《微生物的酶》PPT课件

牛胰核糖核酸酶 的活性中心
四、酶的分类与命名
• (一）酶的分类 • 1、国际系统分类法及酶的编号 • 按酶所催化的化学反应类型，把酶化分为6类，即 • 1、水解酶类：是催化大分子有机物水解成小分子的酶。 • 2、氧化还原酶类：是催化氧化还原反应的酶。 • 3、转移酶类：是催化底物因团转移到另一有机物上的酶。 • 4、异构酶类：催化同分异构分子内的基团重新排列。 • 5、裂解酶类：催化有机物裂解分小分子有机物。 • 6、合成酶类：催化底物的合成反应。
• 其原因是：
• ①高浓度的底物降低了水的有效浓度，降低了分 子扩散性，从而降低了酶促反应速度。
• ②过量的底物与激化剂结构，降低了激活剂的有 效浓度，也会降低酶促反应速度。
• ③过量的底物聚集在酶分子上，生成无活性的中 间产物，不能释放出酶分子，从而也会降低反应 速度。
1．酶浓度对酶促反应的影响
一、酶的组成
• 但是在少数情况下，有一些辅助因子是以共价键和酶蛋白 较牢固的结合在一起的，不易透析除去，这种辅助因子称 为辅基。例如，细胞色素氧化酶与铁卟啉辅基结合较牢固， 辅基铁卟啉不易除去。所以，辅基与辅酶的区别只在于它 们与酶蛋白结合的牢固程度不同，并无严格的界限。
一、酶的组成
• 辅酶及辅基一般在酶促反应中起携带及转移电子、原子或 功能基中间体的作用，因此有的辅酶或辅基也叫做底物载 体。
反应的活化能 • 2 酶具有高度专一性 • 酶对底物及催化的反应有严格的选择性（专一性），一种
酶仅能作用于一种物质或一类结构相似的物质，发生一定 的化学反应，这种对底物的选择性称为酶的专一性。如蛋 白酶只能水解蛋白质、脂肪酶只能水解脂肪、而淀粉酶只 能作用于淀粉。 • 3 反应条件温和 • 酶催化的反应是在常温、常压和近中性的溶液条件下进行。 酶本身是蛋白质，故强酸、强碱、高温、高压、紫外线、 重金属盐等一切导致蛋白质不可逆变性的因素，都能使酶 受到破坏而丧失其催化活性。
影响酶活力的因素有以下几个方面： • 温度对酶促反应速度的影响有两个方面：一方面
是当温度升高时，反应速度也加快，这与一般化 学反应一样。另一方面，随温度升高而使酶逐步 变性，即通过减少有活性的酶而降低酶的反应速 度。酶反应的最适温度就是这两种过程平衡的结 果，在低于最适温度时，前一种效应为主，在高 于最适温度时，后一效应为主，因而酶活性迅速 丧失，反应速度很快下降。大部分酶在60C0下上 变性，少数酶能耐受较高的温度，如细菌淀粉酶 在93C0下活力最高，又如牛胰核糖核酸酶加热到 100 C0仍不失活。
一、酶的组成
• 按照酶的化学组成可将酶分为单纯酶和结合酶两大类。单 纯酶分子中只有氨基酸残基组成的肽链，结合酶分子中则 除了多肽链组成的蛋白质，还有非蛋白成分，如金属离子、 铁卟啉或含B族维生素的小分子有机物。结合酶的蛋白质 部分称为酶蛋白，非蛋白质部分统称为辅助因子，两者一 起组成全酶；只有全酶才有催化活性，如果两者分开则酶 活力消失。非蛋白质部分如铁卟啉或含B族维生素的化合 物若与酶蛋白以共价键相连的称为辅基，用透析或超滤等 方法不能使它们与酶蛋白分开；反之两者以非共价键相连 的称为辅酶，可用上述方法把两者分开。
一般微生物的温度最适范 围在25~60℃。温度的影 响存在三基点：最高、 最适、最低。
温度过高会破坏酶蛋白， 造成变性；（约60℃）
温度过低会使酶作用降低 或停止，但可以恢复。 （约4℃）
不同微生物的温度适应范 围不同。
影响酶活力的因素有以下几个方面：
• 4、PH对酶促反应速度的影响 • 大部分酶的活力受其环境PH的影响，在一定PH下，酶反应
五、酶的催化特性
• 酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的特征： • （1）能加快化学反应的速度 ，而本身在反应前后没有结
构和性质的改变；（2）只能缩短反应达到平衡所需要的 时间而不能改变反应的平衡点。
五、酶的催化特性
酶作为一种生物大分子又有其不同之处：
• 1、酶具有一般催化剂的共性 • 用量少而催化效率高；不改变化学反应的平衡点，可降低
胰蛋白酶等。
• 2、寡聚酶
• 由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的 多肽链，也可以是不同的多肽链。亚基之间不是共价结合， 彼此很容易分开。寡聚酶分子量从35,000到几百万。
• 3、多酶体系
•
是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。它有利于一系列
反应的连续进行。例如在脂肪合成中的脂肪酸合成酶复合
体。
四、酶的分类与命名
• （二）酶的命名 • 1、按酶在细胞的不同部位，可把酶分为： • 胞外酶、胞内酶和表面酶。 • 2、按酶作用底物的不同，可把酶分为： • 淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、核糖核酸酶。
四、酶的分类与命名
• （三）根据酶蛋白分子特点又可将酶分为三类
• 1、单体酶
• 只有一条多肽链，属于这一类的酶很少，一般都是催 化水解反应酶，分子量在13,000～35,000之间，如溶菌酶、
六、影响酶活力的因素 影响酶活力的因素有以下几个方面：
• 1、酶浓度对酶促反应速度的影响 • 在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和则
反应速度与酶浓度成正比。这里使用的酶必须是纯酶制剂 或不含抑制物的粗酶制剂。 • 2、底物浓度对酶反应速度的影响 • 在生化反应中，若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低 时，酶促反应速度与底物浓度成正比，即随底物浓度的增 加而增加。 • 但在实际测定中，即使酶浓度足够高，随着底物浓度的升 高，酶促反应速度并没有因此增加，甚至受到抑制。
酶作为一种生物大分子又有其不同之处：
• 4 酶对环境条件的变化极为敏感 • 酶是生物大分子，对环境的变化非常敏感，高温、
强酸或强碱、重金属等引起蛋白质变性的条件，都能 使酶丧失活性。同时酶也常因温度、pH的轻微改变或 抑制剂的存在而使其活性发生改变。 • 5、 催化效率高 • 酶催化反应的速率比非催化反应高108 -1020 倍，比 非生物催化剂高107 -1013 倍。如过氧化氢酶催化过氧 化氢分解的的反应，若用铁离子作为催化剂，反应速 率为6×10-4；若用过氧化氢酶催化，反应速率为 6×106。酶能高效催化主要是能降低反应的活化能 。
酶促反应速度与酶分子浓度成正比。当底物分子浓度足够时， 酶分子越多，底物转化的速度越快。
2．底物浓度对酶促反应的影响
若酶的浓度为定值，底物的起始 浓度较低时，酶促反应速度 与底物浓度成正比，即随底 物浓度的增加而增加。当所 有 的 酶 与 底 物 结 合 生 成 ES 后 ， 即使再增加底物浓度，中间 产 物 浓 度 [ES] 也 不 会 增 加 ， 酶促反应速度也不增加
CTP等）。 专性厌氧菌特有的辅酶： 辅酶M、F420（辅酶420）、F430（辅酶430）等。
二、酶蛋白的结构
• 蛋白的结构分为一级、二级、和三级，少数酶具有四级结构。 • 一级结构： • 指多肽本身结构。（由肽键—C0—NH—连接氨基酸） • 二级结构： • 由多肽链形成的初级空间结构，由氢键＞C=0…H—N＜维持其稳
三、酶的活性中心
• 一般认为活性中心有两个功能部位：①结合部位：一 定的底物靠发生一 定的化学变化。
• 活性中心的形成要求酶蛋白分子具有一定的空间构象， 因此，酶分子中的其它部分的作用对于酶的催化来说， 可能是次要的，但绝不是毫无意义的，它们至少为酶 活性中心的形成提供了结构基础。所以酶的活性中心 与酶蛋白空间构象的完整性之间，是辩证统一的关系。 当外界物理化学因素破坏了酶的结构时，首先就可能 影响活性中心的特定结构，结果就必然影响酶活力。
环境工程微生物学 第九讲
第四章 微生物的生理 （1）
第四章 微生物的生理 第一节 微生物的酶
• 酶是动物、植物及微生物等生物体内合成的、催化 生物化学反应的、并传递电子、原子和化学基团的生 物催化剂。能在机体中十分温和的条件下，高效率地 催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。生 命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖都是酶促 反应过程。酶是细胞赖以生存的基础。细胞新陈代谢 包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。
一、酶的组成
• （二）几种重要辅基和辅酶见（P101～104） 常见的辅酶和辅基有： 辅酶A（CoA或CoASH）、 NAD（辅酶I）和NADP（辅酶II）、 FMN（黄素单核苷酸）和 FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、辅
酶Q（CoQ）、 磷酸腺苷及其他核苷酸类（包括AMP、ADP、ATP、GTP、UTP、
影响酶活力的因素有以下几个方面：
• 最适温度不是酶的特征物理常数，而是上述影响的综合结 果，它不是一个固定值，而与酶作用时间的长短有关，酶 可以在短时间内耐受较高的温度，然而当酶反应时间延长 时，最适温度向温度降低的方向移动。因此，严格的讲， 仅仅在酶反应时间已经规定了的情况下，才有最适温度。
• 酶在干燥状态下，比在潮湿状态下，对温度的耐受力要高。 这一点已用于指导酶的保藏。有些酶的干粉制剂可在湿适 温下放置一段时间。而其水溶液则必须保存于冰箱中；制 成冰冻干粉的酶制剂可于冰箱中放置几个月，甚至更长时 间，而未制成这种干粉的酶溶液在冰箱中只能保存几周， 甚至几天就会失活。
定性。 • 三级结构： • 是在二级结构基础上，多肽进一步弯曲盘绕形成更复杂的构型。
由氢键＞C=0…H—N＜、盐键—NH3+—00C—及疏水键盘维持三 级结构的稳定性。 • 四级结构： • 由几个或几十个亚基形成。
第一节 微生物的酶 二、酶蛋白的结构
二级结构
三级结构
四级结构
酶蛋白 结构图
三、酶的活性中心
具有最大速度，高于或低于此值，反应速度下降，通常称 此PH为酶反应的最适PH。 • 最适PH有时因底物种类、浓度及缓冲液成分不同而不同。 而且常与酶的等电点不一致，此因，酶的最适PH并不是一 个常数，只是在一定条件下才有意义。
• PH影响活力的原因可能有以下几个方面：
• ①过酸过碱会影响酶蛋白的构象，甚至使酶变性而失活。
• 在催化反应中，酶蛋白与辅助因子所起的作用不同，酶反 应的专一性及高效率取决于酶蛋白本身，而辅助因子则直 接对电子、原子或某些化学基因起传递作用。金属离子的 功能可能是酶活性中心的组成成分；有的可能在稳定酶分 子的构象上起作用；有的可能作为桥梁使酶与底物相连接。 辅酶与辅基在催化反应中作为氢(H+和e)或某些化学基团 的载体，起传递氢或化学基团的作用。
• ②当PH改变不很剧烈时，酶虽不变性，但活力受影响。因 为PH会影响底物分子的解离状态；也会影响酶分子解离状 态，最适PH与酶活力中心结合底物的基团及参与催化的基 团的PH值有关，往往只有一种解离状态最有利于与底物结 合，在此PH下酶活力最高；也可能影响到中间产物ES的解 离状态。总之，都影响到ES的形成，从而降低酶活性。
在底物浓度相同的条件下，酶促 反应速度与酶的初始浓度成 正比。酶的初始浓度大，其 酶促反应速度就大。
影响酶活力的因素有以下几个方面：
• 3、温度对酶促反应速度的影响 • 各种酶在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最
大。在适宜的温度范围内，温度每升高10C0，酶促反应速 度可相应提高1～2倍。用温度系数Q10来表示温度对酶促 反应的影响。Q10表示温度每升高10C0，酶反应速度随之 相应提高的因素。
第一节 微生物的酶
(一)酶的组成形式
单成分酶
水解酶
微生物的酶 全酶
酶蛋白+非蛋白质小分子有机物 脱氢酶
酶蛋白+非蛋白质小分子有机物+金属离子 丙酮酸脱氢酶
酶蛋白+金属离子 化酶
细胞色素氧
一、酶的组成
• 酶的辅助因子包括金属离子及小分子复杂有机化合物。它 们本身无催化作用，但参与氧化还原或运载酰基载体的作 用，现在还认为有些蛋白质也属于这一类，称为蛋白辅酶。 大多数情况下，可以通过透析或其他的方法将全酶中的辅 助因子除去。例如，酵母提取物有催化葡萄糖发酵的能力， 透析除去辅助因子I（C0I）后，酵母提取物就失去了催化 能力，这种与酶蛋白松弛结合的辅助因子称为辅酶。
• 酶的活性中心是指酶蛋白分子中与底物结合，并起催 化作用的小部分氨基酸微区。
• 对于不需要辅酶的酶来说，活性中心就是酶分子中在 三级结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些 残基上的某些基团，它们在一级结构上可能相距甚远， 甚至位于不同肽链上，通过肽键的盘绕、折叠而在空 间构象上相互靠近；对于需要辅酶的酶来说，辅酶分 子或辅酶分子上的某一部分结构往往就是活性中心的 组成部分。