第三章 酶
生物化学第三章 酶
(四)酶的比活力(比活性) • 酶的比活力是指每单位质量样品中的酶 活力,即每毫克酶蛋白中所含的活力单 位数或每千克酶蛋白中所含的Kat数。
比活力=
酶活力单位数 酶蛋白质量(mg)
• 比活力是表示酶制剂纯度的一个重要指 标,对同一种酶而言,酶的比活力越高, 纯度越高。
七、酶促反应动力学
• 酶促反应动力学主要研究酶催化的反 应速度及影响反应速度的各种因素。 • 在探讨各种因素对酶促反应速度的影 响时,通常测定其初始速度来代表酶
单纯酶 酶→ 结合酶(全酶)→ 辅助因子→ 酶蛋白 辅酶 辅基 金属离子
●
●酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性,二 者只有结合成完整的分子时,才具有催化活性。 ●一种酶蛋白只与一种辅酶结合,组成一种全酶, 催化一种或一类底物进行某种化学反应。 ●一种辅酶可以和多种酶蛋白结合,组成多种全酶, 分别催化不同底物进行同一类反应。
(三) 诱导契合学说-关于酶作用专一性的假说 ●1890年,Emil Fischer提出“锁钥学说” :底 物的结构和酶活性部位的结构非常吻合,就象 锁和钥匙一样,这样它们就能紧密结合形成中 间产物。
底物
+
酶
酶 –底物复合物
●1958年,Koshland提出“诱导契合学说”: 酶活性部位的结构与底物的结构并不特别 吻合,但活性部位具有一定的柔性,当底 物与酶接近时,可以诱导酶活性中心的构 象发生改 变,使之 成为能与 底物分子 密切结合 的构象 。
促反应速度,即底物转化量 <5% 时的
反应速度。
(一)酶浓度对反应速度的影响 • 当反应系统中底物的浓度足够大时, 酶促反应速度与酶浓度成正比,即 ν =k[E]。
(二) 底物浓度对反应速度的影响
生物化学I 第三章 酶学
根据国际生化协会酶命名委员会的规定,每一个酶都用 四个打点隔开的数字编号,编号前冠以EC(酶学委员会缩 写),四个数字依次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类 及酶的顺序号,这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。
例如:EC1.1.1.27(乳酸脱氢酶) 酶
乳酸:NAD+氧化还原
u u u u
第一大类 氧化还原酶 第一亚类 —CHOH被氧化 第一亚亚类 氢受体为NAD+ 排序 顺序号为27
4. 1878年, Kü hne赋予酶统一的名称 “Enzyme”, 其意思为“在酵母中”。
Enzyme 酶
德国生物化学家
5. 1930~1936年,Northrop和Kunitz先后得到了胃蛋 白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶,并用相应方法 证ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酶是蛋白质。
为此, Northrop和Kunitz于1949年共同 获得诺贝尔奖。
(1)旋光异构专一性:
(2)顺反异构专一性:
例如:不同的酶有不同的活性中心,故对底物有严格的特异性。例如乳 酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶,它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸 的可逆反应:
A、B、C分别为LDH活性中心的三个功能基团
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
(芳香) (硷性)
羧肽酶 羧肽酶
(丙)
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
Asp
(4)酶的活性中心与底物形状不是正好互补的。
(5)酶的活性中心是位于酶分子表面的一个裂 缝(Crevice)内。
(6)底物通过次级键较弱的作用力与酶分子结 合,这些次级键为:氢键、离子键(盐键)、 范德华力和疏水相互作用。 (7)酶的活性中心具有柔性或可运动性。
生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
含多条肽链则为寡聚酶,如RNA聚合酶,由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合,使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen):细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
(–)
(+)
酶原激活
本质:一级结构的改变导致构象改变,激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应, 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应(positive cooperativity) 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力,使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应(negative cooperativity) 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力,使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即: Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
第三章 酶
(三)Km的求测方法
1. 双曲线法
2. 双倒数作图法
斜率=Km/Vmax
1.0
1 = v
Km . Vmax
1 1 + [S] Vmax
0.8
0.6
1/v
0.4
-1/Km
0.2
1/Vmax
0.0 -4 -2 0 2 4
-1
6
8
10
1/[S](1/mmol.L )
3.Hanes作图法
二、酶浓度对反应速度的影响
酶的活性中心:在酶分子上,必需基团在空 间结构上彼此靠近,形成具有特定空间结构 的区域,能与底物特异结合并将底物转化为 产物,此区域称为酶的活性中心。
活性中心内的必需基团
结合基团 与底物相结合 催化基团 催化底物转变成产物
活性中心外的必需基团 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。
白结合紧密,用透析或超滤的方法不能将其除
去的称为辅基。
金属离子的作用
1.稳定酶分子构象。 2.参与催化反应或传递电子。 3.在酶与底物间起桥梁作用。
4.中和阴离子降低反应中的静电斥力。
根据金属离子与酶结合的形式不同,可将
酶分为金属酶和金属活化酶。
小分子有机物的作用
其结构中常含有维生素或维生素类物 质,以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过
活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
第二节 酶促反应的特性与催化机制
酶与一般催化剂的共同点
只能催化热力学上允许进行的化学反应。 能缩短反应达到平衡所需的时间,而不能 改变平衡点。 对可逆反应的正反两个方向都具有的催化
作用。
生物化学 第3章 酶
生物化学第3章酶生物化学第3章酶第3章酶自学建议1.掌握酶及所有相关的概念、酶的结构与功能的关系、酶的工作原理、酶促反应动力学特点、意义及应用。
2.熟识酶的分子共同组成与酶的调节。
3.了解酶的分类与命名及酶与医学的关系。
基本知识点酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。
单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质,融合酶除所含蛋白质部分外,还所含非蛋白质辅助因子。
辅助因子就是金属离子或小分子有机化合物,后者称作辅酶,其中与酶蛋白共价紧密结合的辅酶又称辅基。
酶分子中一些在一级结构上可能相距很远的必需基团,在空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间结构的区域,能与底物特异结合并将底物转化为产物,这一区域称为酶的活性中心。
同工酶就是指催化剂相同化学反应,酶蛋白的分子结构、化学性质乃至免疫学性质相同的一组酶,就是由相同基因编码的多肽链,或同一基因mRNA分解成的相同mrna所译者的相同多肽链共同组成的蛋白质。
酶促反应具有高效率、高度特异性和可调节性。
酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物,通过邻近效应、定向排列、表面效应使底物容易转变成过渡态。
酶通过多元催化发挥高效催化作用。
酶促反应动力学研究影响酶促反应速率及其影响因素,后者包括底物浓度、酶浓度、温度、ph、抑制剂和激活剂等。
底物浓度对反应速率的影响可用米氏方程表示。
v?vmax[s]km?[s]其中,km为米氏常数,其值等同于反应速率为最小反应速率一半时的底物浓度,具备关键意义。
vmax和km需用米氏方程的双倒数作图去求得。
酶在拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度时催化活性最低,但拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度不是酶的特征性常数,受到许多因素的影响。
酶的抑制作用包含不可逆遏制与对称遏制两种。
对称遏制中,竞争抑制作用的表观km值减小,vmax维持不变;非竞争抑制作用的km值维持不变,vmax增大,反竞争抑制作用的km值与vmax均增大。
在机体内酶活性与含量的调节是代谢调节的重要途径。
生化第三章酶
第三章酶本章要点生物催化剂——酶:由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质。
一、酶的分子结构与功能1.单体酶:由单一亚基构成的酶。
(如溶菌酶)2.寡聚酶:由多个相同或不同的亚基以非共价键连接组成的酶。
(如磷酸果糖激酶-1)3.多酶复合物(多酶体系):几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合。
(如丙酮酸脱氢酶复合物)4.多功能酶(串联酶):一些酶在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能。
(如氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ)(一)、酶的分子组成中常含有辅助因子1.酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制;辅助因子主要决定酶促反应的性质和类型。
2.酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性,只有全酶才具有催化作用。
3.辅酶与酶蛋白的结合疏松,可以用透析和超滤的方法除去。
在酶促反应中,辅酶作为底物接受质子或基团后离开酶蛋白,参加另一酶促反应并将所携带的质子或基团转移出去,或者相反。
4.辅基则与酶蛋白结合紧密,不能通过透析或超滤将其除去。
在酶促反应中,辅基不能离开酶蛋白。
5.作为辅助因子的有机化合物多为B族维生素的衍生物或卟啉化合物,它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子(或基团)或起运载体作用。
金属离子时最常见的辅助因子,约2/3的酶含有金属离子。
6.金属离子作为酶的辅助因子的主要作用①作为酶活性中心的组成部分参加催化反应,使底物与酶活性中心的必需基团形成正确的空间排列,有利于酶促反应的发生;②作为连接酶与底物的桥梁,形成三元复合物;③金属离子还可以中和电荷,减小静电斥力,有利于底物与酶的结合;④金属离子与酶的结合还可以稳定酶的空间构象。
7.金属酶:有的金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢失。
8.金属激活酶:有的金属离子虽为酶的活性所必需,但与酶的结合是可逆结合。
(二)、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位1.酶的活性中心(活性部位):酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。
第三章 酶
※ 研究一种因素的 影响时,其余各因 素均恒定
一.底物浓度对酶促应速度的影响
v
在其他因素不变的情况下,底物浓度 对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。
Vm 0.3
初 0.2 速 Vm 度 2 V 0.1
[S]与v关系: 当[S]很低时,[S]与v成比例,呈一级反应 当[S]较高时,[S]与v不成比例 当[S]很高时,[S],v不变,呈零级反应
(二)Km与Vmax的意义
1.Km的推导
V= Vmax [S] Km + [S]
V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] = Km + [S] Km=[S]
当反应速度等于最大速度一半时, 即V = 1/2 Vmax, Km = [S]
2.Km值的定义:
Km是酶-底物复合物(ES)稳定性的量度,等于 复合物的分解速率与生成速率的比值,其值等于 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度,单 位是mol/L或mmol/L K2+K3 Km= K1 Km值的意义: Km可近似表示酶对底物的亲和力。 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 Km是酶的特征性常数之一,可确定最适底物。
(1)表示酶与底物亲和力:
Km越大,表示E与S的亲和力越小,Km越小, 表示E与S的亲和力越大。
K1 E+S K2 ES
K3
E+P
Km=
K2+k3 K1 Km=
,当K2>>K3时,K3可忽略不计,
K2
K1
[E][S] = =Ks [ES]
(2)Km值是酶的一种特征性常数
Km值的大小与酶的结构、底物的种类及反应 条件有关,而与酶的浓度无关,即不同的酶Km 值不同,可用于鉴别酶。
生物化学03第三章 酶
三、 酶的命名与分类
(一)酶的命名
1.习惯命名法——推荐名称
通常以酶催化的底物、反应的性质以及酶的来源命名。 (1) 依据酶所催化的底物命名,如淀粉酶等。 (2) 依据催化反应类型命名,如脱氢酶、转氨酶等。 (3) 综合上述两项原则命名,如乳酸脱氢酶等。 2. 系统命名法——系统名称 规定各种酶名称要明确标示酶的底物与反应类型,如 果一种酶催化两个底物,应在酶系统名称中同时写入 两种底物的名称,用“:”把它们分开,如果底物之 一是水,则水可省略不写。
底物
反应总能量改变
产物 应 过 程
酶促反应活化能的改变
反
一、酶的活性中心(active center)
(一)什么是活性中心(活性部位)
指在整个酶分子中,只有一小部分区域 的aa残基参与对底物的结合和催化作用,这
些特异的aa残基比较集中的区域称为酶的活
性中心或称活性部位。
(二)酶活性中心的组成
结合部位:酶分子中与结合底物有关的部位。
1. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥 催化作用。
酶蛋白
(无催化活性)
+ 辅助因子
(无催化活性)
全酶
(有催化活性)
2.全酶各部分在催化反应中的作用
(1)酶蛋白决定反应的特异性。 (2)辅助因子决定反应的种类与性质。
3.辅酶:属于有机分子类型的辅因子;辅酶又可
分为一般的辅酶和辅基两类(按其与酶蛋白结合
酶的调节部位可以与某些化合物可逆地非共价结 合,使酶发生结构的改变,进而改变酶的催化活性, 这种酶活性的调节方式称~。
别构酶:多为寡聚酶
正效应物(别构激活剂) 负效应物(别构抑制剂)
效应物(别构效应剂) (多为小分子化合物)
2021年公卫助理医师考点:第三章 酶
第三章酶第1讲酶的结构与功能【考频指数】★★★★【考点精讲】1.酶的分子组成(1)单纯酶:仅含氨基酸,如水解酶、清蛋白。
(2)结合酶:酶蛋白(蛋白质)+辅助因子[小分子有机化合物(辅酶)或金属离子]。
(3)酶蛋白:酶的蛋白质部分称为酶蛋白,决定酶反应特异性。
(4)辅酶:化学性质稳定的小分子有机化合物。
参与酶的催化过程,在反应中传递电子、质子或一些基团。
(5)辅基:辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶称为辅基,与酶蛋白结合紧密,不易分开。
酶的活性中心。
(6)必需基团:与酶活性发挥有关的化学基团。
(7)活性中心:这些必需基团与维持酶分子的空间构象有关。
酶分子中必需基团在空间位置上相对集中所形成的特定空间结构区域,是酶发挥催化作用的关键部位,称为酶的活性中心。
①活性中心可与作用物(底物)特异结合,将作用物转化为产物。
②活性中心上的必需基团包括结合基团和催化基团。
③活性中心外的必需基团维持酶活性中心空间构象。
2.酶促反应的特点(1)极高的催化效率:酶的高效催化是通过降低反应所需的活化能实现的。
(2)高度的特异性:一种酶只能作用于一种或一类化合物,催化进行一种类型的化学反应,得到一定的产物,这种现象称为酶的特异性。
(3)酶促反应具有可调节性。
【进阶攻略】弄清结合酶的构成以及各部分的作用,酶促反应的特点要牢记,活性中心简单了解,偶尔会考到。
【易错易混辨析】辅基属于辅酶,是与酶蛋白结合的辅酶。
辅酶透析方法可分,辅基不易分开。
【知识点随手练】一、A1型选择题1.酶的催化高效性是因为酶A.启动热力学不能发生的反应B.能降低反应的活化能C.能升高反应的活化能D.可改变反应的平衡点E.对作用物(底物)的选择性2.有关结合酶概念正确的是A.酶蛋白决定反应性质B.辅酶与酶蛋白结合才具有酶活性C.辅酶决定酶的专一性D.酶与辅酶多以共价键结合E.体内大多数脂溶性维生素转变为辅酶3.辅酶与辅基的差别在于A.辅酶与酶共价结合,辅基则不是B.辅酶参与酶反应,辅基则不参与C.辅酶含有维生素成分,辅基则不含D.辅酶为小分子有机物,辅基常为无机物E.经透析方法可使辅酶与酶蛋白分离,辅基则不能【知识点随手练参考答案及解析】一、A1型选择题1.【答案及解析】B。
第三章 酶
酶与非生物催化剂的共性
1.都能降低反应能阈 2.能加快反应速度,但不能改变反应的平衡 点 3.反应前后不发生质与量的变化
酶作为生物催化剂的特点
1. 酶催化效率极高 2.酶的催化作用具有高度的专一性 3.反应条件温和 4.酶的催化活性是受调节和控制的
酶的催化作用具有高度的专一性
一、单成分酶和双成分酶
单纯蛋白质酶:本身就是具有催化活性的单纯 蛋白质分子,如胰蛋白酶等。 结合蛋白质酶:除蛋白质外,还含有非蛋白质 部分。蛋白质部分称为酶蛋白,非蛋白质部分 称为辅助因子。酶蛋白与辅助因子单独存在时 均无催化活性,只有这两部分结合起来组成复 合物才能显示催化活性。此复合物称为全酶: 全酶=酶蛋白+辅助因子
第三章 酶
第一节 概述
酶的概念 酶是由活细胞产生的具有高效催化能力和 催化专一性的蛋白质,又叫做生物催化剂。
没有酶就没有新陈代谢,也就没有生命。 发酵生产,归根结底就是利用活细胞产生 的酶系将原料转化为人们所需的种种产物。
第二节 酶催化作用的特点
一、酶与非生物催化剂的共性 二、酶作为生物催化剂的特点
蛋白质的空间结构
一级结构:构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连 接形成的线性序列,多为肽链。 二级结构:一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产 生二级结构。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角、无 规则卷曲。 三级结构:在二级结构基础上进一步折叠成紧密 的三维形式。 四级结构:多亚基蛋白质分子中各个具有三级结 构的多肽链,以适当的方式聚合所形成的蛋白质 的三维结构。
一、单成分酶和双成分酶
同一种辅酶往往能与多种不同的酶蛋白结合, 但每一种酶蛋白只能与特定的辅酶结合成一种 全酶。
第三章 酶
第三章酶一名词解释米氏常数(K m值)/ 单体酶(monomeric enzyme)/ 寡聚酶(oligomeric enzyme)/ 多酶体系(multienzyme system)/ 激活剂(activator)/ 抑制剂(inhibitor inhibiton)/ 变构酶(allosteric enzyme)/ 同工酶(isozyme)/ 酶的比活力(enzymatic compare energy)/ 活性中心(active center)①米氏常数(Km值):酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
②单体酶:仅有一个活性中心,由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。
③寡聚酶:由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。
单独的亚基一般无活性。
④多酶体系:多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续反应的体系。
⑤激活剂:凡是能提高酶活性、加速酶促反应进行的物质。
⑥抑制剂:能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。
⑦变构酶:生物体内的一些代谢物可以与酶分子的调节部位进行非共价可逆性结合,改变酶分子构像,进而改变酶的活性。
酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)。
受变构调节的酶称为变构酶。
⑧同工酶:能催化相同的化学反应,但在蛋白质分子的结构、理化性质和生物学性质方面都存在明显差异的一组酶。
⑨酶的比活力:比活力是指每毫克蛋白所具有的酶活力。
单位:U/mg蛋白质⑩活性中心:酶分子中能直接与底物分子结合,并催化底物化学反应的部位。
二英文缩写符号及功能NAD+ / FAD / FH4 / NADP+ / FMN / CoA / ACP / TPP / PLP①NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,在氧化还原反应中传递氢原子。
②FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸,作为多种氧化还原酶的辅基,起传递氢原子作用。
③FH4:四氢叶酸,是体内一碳单位转移酶系的辅酶。
④NADP+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,在氧化还原反应中传递氢原子。
《生物化学》第三章
- 14 -
第一节 酶的结构与功能
三、酶的特性与作用机制
4.表面效应
酶的活性中心多由氨基酸残基 的疏水基团组成,构成相对稳定的 疏水环境。底物与酶在酶活性中心 内部的疏水环境中结合,可防止底 物与酶之间形成水化膜,有利于两 者之间的接触反应。
- 15 -
第一节 酶的结构与功能
四、酶活性的调节
酶原与酶原激活
现已发现有数种同工酶,如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、肌酸磷酸激 酶、核糖核酸酶等。其中乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)是最早 发现的同工酶。不同类型的LDH同工酶在不同组织中的比例不同,心肌中以 LDH1及LDH2较为丰富,骨骼肌及肝中含LDH4及LDH5较多,这种分布与 各器官的生理功能相关。LDH同工酶相对含量的改变在一定程度上更敏感地 反映了某些脏器的功能状况。
一、酶的分子组成
现知大多数维生素是组成许多酶的辅酶或辅基的 成分(详见第十五章)。体内酶的种类很多,而辅酶 (基)的种类却较少,通常一种酶蛋白只能与一种辅 酶结合,成为一种特异的酶,但一种辅酶往往能与不 同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。
-6-
第一节 酶的结构与功能
二、酶的活性中心
生物化学生物化学生物化学第三章酶
特点:
*抑制剂只与ES结合; *抑制程度取决与[I]及[S]; *动力学特点:Vmax↓,表观Km↓。
各种可逆性抑制作用的比较
作用特征
与I结合的组分 表观Km Vmax
竞争性 抑制 E 增大 不变
非竞争性 反竞争性
抑制
抑制
E、ES
ES
不变
减小
降低
降低
六、激活剂对反响速度的影响
激活剂(activator)
单位时间内产物的生成量来表示 *反响速度取其初速度,即底物的消耗量很小
〔一般在5﹪以内〕时的反响速度 *底物浓度远远大于酶浓度
V
Vmax
[S] 1、当底物浓度较低时,反响速度与底物浓度成正比;反响为一级反响。
V
Vmax
响。
[S] 2、随着底物浓度的增高,反响速度不再成正比例加速;反响为混合级反
V
Vmax
结合基团
活性中心 必需基团
催化基团
酶
活性中心外基团
非必需基团
二、酶作用专一性的机制 1、锁钥学说(lock and key hypothesis) 2、诱导契合学说(induced-fit hypothesis)
1. 锁 钥 学 说
锁钥学说:
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性构造, 酶:钥匙, 底物:锁。一一对映。
〔2〕国际单位Kat:1972年,指在最适条件下1秒钟内转化1mol底物 所需的酶量。 即 1 Kat=1mol/s
Kat和IU的换算关系:1 Kat=6×107 IU, 1 IU =16.67n Kat
(3)比活力〔specific activity〕 酶的比活力〔比活性〕:每单位〔一般是mg〕蛋白质中的 酶活力单位数〔酶单位/mg蛋白〕。
生物化学——第三章酶
2)高度专一性
• 酶的专一性 (Specificity)(特异性)
指酶在催化生化反应时对底物的选择性。
3)反应条件温和,对环境变化敏感
• 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行,反应温度范
围为20-40C。 • 高温或其它苛刻的物理或化学条件,将引起酶的失活。
4) 酶的催化活力受调控
如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活 及激素控制等。
结构专一性 键专一
基团专一
1)绝对专一性
(结构专一性)
• 酶对底物的要求非常严格,只作用于一个特定的 底物。这种专一性称为绝对专一性(Absolute specificity)。
• 例:脲酶、
O
2HN-C-NH2
• 精氨酸酶
2)相对专一性(Relative Specificity)
• 酶的作用对象不是一种底物,而是一类化合物或
+ E
酶 与 中 间 产 物
3、决定酶专一性的机制
(a)锁钥学说:认为整个酶分子的天然构象是具有刚
性结构的,酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如
同一把钥匙对一把锁一样
(b)诱导契合学说:
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状,但酶的活性 中心具有一定的柔性,两者相遇底物诱导酶构象发生变 化,才形成了互补形状。
(2)酸碱性基团:
CH2 H2N CH2 C
• Asp和Glu的羧基
• Lys的氨基
OH H2N
• Tyr的酚羟基
• His的咪唑基 • Cys的巯基等
活性中心的结构特点
• 只占酶分子总体积的很小一部分 • 具有三维空间结构
• 酶的活性部位和底物的辨认和结合过程,称
为诱导契合(induced-fit)
第三章酶、维生素及辅酶
第三章酶、维生素及辅酶知识要点:1.酶是活细胞分泌的生物催化剂,它既具有一般催化剂的共性,又具有生物催化剂的特性。
2.国际酶学委员会制定的分类系统将酶分为6大类。
酶的命名有惯用命名和系统命名两种,同时酶具有包含四个阿拉伯数字的系统编号,每一种酶只有一个系统名称和系统编号。
3.除核酶外,酶都是蛋白质。
根据化学组成,酶分为单纯酶和全酶。
全酶由酶蛋白和辅因子(包括辅酶和辅基)构成,两者对于酶活来说都是必需的。
根据分子结构,酶可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合体。
4.酶具有与普通蛋白质不同的结构特点,即具有活性部位,是酶结合和催化底物的产所,是酶作用机理的结构基础。
除活性部位外,在酶一级结构中还有一些氨基酸序列虽然不直接构成活性部位,但对活性部位的形成具有重要作用,这些基团与活性部位统称为必需基团。
5.酶作为生物催化剂有两种重要特性,即专一性和高效性。
“诱导契合”假说可以很好的解释酶的专一性,而酶与底物的诱导契合作用也是酶催化高效性的重要基础。
6.酶促反应动力学研究酶浓度、底物浓度、pH、温度、激活剂、抑制剂对酶促反应速度的影响。
7.生物体内酶的调节方式有很多种,可以概括为两类,一类通过改变酶的数量与分布控制酶的活性,一类通过改变细胞内已有的酶分子的活性来对酶进行调节,后者包括别构调节以及共价修饰调节。
8.维生素的概念、分类、与辅酶的关系,几种常见的维生素及其生理功能。
重点难点:重点掌握酶的特性,分类,本质,结构与功能的关系,影响酶促反应速度的因素,维生素的定义及常见维生素的功能。
其中,酶的结构与功能的关系,影响酶促反应的因素,特别是抑制剂对酶促反应速度的影响是本章难点。
思考题:1.何谓诱导契合学说?为什么酶对其所催化反应的正向底物和逆向底物都有专一性?2.说明辅酶、辅基与酶蛋白的关系,辅酶(基)在催化反应中起什么作用?3.测定酶活力时为什么采用初速度且一般以测定产物的增加量为宜?4*.以胰凝乳蛋白酶为例,说明酶的催化机理。
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心 肝 骨骼肌
( 占总 LDH活性的百分比) 35~70 28~45 2~16 0~6 0~5 0~8 2~10 3~33 6~27 30~8 1~10 4~18 8~38 9~36 40~97
正常血清 27.1±2.8 34.7 ± 4.3 20.9 ± 2.4 11.7 ± 3.3 57 ± 2.9
4. 共价催化
▪ 酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪 唑基,Cys 的巯基,Asp 的羧基,Ser 的羟基等。
第七节 酶促反应的速度和影响因素(酶促 反应动力学)
一、酶反应速度的测量 用一定时间内底物减少或产物生成的量来表 示酶促反应速度,单位为mol/min等。 测定反应的初速度:在酶促反应开始无任何 干扰因素出现时短时间内酶的反应速度为反应初 速度。一般指反应底物消耗5%以内时的反应速 率。 酶反应过程曲线(图)
如:凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环 中运行,一旦需要便不失时机地转化为有活性的酶,发 挥其对机体的保护作用。
三、同工酶(isoenzyme)
1959年Markert首次用电泳分离法发现动物的乳 酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)具有多种 分子形式,并提出同工酶的概念。 ——能催化相同的化学反应,但在蛋白质分子 的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明 显差异的一组酶,称为同工酶。
包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(oxidase)。
2. 转移酶类(transferases):催化分子间基团转 移的酶。
A· X + B A + B· X
3. 水解酶类(hydrolases):催化水解反应的酶。
AB + H2O AOH + BH
水解酶类大都属于胞外酶,在生物体内分布最广,数量也多
5. 异构酶(isomerases):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。 A B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构 和变位酶类。
6. 合成酶类(或连接酶类, synthetases或 ligases):催化有ATP参加的合成反应(即两个 分子合成一个分子)的酶。
二、中间产物学说--关于酶催化高效性 的假说
E+S ES E +P
由于形成不稳定的ES, 可有效降低发生反 应的活化能, 从而解释酶催化的高效性
三、诱导嵌合学说--关于酶作用专一性 的假说
1. 锁钥学说(Fisher,1890):
锁钥学说
底物 S 酶E
酶-底物复合物 ES
2. 诱导嵌合学说(Koshland,1958):
终 态 活 化 过 程
酶促反应活化能的改变
三、酶的催化特性
1. 高效性:通常比非生物催化剂的催化活性高 106~1013倍。
2H2O2 2H2O + O2 1mol过氧化氢酶 5×106molH2O2/s 1mol离子铁 6×10-4molH2O2/s
不同催化剂存在下过氧化氢分解反应的活化能
催化剂 无催化剂 胶态钯 过氧化氢酶
丙酮酸脱氢酶系(E.coli):丙酮酸脱羧酶 (EⅠ)、二氢硫辛酸乙酰移换酶(EⅡ)和二 氢硫辛酸脱氢酶(EⅢ)。
碱性 EⅠ + EⅡ EⅢ 脲 EⅡ + EⅢ
EⅠ EⅡ EⅢ
第四节 酶的结构与功能的关系
一、活性部位和必需基团
必需基团:酶分子中间接或直接与酶催化活性相 关的某些氨基酸残基的功能基团。--这些基团 若经化学修饰使其改变,则酶的活性丧失。 活性部位(活性中心):酶分子中直接与底物结 合,并和酶催化作用直接有关的部位。
当ΔG>0,反应不能自发进行。 当ΔG<0,反应能自发进行。 活化能:分子由常态转变为活化状态(过渡态) 所需的能量。是指在一定温度下,1mol 反应 物全部进入活化状态所需的自由能。
促使化学反应进行的途径: 1. 用加热或光照给反应体系提供能量。 2. 使用催化剂降低反应活化能。 酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需 的活化能,从而使活化分子数增多,反应速度 加快。
乳酸脱氢酶(LDH)同工酶:
CH3 C O + NADH + H COOH +
乳酸脱氢酶 (LDH)
CH3 CHOH + NAD COOH
+
H
M
LDH1 (H4)
LDH2 (H3M)
LDH3 (H2M2)
LDH4 (HM3)
LDH5 (M4)
人体心肝和骨骼肌LDH同工酶谱
组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
缬 天 天 天 天 赖 异 缬 甘
静电吸引 力或氢键
组 46
X 丝
183
S S
胰 蛋 白 酶 原 活性中心
-S-S-
游离的六肽
缬 天 天 天 天 赖
缬 组 异 甘 丝
S S
胰 蛋 白 酶
-S-S-
胰蛋白酶原的激活过程
酶原与酶原激活的生理意义: 1、保护组织器官本身免受酶的水解破坏; 2、保证酶在特定时空发挥催化作用; 3、酶原可视作酶的储存形式。
4. 裂解酶类(或裂合酶类, lyases):催化非水 解性地除去分子中的基团及其逆反应的酶。
C—C键
CH3 C=O CH3 C=O + CO2
COOH
H
HCCOOH HOOCCH + H2O
C—O键
CH2COOH HO—CH—COOH
C—N键
COOH CH—NH2 CH2 COOH
COOH CH HC COOH + NH3
底物 S
酶E
酶-底物复合物 ES
诱导契合学说
S S
a
E b
c
a E b
c
E-S复合物
四、使酶具有高催化效率的因素
1. 邻近定向效应
A B
酶
2. ―张力”与“形变”
稳定的底物
底物张力 变形,被 激活形成 过渡态
3. 酸碱催化:酶活性部位上的某些基团可以做为 良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化 。
结合酶 (全酶)= 酶蛋白 + 辅因子 辅酶 :与酶蛋白结合比较松驰的小分子有机物
辅因子
辅基 :与酶蛋白结合比较紧密的小分子有机物 金属离子
★金属离子:(1)作为酶活性部位的组成部分,(2)帮助 形成酶活性所必需的构象 ★辅酶或辅基:通常是作为电子、原子或某些化学基团 的传递载体 ★酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分
第五节
酶作用的专一性
酶的专一性就是指酶对它所作用的底物的严格的 选择性。即:酶只能催化一种或一类底物,发 生一定的化学变化, 生成一定的产物。
键专一性
相对专一性
酶 的 专 一 性
结构专一性
基团专一性
绝对专一性 旋光异构专一性(D-、L-)
立体异构专一性
几何异构专一性(顺反、异构)
一、结构专一性
1.相对专一性:作用于一类化合物或一种化学 键。 如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解 酶等。
A + B + ATP A· B + ADP +Pi
乳酸脱氢酶 EC 1.
1.
1.
27 第1大类,氧化还原酶 第1亚类,氧化基团为CHOH 第1亚亚类,H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的顺序号
二、酶的命名
两种命名方法:系统名、惯用名。
系统名:包括所有底物的名称和反应类型。
乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+
α-葡萄糖 OH 苷酶 OH
5
O
O
1
O R
+H 2 O
OH
OH OH
+ ROH
OH OH
基团专一性
胰蛋白酶
2. 绝对专一性:只能作用于某一底物,生成 一种特定产物
O
脲酶:H2N—C—NH2 + H2O
2 NH3 + CO2
•再如: •凝血酶作为一种特殊的蛋白酶只作用于蛋白分 子中精氨酸残基的羧基与甘氨酸残基形成的肽 键。---Arg-Gly----
乳酸:NAD+ 氧化还原酶
惯用名:只取一个较重要的底物名称和反应类型。 乳酸:NAD+氧化还原酶 丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶 乳酸脱氢酶 谷丙转氨酶
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应 类型。
第三节 酶的化学本质 一、大多数酶是蛋白质
1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶, 证明其为蛋白质,并提出酶的本质就是蛋白质 的观点。
结合基团 活性部位 必需基团 专一性
催化基团
维持酶的空间构象
催化性质
酶活性中心示意图
S-S
活性中心外 必需基团
底物
结合基团
催化基团 肽链
活 性 中 心 必 需 基 团
活性中心
酶活性中心示意图
S-S
活性中心外 必需基团
底物
结合基团
催化基团 肽链
活 性 中 心 必 需 基 团
活性中心
二、酶原的激活
2.几何异构专一性(顺反异构专一性)
• 如琥珀酸脱氢酶只能催化丁二酸脱氢生 成反-丁烯二酸的可逆反应。
琥珀酸脱氢酶——顺反异构专一性
FAD
FADH2
第六节 酶的作用机制 一、 酶的催化作用与分子活化能
化学反应自由能方程式 ΔG =ΔH –TΔS
( ΔG是总自由能的变化, ΔH 是总热能的变化, ΔS是熵的变化)
二、核酶(ribozyme)
1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然 RNA——ribozyme(核酶),以后Altman和 Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。 核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质,还 促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一 步探讨。