反應(yīng)速率的增高則漸漸變緩，即反應(yīng)的第二階段為混合級(jí)反應(yīng)(b段) 。 S 初速度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 圖5-14 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響bca第60頁/共155頁底物濃度繼續(xù)增加，所有的酶分子均被底物飽和，反應(yīng)速率不再增加，此時(shí)反應(yīng)速率與底物濃度的增加無關(guān),反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)(c)，曲線出現(xiàn)平坦。 S 初速度 v0VmaxKm1/2Vmax_ 圖5-14

18、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響bca第61頁/共155頁酶促反應(yīng)速度V與底物濃度S的關(guān)系第62頁/共155頁（二）Michaelis-Menten方程和米氏常數(shù) 第63頁/共155頁米氏方程式推導(dǎo)來源于中間產(chǎn)物學(xué)說 解釋酶促反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速率關(guān)系的最合理的學(xué)說是中間產(chǎn)物學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為酶促反應(yīng)形成酶底物復(fù)合物（ES），即中間產(chǎn)物，然后此復(fù)合物再分解為產(chǎn)物和游離的酶。E + SESE + Pk1k2k3酶底物中間產(chǎn)物產(chǎn)物酶第64頁/共155頁 米氏方程式（Michaelis equation）： Vmax 為最大反應(yīng)速率（maximum velocity ） S為底物濃度 Km 為米氏常數(shù)（

19、Michaelis constant） V 為不同S時(shí)的反應(yīng)速率 VmaxSKm+ SV =第65頁/共155頁 米氏方程式的推導(dǎo)以兩個(gè)假設(shè)為前提：穩(wěn)態(tài)觀念，當(dāng)酶促反應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)ES的生成速率與分解速率相等。酶促反應(yīng)中S大大高于E，因此S的變化在反應(yīng)過程可忽略不計(jì)。 第66頁/共155頁（三）Km和Vmax的意義1.當(dāng)反應(yīng)速率為最大速率一半時(shí)，米氏方程為： Km=S這表示Km值等于酶促反應(yīng)速率為最大速率一半時(shí)底物濃度。 =VVmax2Vmax2Vmax SKm + S第67頁/共155頁2.一些酶的K2K3，即ES解離成E和S的速率明顯超過分解成E和P的速率，K3可忽略不計(jì)，即此時(shí)m近似ES的

20、解離常數(shù)Ks。在這種情況下Km可表示酶和和底物的親和力。 s12mKESESKKK第68頁/共155頁3.Km值是酶的特征性常數(shù)，它與酶結(jié)構(gòu)，酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境如溫度、pH、離子強(qiáng)度等有關(guān)，而與酶濃度、底物濃度無關(guān)。 實(shí)際意義：判斷最適底物；推測(cè)天然底物；推斷正逆向催化反應(yīng)效率。第69頁/共155頁（四） Km和Vmax的測(cè) 定 Lineweaver和Burk將米氏方程作雙倒數(shù)變換處理，將矩形雙曲線變成直線作圖，便可較容易地用該直線求得Vmax和Km。 VVmaxVmax SKm=+1110S-11Vmax1斜率=VmaxKmKm1v圖5-15 雙倒數(shù)作圖法第70頁/共155頁2 雙底物

21、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)順序機(jī)制 有序順序機(jī)制 隨機(jī)順序機(jī)制乒乓機(jī)制第71頁/共155頁三 溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響 酶促反應(yīng)速率最大時(shí)的環(huán)境溫度稱為酶促反應(yīng)的最適溫度（optimum temperature）。 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 第72頁/共155頁四 pH對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境的pH稱為酶促反應(yīng)的最適pH( optimum pH)。 各種酶的最適pH不同。 動(dòng)物體內(nèi)酶最適pH在6.58之間，少數(shù)酶也有例外，如胃蛋白酶的最適pH為1.8，精氨酸酶的最適pH為9.8。 植物為4.56.5。 最適pH不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度，緩沖液的濃度和種類及酶的純度等影響。第73頁/

22、共155頁 pH對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響典型非典型第74頁/共155頁 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響 pH對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響典型第75頁/共155頁五 激活劑的影響 凡是能提高酶活性加速酶促反應(yīng)的物質(zhì)都稱為激活劑（activator）。1 無機(jī)離子 金屬離子：K+ Na+ Ca2+ Mg2+ Zn2+ Fe2+ 陰離子： Br- Cl- I- CN- PO34-2 小分子有機(jī)化合物 還原劑（抗壞血酸、GSH等）、EDTA3 生物大分子 蛋白激酶系統(tǒng)；霍亂毒素激活腺苷酸環(huán)化酶激活劑的作用具有選擇性。第76頁/共155頁六 抑制劑的影響 抑制劑（inhibitor）使酶活力下降，但不引起酶蛋白變性的作用

23、稱為抑制作用。能引起抑制作用的物質(zhì)叫做酶的抑制劑。抑制劑與酶分子上的某些必需基團(tuán)反應(yīng)，引起酶活力下降，甚至喪失，但并不使酶變性。 凡使蛋白質(zhì)變性而引起酶活力喪失的作用稱為失活作用。蛋白變性都可以失去活性，變性劑沒有選擇性，而抑制劑一般有選擇性。第77頁/共155頁抑制作用的類型 非專一性不可逆抑制 不可逆抑制作用 專一性不可逆抑制 抑制作用 競爭性抑制 可逆抑制作用 非競爭性抑制 反競爭性抑制第78頁/共155頁1 1 不可逆抑制(irreversible inhibition) (irreversible inhibition) 此類抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶結(jié)合，不能用透析、超濾等方法除去。多

24、為非生物物質(zhì)。 按抑制劑的選擇性，又可分為： 專一性與非專一性不可逆抑制劑。常見：（1 1）重金屬離子、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物 多與活性中心-SH-SH結(jié)合，抑制含-SH-SH酶。 第79頁/共155頁（2 2）有機(jī)磷化合物 能與酶活性中心的絲氨酸共價(jià)結(jié)合而使酶失去活性。如有機(jī)磷農(nóng)藥、敵敵畏、敵百蟲等。稱為神經(jīng)毒劑。膽堿酯酶與中樞神經(jīng)傳到有關(guān)。分解乙酰膽堿為乙酰和膽堿第80頁/共155頁（3 3）氰化物和一氧化碳 抑制呼吸鏈2 2 可逆抑制作用（reversible inhibitionreversible inhibition）分成三種情況：競爭性抑制作用（competitive inhibi

25、tioncompetitive inhibition）非競爭性抑制作用（noncompetitive inhibitionnoncompetitive inhibition）反競爭性抑制作用（uncompetitive inhibitionuncompetitive inhibition）第81頁/共155頁（1 1）競爭性抑制 抑制劑和底物競爭性與酶結(jié)合產(chǎn)生的競爭作用。第82頁/共155頁v=Vmax SKm(1+ )IKi+ +S第83頁/共155頁特點(diǎn)抑制劑結(jié)構(gòu)與底物類似，結(jié)合部位相同,與活性中心結(jié)合，酶活性降低 Km增大。抑制劑濃度與其抑制程度成正比。 Vmax不變?？梢酝ㄟ^增加底物濃

26、度的方法克服抑制。雙倒數(shù)直線相交于縱軸第84頁/共155頁第85頁/共155頁第86頁/共155頁草酸鹽草酰乙酸丙二酸戊二酸第87頁/共155頁（2）非競爭性抑制 底物和抑制劑與酶都可以結(jié)合，形成三元復(fù)合物。EE E EEEE第88頁/共155頁0S-111 / Vma xKm1抑制劑無抑制劑Ki I ( 1 +)/ Vma xE + SE + P+Ik1k2E SE Iki + S+IkiE S Ivv=Vmax (1+ )IKi+ +SKmKmS第89頁/共155頁特點(diǎn)：酶可以同時(shí)與底物和抑制劑結(jié)合，兩者結(jié)構(gòu)不同，沒有競爭。與酶活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合，(大部分與巰基結(jié)合)抑制劑濃度與其抑制

27、程度成正比，但不能通過增加底物濃度使抑制程度減小動(dòng)力學(xué)參數(shù)： Km不變 Vmax變小，雙倒數(shù)直線相交于橫軸第90頁/共155頁0S-111/VmaxKm1抑制劑無抑制劑Ki I (1+)/VmaxE + SE + P+Ik1k2ESEIki + S+IkiESIv非競爭性抑制雙倒數(shù)曲線 第91頁/共155頁（3）反競爭性抑制第92頁/共155頁v=Vmax (1+ )IKi+ +SKmKmS (1+ )IKi反競爭性抑制作用第93頁/共155頁特點(diǎn)：酶必須與底物結(jié)合后才能與抑制劑結(jié)合與酶活性中心以外的基團(tuán)結(jié)合抑制程度與I及S均成正比，不能通過增加底物濃度使抑制程度減小.相反，底物濃度越大，抑制

28、作用越強(qiáng)。動(dòng)力學(xué)參數(shù)： Km、 Vmax均變小，雙倒數(shù)直線是一組平行線第94頁/共155頁反競爭性抑制作用第95頁/共155頁第96頁/共155頁七 過渡態(tài)類似物潛在抑制劑 E +S=ES-P+E第六節(jié) 重要酶類及其活性調(diào)節(jié)一 多酶體系（multible enzyme）功能上相關(guān)的一個(gè)酶按照一定順序組合在一起形成的組合體。效率高，方便調(diào)節(jié)。第97頁/共155頁二、同工酶（Isoenzyme）功能相同但分子結(jié)構(gòu)不同的酶稱謂同工酶。 同一種屬中由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈所形成的單體、純聚體和雜交體，能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及至免疫學(xué)性質(zhì)均不相同的一組酶。 存在于生

29、物的同一種屬或同一個(gè)體的不同組織中，甚至同一組織、同一細(xì)胞中。第98頁/共155頁乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶第99頁/共155頁 用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征； 同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷； 同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究。第100頁/共155頁三、抗體酶也叫催化性抗體（catalytic antibody），是一種具有催化功能的抗體分子。 第101頁/共155頁四、四、模擬酶模擬酶模擬酶是根據(jù)酶的作用原理，利用有機(jī)化學(xué)合成方法，模擬酶是根據(jù)酶的作用原理，利用有機(jī)化學(xué)合成方法，人工合成的具有底物結(jié)合部位和催化部位的非蛋白質(zhì)有機(jī)化人工合成的具有底物結(jié)合部位和催化

30、部位的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物。合物。五 固定化酶第102頁/共155頁六 酶的活性調(diào)節(jié) 可以通過改變其催化活性而使整個(gè)代謝反應(yīng)的速度或方向發(fā)生改變的酶就稱為限速酶或關(guān)鍵酶。 第103頁/共155頁限速酶限速酶 / 關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶(rate-limiting enzyme / key enzyme)1.1.催化非可逆反應(yīng)催化非可逆反應(yīng)特特點(diǎn)點(diǎn)2.2.催化效率低催化效率低3.3.受激素或代謝物的調(diào)節(jié)受激素或代謝物的調(diào)節(jié)4.4.常是在整條途徑中催化初始反應(yīng)的酶常是在整條途徑中催化初始反應(yīng)的酶5.5.活性的改變可影響整個(gè)反應(yīng)體系的速度和方向活性的改變可影響整個(gè)反應(yīng)體系的速度和方向第104頁/共155頁酶活性

31、調(diào)節(jié)方式：酶的活性調(diào)節(jié)(快)酶的數(shù)量調(diào)節(jié)(慢)第105頁/共155頁一、酶活性的調(diào)節(jié)（一）別構(gòu)(變構(gòu))調(diào)節(jié)1.定義：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的改變，進(jìn)行改變酶的活性狀態(tài)，稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)酶：具有別構(gòu)作用的酶。 別構(gòu)劑：能使酶發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)第106頁/共155頁2.分類： 第107頁/共155頁當(dāng)變構(gòu)酶的一個(gè)亞基與其配體（底物或變構(gòu)劑）結(jié)合后，能夠通過改變相鄰亞基的構(gòu)象而使其對(duì)配體的親和力發(fā)生改變，這種效應(yīng)就稱為變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)。別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑第108頁/共155頁3 判斷用飽和比值Rs（CI：協(xié)同指數(shù)）來表示：Rs81 1/nn:代表協(xié)同系數(shù)（Hil

32、l系數(shù)）正協(xié)同效應(yīng):n1 RS81負(fù)協(xié)同效應(yīng):n81第109頁/共155頁4.別構(gòu)酶的特點(diǎn)（1）一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調(diào)節(jié)（別構(gòu)）部位，即活性中心和別構(gòu)中心 （2）具有別構(gòu)效應(yīng)。指酶和一個(gè)配體（底物，調(diào)節(jié)物）結(jié)合后可以影響酶和另一個(gè)配體（底物）的結(jié)合能力。（3） 位于代謝的關(guān)鍵分子點(diǎn)上（4）動(dòng)力學(xué)：S形曲線第110頁/共155頁別構(gòu)酶常為多個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體，具別構(gòu)酶常為多個(gè)亞基構(gòu)成的寡聚體，具 有別構(gòu)效應(yīng)，動(dòng)力學(xué)曲線為有別構(gòu)效應(yīng)，動(dòng)力學(xué)曲線為形。形。第111頁/共155頁112 別構(gòu)模型（1）協(xié)同模型 （對(duì)稱模型、齊變、WMC模型）1965年由Monod、Wyman和Ch

33、angeux提出。S SSSS SSS SST狀態(tài)（對(duì)稱亞基）R狀態(tài)（對(duì)稱亞基）SSSS對(duì)稱亞基對(duì)稱亞基齊步變化第112頁/共155頁要點(diǎn)：亞基組成數(shù)目確定，地位相同，對(duì)稱每個(gè)亞基只有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)每種亞基有兩種狀態(tài)，無雜合狀態(tài)變構(gòu)后對(duì)稱不變第113頁/共155頁 序變模型（KNF模型）1966年由Koshland、Nemethy和Filmer提出。SS SS SSSSSSSSSS亞基全部處于R型亞基全部處于T型依次序變化第114頁/共155頁要點(diǎn)：配體與亞基結(jié)合后才誘導(dǎo)狀態(tài)的改變,配 體不在時(shí)只有一種構(gòu)象狀態(tài)構(gòu)象改變序變進(jìn)行，存在雜合態(tài)效應(yīng)可正可負(fù)第115頁/共155頁舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶

34、(ATCase)第116頁/共155頁ATCase的結(jié)構(gòu)及其催化鏈的別構(gòu)過度作用無催化活性構(gòu)象無催化活性構(gòu)象(T-型型)CCCCC C R R R R R R有催化活性構(gòu)象有催化活性構(gòu)象(R-型型) CC CCC CR R R R R RATP（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）第117頁/共155頁（二）共價(jià)調(diào)節(jié) 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆可逆的的共價(jià)共價(jià)結(jié)合，結(jié)合，從而使酶在活性形式與非活性形式之間相互轉(zhuǎn)變，此過，此過程稱為共價(jià)修飾。程稱為共價(jià)修飾。第118頁/共155頁磷酸化與脫磷酸化（最常見）磷酸化與脫磷酸化（最常見）第119頁/共155頁第12

35、0頁/共155頁共價(jià)調(diào)節(jié)特點(diǎn)：放大效應(yīng)酶處于活性及相對(duì)非活性狀態(tài)第121頁/共155頁（三）酶原激活酶原從前體蛋白質(zhì)變成活性酶的過程稱為酶原激活糜蛋白質(zhì)酶胃蛋白酶胰蛋白酶凝血酶第122頁/共155頁二、酶數(shù)量的調(diào)節(jié)（一）合成速度調(diào)節(jié)誘導(dǎo)酶：在正常細(xì)胞中含量極少或沒有，當(dāng)細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物后，誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，含量在誘導(dǎo)物存在下顯著增高，誘導(dǎo)物往往是該酶的底物或底物類似物第123頁/共155頁 結(jié)構(gòu)酶：指正常細(xì)胞內(nèi)存在的酶，它的含量較穩(wěn)定，受外界因素影響很小。主要受基因和代謝雙重調(diào)控（二）降解速度的調(diào)控：第124頁/共155頁第七節(jié)酶活力及酶工程一 酶活力和測(cè)定1.1.定義： 用在一定條件下，酶催

36、化某一反應(yīng)的反應(yīng)速度表示。反應(yīng)速度快，活力就越高。 表示方法：單位時(shí)間、單位體積中底物的減少量或產(chǎn)物的增加量。 第125頁/共155頁2.國際酶學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)單位： (1)IU 在特定條件下，1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1mol底物所需的酶量，稱一個(gè)國際單位（IU）。特定條件：25 pH及底物濃度采用最適條件 (2) Kat (也稱催量單位) 1972年在最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量規(guī)定為1 Kat單位Kat 和IU的關(guān)系：1Kat=6x107IU第126頁/共155頁3.其他表示方法(1)酶的比活力 (Specific activity)每毫克酶蛋白所具有的酶活力。酶的比活力是分析酶

37、的純度是重要指標(biāo)。 單位：U/mg蛋白質(zhì)。有時(shí)用每克酶制劑或每毫升酶制劑含有多少個(gè)活力單位表示。 第127頁/共155頁(2)(2)酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(TN)亞基或催化中心活性定義：每mol 的活性亞基或 活性中心 在一秒內(nèi)轉(zhuǎn)化的底物 的mol 數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換數(shù)TN也叫催化常數(shù)Kcat第128頁/共155頁二、酶活力測(cè)定方法：（一）終點(diǎn)法：測(cè)反應(yīng)完成所需要的時(shí)間（二）動(dòng)力學(xué)方法1.比色法2.量氣法3.滴定法4.分光法5.放射法6.酶偶聯(lián)分析法7.電化學(xué)法第129頁/共155頁三、酶的純度： 比活力 = 活力單位數(shù)/ 毫克蛋白（氮）純化倍數(shù) = 每次比活力第一次比活力產(chǎn)率%（回收率）= 100每次總活力第

38、一次總活力第130頁/共155頁四、酶的分離純化 酶分離的一般原則（胞內(nèi)、胞外；低溫）具體過程選材破碎抽提分離純化第131頁/共155頁方法1.根據(jù)溶解度不同:（鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法、等電點(diǎn)沉淀法、選擇性沉淀法）； 2.根據(jù)酶與雜蛋白分子大小的差別：（凝膠過濾法、超離心法）；3.根據(jù)酶和雜蛋白與吸附劑之間吸附與解吸附性質(zhì)的不同（吸附分離法）；第132頁/共155頁4.根據(jù)帶電性質(zhì)（離子交換層析法、電泳分離法、等電聚焦層析法）；5.根據(jù)酶與雜蛋白的穩(wěn)定性差別（選擇性變性法）；6.根據(jù)酶與底物、輔因子或抑制劑之間的專一性親和作用（親和層析法）。第133頁/共155頁五、酶工程主要內(nèi)容：研究酶生產(chǎn)

39、、純化、固定化技術(shù)、酶分子的修飾和改造及工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用分化學(xué)酶工程及生物酶工程第134頁/共155頁（一）化學(xué)酶工程天然酶化學(xué)修飾酶固定化酶第135頁/共155頁酶的固定化就是把水溶性酶經(jīng)物理（吸附法與包埋法）或化學(xué)方法（共價(jià)偶聯(lián)法與交聯(lián)法）處理后，使酶與惰性載體結(jié)合或?qū)⒚赴衿饋沓蔀橐环N不溶于水的狀態(tài)。吸附法：使酶被吸附于惰性固體的表面，或吸附于離子交換劑上。包埋法：使酶包埋在凝膠的格子中或聚合物半透膜小膠囊中。偶聯(lián)法：使酶通過共價(jià)鍵連接于適當(dāng)?shù)牟蝗苡谒妮d體上。交聯(lián)法：使酶分子依靠雙功能基團(tuán)試劑交聯(lián)聚合成“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。第136頁/共155頁固定化酶固定化酶 將水溶性酶用物理或

40、化學(xué)方法處理，固定于高分子支持物(或載體)上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形式，稱固定化酶(immobilized enzyme)。包埋法 吸附法共價(jià)偶聯(lián)法交聯(lián)法第137頁/共155頁化學(xué)酶工程化學(xué)酶工程 亦稱初級(jí)酶工程亦稱初級(jí)酶工程 主要由酶學(xué)與化學(xué)工程技術(shù)相互結(jié)合而形成主要由酶學(xué)與化學(xué)工程技術(shù)相互結(jié)合而形成化學(xué)修飾化學(xué)修飾 固定化處理固定化處理 化學(xué)合成法化學(xué)合成法 自然酶自然酶化學(xué)修飾酶化學(xué)修飾酶固定化酶固定化酶 化學(xué)人工酶化學(xué)人工酶 改善酶的性質(zhì)以及提高催化效率及降低成本改善酶的性質(zhì)以及提高催化效率及降低成本研究和應(yīng)用研究和應(yīng)用第138頁/共155頁固定化酶固定化酶-指被結(jié)合

41、到特定的支持物上并能發(fā)揮作用指被結(jié)合到特定的支持物上并能發(fā)揮作用的一類酶。是化學(xué)酶工的一類酶。是化學(xué)酶工 程中具有強(qiáng)大生命力的主干。程中具有強(qiáng)大生命力的主干。四種方法四種方法 吸附吸附 交聯(lián)交聯(lián) 共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合 包埋包埋優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）、可以用離心法或過濾法很容易地將酶與反應(yīng)液）、可以用離心法或過濾法很容易地將酶與反應(yīng)液 分離開來。在生產(chǎn)中十分分離開來。在生產(chǎn)中十分 方便有利方便有利（2）、可以反復(fù)使用）、可以反復(fù)使用,達(dá)上千次達(dá)上千次,節(jié)約成本節(jié)約成本（3）、穩(wěn)定性能好）、穩(wěn)定性能好人工酶人工酶-模擬酶的生物催化功能，用化學(xué)半合成法或化模擬酶的生物催化功能，用化學(xué)半合成法或化學(xué)全合成法合

42、成的酶稱人工酶學(xué)全合成法合成的酶稱人工酶 第139頁/共155頁生物酶工程生物酶工程 在化學(xué)酶工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以酶學(xué)和在化學(xué)酶工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以酶學(xué)和DNA 重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 亦稱高級(jí)酶工程。亦稱高級(jí)酶工程。三個(gè)方面：三個(gè)方面：（1）用）用DNA重組技術(shù)大量地生產(chǎn)酶（重組技術(shù)大量地生產(chǎn)酶（克隆酶克隆酶）（2）對(duì)酶基因進(jìn)行修飾，產(chǎn)生遺傳修飾酶（）對(duì)酶基因進(jìn)行修飾，產(chǎn)生遺傳修飾酶（突變酶突變酶）（3）設(shè)計(jì)新的酶基因，合成自然界不曾有過的能穩(wěn)定）設(shè)計(jì)新的酶基因，合成自然界不曾有過的能穩(wěn)定 催化效率更高的新酶催

43、化效率更高的新酶 第140頁/共155頁人體來源藥物的種類（一）血液制品人血液制品可分為：1.全血制品2.血液成分制品3.血漿成分制品4.體液細(xì)胞內(nèi)成分紅細(xì)胞白細(xì)胞血小板血漿細(xì)胞因子凝血因子蛋白質(zhì)第141頁/共155頁補(bǔ)充：血型ABORh等輸血原則主側(cè)凝集反應(yīng)副側(cè)凝集反應(yīng)第142頁/共155頁生物技術(shù)血液代作品研究進(jìn)展1.擴(kuò)容劑2.攜氧劑高分子化合物全氟炭化合物血紅蛋白血紅蛋白為基質(zhì)的攜氧劑紅細(xì)胞類第143頁/共155頁第144頁/共155頁第145頁/共155頁第146頁/共155頁（1）血紅蛋白類血液代用品天然HB化學(xué)修飾 a:交聯(lián)HB第147頁/共155頁 b:多聚HbC:共軛Hb第148頁/共155頁脂質(zhì)體包封血紅蛋白 （LEH）第149頁/共155頁基因重組血紅蛋白第150頁/共155頁a:基因工程Hbb:人Hb轉(zhuǎn)基因動(dòng)物C:人Hb轉(zhuǎn)基因植物第151頁/共155頁（2）紅細(xì)胞類血液代用品的研制第152頁/共155頁第153頁/共155頁萬能型紅細(xì)胞改型法酶切法抗原封閉法 造血干細(xì)胞定型培養(yǎng)法 第154頁/共155頁感謝您的觀看！第155頁/共155頁