中农动物医学本科生物化学酶2课件.ppt

1、二二 酶的不同形式酶的不同形式 单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有仅具有三级结三级结构构的酶。一般由一条多肽链组成。的酶。一般由一条多肽链组成。寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或由多个相同或不同亚基以不同亚基以非共价键非共价键连接组成的酶。连接组成的酶。多酶体系多酶体系(multienzyme complex)：由几种由几种不不同功能的酶同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。彼此聚合形成的多酶复合物。三三 酶的活性中心酶的活性中心 必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链酶分子中氨基酸残基侧链基团基团中中，一些与

2、酶活一些与酶活性密切相关的化学基团性密切相关的化学基团。酶的活性中心酶的活性中心(active center)或称活性部位或称活性部位(active site)，指指必需基团必需基团在在空间结空间结构上构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合底物特异结合并将并将底物转化为产物底物转化为产物的部位的部位。活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 His Ser Cys Lys Glu Asp位于活性中心以外，维

3、持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 酶活性中心的特点酶活性中心的特点 1 1 活性中心在酶分子的总体中只占活性中心在酶分子的总体中只占相当小的部相当小的部分分，通常只占整个酶分子体积的，通常只占整个酶分子体积的1%2%。某些酶活性部位的某些酶活性部位的AA残基残基酶酶AA残基数残基数活性部位的活性部位的AA残基残基核糖核酸酶核糖核酸酶124His12,His119,Lys41溶菌酶溶菌酶129As

4、p52,Glu35胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+2 酶的活性中心是一个酶的活性中心是一个三维实体三维实体。3 酶的活性中心位于酶分子表面一个裂缝（酶的活性中心位于酶分子表面一个裂缝（crevice)内。内。4 酶的活性中心是酶的活性中心是柔性柔性的。的。5 底物通过底物通过次级键次级键较弱的力结合到酶上。较弱的力结合到酶上。次级键：氢键、盐键、范德华力和疏水作用力次级键：氢键、盐键、范德华力和

5、疏水作用力 酶原激活的酶原激活的过程过程酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要有

6、的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。化作用。第三节第三节 酶促反应的机理酶促反应的机理The Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 催化剂降低了反应物催化剂降低了反应物分子活化时所需的能量分子活化时所需的能量非催化反应和酶催化反应活化能的比较非催化反应和酶催化反应活化能的比较Ea，活化能；活化能；G，自由能变化自由能变化 E+S ES E+P k1k2k3酶底物复合物酶底物复合物酶催化高效率的机理酶催化高效率的机理 1.邻近效应邻近效应(proximity effect

7、)与定向排列与定向排列(orientation arrange)邻近效应邻近效应：指底物和底物之间，酶的催化基团和：指底物和底物之间，酶的催化基团和底物的反应基团需要互相靠近，才能反应。底物的反应基团需要互相靠近，才能反应。定向排列定向排列:指酶的催化基团与底物的反应基团之间，指酶的催化基团与底物的反应基团之间，或底物的反应基团之间的正确取向所产生的效应。或底物的反应基团之间的正确取向所产生的效应。2、底物形变、底物形变(distortion)和和诱导契合学说诱导契合学说(induced-fit hypothesis)*诱导契合学说诱导契合学说酶与底物相互接近时，其结构酶与底物相互接近时，其结

8、构相互诱导、相互诱导、相互变形相互变形和和相互适应相互适应，进而，进而相互结合相互结合。3、酸碱催化、酸碱催化（acid-base catalysis）酶活性中心的某些功能基团可作为酸或碱向底物酶活性中心的某些功能基团可作为酸或碱向底物提供提供H+或或提供提供H+受体，相互作用形成过渡态中间物，降低活化能。受体，相互作用形成过渡态中间物，降低活化能。同一种酶常常兼有酸、碱双重催化功能。同一种酶常常兼有酸、碱双重催化功能。4、共价催化、共价催化（covalent catalysis）共价催化共价催化 亲电催化亲电催化(electrophilic catalysis)亲核催化亲核催化(nucleo

9、philic catalysis)在催化时，亲核基团和亲电基团分别放出电子或吸取在催化时，亲核基团和亲电基团分别放出电子或吸取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，形成不电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，形成不稳定的过渡态中间物，降低反应的活化能。稳定的过渡态中间物，降低反应的活化能。亲电基团亲电基团 Mg2+、Mn2+（有空轨道）（有空轨道）亲核基团亲核基团 -OH-SH(有孤对电子有孤对电子)5、酶活性中心的疏水环境效应、酶活性中心的疏水环境效应 F=Q1Q2/r2 疏水的氨基酸残基形成的反应口袋提供了非极疏水的氨基酸残基形成的反应口袋提供了非极性的环境，使极性的离子或离子化的氨基

10、酸残基在性的环境，使极性的离子或离子化的氨基酸残基在疏水口袋中进行催化反应。疏水口袋中进行催化反应。第四节第四节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction q概念概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，并研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。加以定量的阐述。q影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响 E+S ES

11、 E+P k1k2k3当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速 度 与反应速 度 与底物浓度成正比；底物浓度成正比；反应为反应为一级反应一级反应。随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不反应速度不再成正比例加速；再成正比例加速；反应为反应为混合级反应混合级反应。当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，反应速度不再增加，达最大速度；反应为达最大速度；反应为零零级反应。级反应。S：底物浓度底物浓度V：不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax：最大反应速度最大反应速度(maximum velocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelis constant)VmaxS

12、 Km+S V 稳态法推导稳态法推导 1925年年Briggs和和Haldame对米氏方程作了一次重要的修正，提对米氏方程作了一次重要的修正，提出了恒态的概念。出了恒态的概念。E+S ES E+Pk1k2k3 所谓稳态是指反应进行一定时间后，所谓稳态是指反应进行一定时间后，ES的生成速度和的生成速度和ES的分解速度相等的分解速度相等，亦即，亦即ES的净生成速度为零，此时的净生成速度为零，此时ES的浓度不再改的浓度不再改变，达到恒态，也称稳态。变，达到恒态，也称稳态。米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而复合物的反应是快速平

13、衡反应，而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应，的反应为慢反应，因此因此E+P ES这一步不予考虑。反应速度取决于慢反应这一步不予考虑。反应速度取决于慢反应Vk3ES（1）反应中底物是过量的，尽管一部分底物与酶形成反应中底物是过量的，尽管一部分底物与酶形成复合物，但与底物的总浓度相比，可以忽略不计。复合物，但与底物的总浓度相比，可以忽略不计。E+S k1k2k3ESE+P推导过程推导过程 稳态：稳态：是指是指ES的生成速度与分解速度相等，即的生成速度与分解速度相等，即 ES恒定。恒定。K1(EtES)SK2 ES+K3 ESK2+K3 Km（米氏常数）米氏常数）K1令：令：则则(2)(2)变

14、为变为:(EtES)S Km ES(2)(EtES)SK2+K3ES K1整理得：整理得：E+S k1k2k3ESE+P当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时，即即EtES，反应达最大速度反应达最大速度VmaxK3ESK3Et (5)ES EtSKm+S(3)整理得整理得:将将(5)(5)代入代入(4)(4)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km+S V 将将(3)(3)代入代入(1)(1)得得K3EtS Km+S(4)VVk3ES(1)KmS Km值值等于等于酶促反应速度为最大反应速度一半酶促反应速度为最大反应速度一半时时的的底物浓度底物浓度

15、，单位是，单位是mol/L。2Km+S Vmax VmaxSKm的意义的意义a)Km是酶的特征性常数之一，与酶的性质有关，与酶的是酶的特征性常数之一，与酶的性质有关，与酶的浓度无关；浓度无关；b)Km可近似表示酶对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；c)同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。酶酶底物底物Km(mmol.L-1)过氧化氢酶过氧化氢酶H2O225蔗糖酶蔗糖酶蔗糖蔗糖棉子糖棉子糖283206-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖0.058溶菌酶溶菌酶6-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺0.006m值与值与max值的测定值的测定 双倒数作

16、图法双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为又称为 林林-贝氏贝氏(Lineweaver-Burk)作图法作图法（林贝氏方程）（林贝氏方程）-1/Km 斜率斜率Km 二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响当当SE，酶可被酶可被底物饱和的情况下，底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成反应速度与酶浓度成正比。正比。0 V E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 q双重影响双重影响温度升高，酶促反应速度温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低。而反应速度降低。三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature)：酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。*低温的应用低温的应用酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 四、四、pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大酶催化活性最大时的环境时的环境pH。0酶酶活活性性 pH pH对某些酶活性的影响对某些酶活性的影响 246810祝同学们学习愉快