第9章 酶的作用机制和酶的调节
生物化学(第三版)第九章 酶促反应动力学课后习题详细解答_ 复习重点
第九章酶促反应动力学提要酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及影响此速率各种因素的科学。
它是以化学动力学为基础讨论底物浓度、抑制剂、pH、温度及激活剂等因素对酶反应速率的影响。
化学动力学中在研究化学反应速率与反应无浓度的关系时,常分为一级反应、二级反应及零级反应。
研究证明,酶催化过正的第一步是生成酶-底物中间产物,Michaelis-Menten该呢举中间产物学说的理论推导出酶反应动力学方程式,即Km、Vmax、kcat、kcat/Km。
Km是酶的一个特征常数,以浓度为单位,Km有多种用途,通过直线作图法可以得到Km及Vmax。
Kcat称为催化常数,又叫做转换数(TN值),它的单位为s-1,kcat值越大,表示酶的催化速率越高。
kcat/Km常用来比较酶催化效率的参数。
酶促反应除了单底物反应外,最常见的为双底物反应,按其动力学机制分为序列反应和乒乓反应,用动力学直线作图法可以区分。
酶促反应速率常受抑制剂影响,根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆,将抑制作用分为可逆抑制作用及不可逆抑制作用。
根据可逆抑制剂与底物的关系分为竞争性抑制、非竞争性抑制及反竞争性抑制3类,可以分别推导出抑制作用的动力学方程。
竞争性抑制可以通过增加底物浓度而解除,其动力学常数Kˊm变大,Vmax不变;非竞争性抑制Km不变,Vˊmax变小;反竞争性抑制Kˊm及Vˊmax均变小。
通过动力学作图可以区分这3种类型的可逆抑制作用。
可逆抑制剂中最重要的是竞争性抑制,过度态底物类似物为强有力的竞争性抑制剂。
不可逆抑制剂中,最有意义的为专一性Ks型及kcat型不可逆抑制剂。
研究酶的抑制作用是研究酶的结构与功能、酶的催化机制、阐明代谢途径以及设计新药物的重要手段。
温度、pH及激活剂都会对酶促反应速率产生重要影响,酶反应有最适温度及最适pH,要选择合适的激活剂。
在研究酶促反应速率及测定酶的活力时,都应选择酶的最适反应条件。
习题1.当一酶促反应进行的速率为Vmax的80%时,在Km和[S]之间有何关系?[Km=0.25[S]]解:根据米氏方程:V=Vmax[S]/(Km+[S])得:0.8Vmax=Vmax[S]/(Km+[S])Km=0.25[S]2.过氧化氢酶的Km值为2.5×10-2 mol/L,当底物过氧化氢浓度为100mol/L时,求在此浓度下,过氧化氢酶被底物所饱和的百分数。
微生物学[第九章微生物基因表达的调控]山东大学期末考试知识点复习
第九章微生物基因表达的调控一、要点提示1.基因表达是遗传信息表现为生物性状的过程,这一过程是通过基因产物的生物学功能来完成的。
微生物在长期的进化中,已经形成了两种主要的代谢调节方式,即酶活性的调节和酶量的调节,酶活性的调节是酶蛋白合成之后即翻译后的调节,是酶化学水平上的调节。
而酶量的调节是转录水平或翻译水平的调节。
原核生物基因表达的调控主要在转录水平上,这是一种最经济的调控方式。
但也有转录后的“微调”,使基因的表达更适应本身的需求和外界条件的变化。
2.原核生物细胞中,功能相关的基因组成操纵子结构,由操纵区同一个或几个结构基因联合起来,形成一个在结构上、功能上协同作用的整体——操纵子,即作为表达的协同单位。
操纵子转录调控是原核生物的主要调控机制,受同一调节基因和启动区的调控,并分为负转录调控和正转录调控,在负转录调控系统中,调节基因的产物是阻遏蛋白,在正转录调控系统中,调节基因的产物是激活蛋白,阻遏蛋白或激活蛋白与DNA分子的相互作用和特异性结合,从而控制结构基因的功能。
启动子是RNA聚合酶和CAP蛋白的结合位点,控制着转录的起始。
这样,这些基因形成了一整套调节控制机制,才使生命系统在功能上是有序和开放的。
3.分解代谢物阻遏又被称为葡萄糖效应,这是因为葡萄糖是首先被发现具有这种阻遏效应的物质。
当培养基含有多种能源物质时,微生物首先利用更易于分解利用的能源物质,而首先被利用的这种物质的分解对利用其他能源性物质的酶的产生有阻遏作用,其原因是:分解代谢物阻遏中,只有当分解物激活蛋白(CAP)与cAMP结合后构象发生变化,这时才能结合到启动子上游,并促进RNA 聚合酶与启动基因结合,而葡萄糖能抑制cAMP形成,并促进cAMP分泌到胞外,胞内的cAMP水平下降,RNA聚合酶不能与启动子结合,因此,分解代谢物阻遏实际上是cAMP缺少的结果。
4.转录后调控主要包括如下几方面:(1)翻译起始的调控。
(2)mRNA的稳定性。
酶的作用机理
酶的作用机理
酶是一类生物大分子催化剂,能够在生物体内加速化学反应速度,并在反应结束后不被消耗或改变。
酶在生物体内扮演着至关重要的角色,而其作用机理是通过一系列复杂的过程来实现的。
酶的结构
酶通常由蛋白质组成,蛋白质是由氨基酸组成的多肽链。
酶的活性部位是其结构中特定的区域,这里的氨基酸序列决定了酶的特定催化活性。
酶在反应过程中与底物结合形成酶-底物复合物,通过与底物分子的作用来催化反应。
酶的作用过程
酶的作用过程可以分为几个关键步骤:
1.底物结合:酶通过与底物特定的结合方式形成酶-底
物复合物。
2.过渡态形成:酶通过调整底物分子的构象,降低反
应所需的活化能,促进反应速率。
3.反应催化:酶引导底物分子以特定方式相互作用,
使得反应发生特定的化学变化。
4.产物释放:反应结束后,酶释放产生的产物,准备
接受新的底物继续催化反应。
酶与底物的相互作用
酶与底物之间的相互作用是通过亲和性来实现的。
亲和力越高,酶对底物的结合效率就越高,反之亦然。
酶结合底物后会发生构象变化,从而稳定底物分子在合适的位置和构象以促进反应的进行。
酶的催化机理
酶催化反应的机理可以分为两种:锁-键模型和诱导拟合模型。
在锁-键模型中,酶和底物之间的结合就像锁和钥匙的关系,具有高度特异性。
而在诱导拟合模型中,酶在与底物结合后发生构象变化,从而调整底物的构象以促进反应。
总的来说,酶通过其特殊的结构和活性部位,在生物体内实现了高效的催化作用,从而调节并加速生物体内的代谢和生化反应,对维持生命活动起着至关重要的作用。
第9章酶促反应动力学
3 环境因素对酶反应的影响
温度 pH值 激活剂 抑制剂
① 温度对酶反应的影响
最适温度(optimum temperature ):受底物的种类、浓度, 溶液的离子强度, pH, 反应时间等的影响。
② pH对酶反应的影响
反 应反
应
速速 度
度
0
6
8
最适pH
pH 10 pH
最适pH(optimum pH):受到底物的种类、浓度、 缓冲液 的种类等影响。
第9章 酶促反应动力学
研究酶促反应的速率以及影响速率的各种因素
底物浓度对酶反应速率的影响 米氏方程
酶的抑制作用
环境因素对酶反应的影响
1 底物浓度对酶反应速率的影响
1.1米氏学说的提出
① 酶有被底物所饱和的现象
双曲线
② 酶-底物复合物学说(Enzyme-substrate complex)
1903年,Herin-Wurtz
1.4 米氏常数的求法
双倒数作图法(Lineweaver-Burk作图法)
以1/[S]为横坐标, 以1/v为纵坐标作图 缺点: 实验点过于集中于直线的左端, 作图不易十分准确。
2 酶的抑制作用
2.1 抑制作用
失活作用(inactivation):酶蛋白变性而引起
活力丧失。 变性剂对酶无选择性。
抑制作用(inhibition):酶的必须基团化学性
将(4)代入(3)
得:
当反应体系中的底物浓度极大,而使所有的酶分子都 以ES形式存在时,反应速度达到最大值(即最大反应 速度,V)。
将(6)代入(5)
得:
米氏方程式
Km--米氏常数(Michaelis-Menton constant) 表明当已知Km和Vmax时,酶反应速率与底物浓 度的定量关系。
《生物化学》酶的作用机制和酶的调节
side view
胃蛋白酶原
在pH5.0以下断裂 切去44个氨基酸片断
胃蛋白酶
溶菌酶
必需基团
酶的活性中心往往只是包括酶蛋白的几个氨基酸残 基,而对于活性中心以外的氨基酸残基,并非是可有可无 的,有些氨基酸残基也是酶表现催化活性所必需的,称为 必需基团。因此酶的活性中心属于必需基团的一部分,必 需基团还包括其它一些对酶活性必需的氨基酸残基。
(五)金属离子催化
1、需要金属的酶分类 (1)金属酶 含紧密结合的金属离子,多属于过渡金 属离子如,Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、 Mn2+或Co3+。 (2)金属-激活酶 含松散结合的金属离子,通常为碱和碱 土金属离子,如Na+、K+、Mg2+或Ca2+。
(五)金属离子催化
2、金属离子以三种主要途径参加催化过程: (1)通过结合底物为反应定向 (2)通过可逆的改变金属离子的氧化态调 节氧化还原反应 (3)通过静电稳定或屏蔽负电荷
(一)酶活性部位的特点
1、活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分。 2、酶的活性部位是一个三维实体。 3、酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的,而 是在酶和底物结合的过程中,底物分子或酶分子, 有 时是二者构象同时发生变化后才互补的。 (诱导 契合学说)。 4、酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内,底物 分子结合到裂缝内并发生催化作用。 5、底物通过次级键较弱的的力结合到酶上。 6、酶活性部位具有柔性或可运动性。
广义酸基团 (质子供体) 广义碱基团(质子受体)
(四)共价催化(covalent catalysis)
共价催化又称亲核催化或亲电子催化,在催化时, 亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲 取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心,迅 速形成不稳定的共价中间复合物,降低反应活化能, 使反应加速。
酶的作用和作用机理是什么
酶的作用和作用机理是什么
酶是一种特殊的蛋白质,它在生物体内起着至关重要的作用。
酶是生物体内催
化化学反应的催化剂,能够加速反应速率而不改变反应所引发的方向。
酶的作用机理涉及到酶与底物的结合、反应过渡态的形成以及产物释放等多个步骤。
在生物体内,酶扮演着“生命的工厂”角色。
酶能够在生体温下加速化学反应,
从而维持生物体内繁复的代谢过程顺利进行。
酶选择性地作用于特定的底物,使得生物体内的代谢通路高效而有序。
酶的作用机理主要包括底物结合、催化反应和产物释放三个主要步骤。
首先,
酶通过其特定的活性位点与底物结合形成酶-底物复合物。
这种结合能够使底物的
化学键变得更容易断裂,从而促进反应的进行。
接着,酶通过提供合适的环境和催化功能,促使底物发生化学反应,形成反应过渡态。
最后,酶释放产物,使得反应达到平衡状态。
酶的催化活性受到多种因素的影响,包括底物浓度、温度、pH值等。
酶活性
一般随着底物浓度的增加而增加,但在一定浓度范围内会达到最大值。
温度和pH
值也会影响酶的构象和活性,过高或过低的温度及异常的pH值都会影响酶的活性。
总之,酶作为生物体内化学反应的催化剂,发挥着重要的作用。
通过理解酶的
作用机理,可以更好地认识生物体内代谢的调控和调节机制,对于人类健康和医学研究具有重要意义。
生物化学第9章兰州大学经典课件酶促反应动力学
根据平衡学说推导速度方程
设Vf 为E与S结合的速度,Vr 为ES解离的速度, 则Vf=k1 ( [E]0-[ES] )( [S]-[ES] )
Vr=k2 [ES] ∵ 平衡时Vf=Vr ∴ k1 ( [E]0-[ES] )( [S]-[ES] )= k2 [ES] 又∵ [S] >>[ES] ∴[S]-[ES]≈[S]
根据稳态学说推导速度方程
产生[ES]的速率 d[d Et]Sk1(E []0[E]S)[S]
消耗[ES]的速率
d[E]Sk2[E]Sk3[E]S dt
稳态时 d[ES] 0
dt
所以 k 1 (E ] [ 0 [E ][ S ) S ] k 2 [E ] k S 3 [E ]S
根据稳态学说推导速度方程
生物化学第9章兰州大 学经典课件酶促反应 动力学
研究酶促反应动力学的意义
酶促反应动力学是研究酶促反应的速率以及影 响此速率的各种因素的科学。在研究酶的结构与功 能的关系以及酶的作用机制时,需要动力学提供实 验证据;为发挥酶催化反应的高效率,寻找最有利 的反应条件;为了解酶在代谢中的作用和某些药物 的作用机制等,都需要掌握酶促反应速率的规律。
⑤ 根据细胞内酶反应正反两方面的底物浓度,以及 两方面的Km值,可以推测细胞内代谢的方向。
米氏方程[S]与 V / Vm 的关系
V Vm[S] Km [S]
V [S] Vm Km [S]
当[S]=10Km时,V=0.91Vm 当[S]=0.1Km时,V=0.091Vm
反之,可以计算出要达到一定的最大反 应速率的分数,需要加多少底物。
➢酶与底物结合后光谱发生变化。
➢溶解度或热稳定性在加入底物后发生变化。
➢分离到了酶底物复合物。
第9章__酶动力学
max
V max [ S ] V max V Km [ S ] 2
K 3 [ E ][S ] V max [ S ] K 3 [ E ][S ] 复 习 V K 3 [ ES ] V K 3 [ ES ] Km [ S ] Km [ S ] Km [ S ]
失活 (inactivation):凡是酶活力的降低或丧失都称为 酶的失活。 抑制 (inhibition):使酶活力下降或丧失但并不引起酶 蛋白变性,它主要改变酶活性中心的化学性质。 抑制剂( inhibitor ):引起酶的抑制作用的物质称为 酶的抑制剂。
研究抑制剂对酶的作用有重大的意义: (1)药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发;抗癌药 (2)了解生物体的代谢途径,进行人为调控或代谢控制发酵; (3)通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基 团,不仅可以设计药物,而且也是酶工程和化学修饰酶、酶 工业的基础。
最适温度: 温度对酶促反应速度的影响有两个方面: 1. 温度升高,加快反应速度。 2. 温度升高,酶变性失活。 最适温度不是酶的特征常数,它与底物种类、作用时间、pH、离子强 度 等因素有关。 温血动物酶的最适温度35℃—40℃;植物酶最适温度40℃—50℃;微生 物差别大,如细菌Taq DNA聚合酶70℃。 温度系数 Q10:温度升高 10℃,反应速度与原来的反应速度之比,大多 数酶的Q10一般为1~2。
(二) 小分子有机物的激活作用
1.某些激活剂(如Cys、GSH)能还原巯基酶中的某些二硫键使 成-SH,-SH是巯基酶起催化作用所需的基团,提高了酶活性。 2.金属螯合剂,如EDTA(乙二胺四乙酸),可络合一些重金属离 子,解除它们对酶的抑制,从而使酶活升高。
《生物化学》 酶通论
(二) 酶的化学组成
有些酶组成只有氨基酸,不含其他成分,称之为单纯酶。 脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都属于单纯酶。
有些酶除了蛋白质组分外,还含有对热稳定的非蛋白的 小分子物质。其蛋白质组分称为脱辅酶(apoenzyme或 apoprotein),非蛋白的小分子物质称为辅因子 (cofactor)。脱辅酶与辅因子结合后形成的复合物称为 全酶(holoenzyme)。即:
中文
2、转移酶
➢ 催化分子间基团转移的酶称转移酶
反应通式:AR+B
A+BR
如谷丙转氨酶等。
2.转移酶 催化基团转移反应
谷丙转氨酶 英文
2. Transferases
• Catalyze group transfer reactions
中文
3、水解酶
催化水解反应的酶称水解酶。 反应通式:
AB+H2O
2、酶的活力单位
酶活力单位,即酶单位(U),用来表示酶活力的大 小即酶含量的多少。 酶活力单位的定义:
在一定条件下,一定时间内将一定量的底物转化为产 物所需的酶量。
这样酶的含量就可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含 有多少酶单位来表示(U/g,U/ml)
2、酶的活力单位
为了统一酶的单位,国际生化协会酶学委员会于1961年提出采用 统一的“国际单位”(IU)来表示酶活力,规定:
第二单元 酶
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第8章 酶(Enzyme)通论
一、酶催化作用的特点 (P320) 二、酶的化学本质及其组成(P323) 三、酶的命名和分类(P326) 四、酶的专一性(P332) 五、酶的活力测定和分离纯化(P335) 六、核酶(P339) 七、抗体酶(P343) 八、酶工程简介(P344)
第九章 酶动力学
抑制剂I
激活剂A
一、酶反应速度
测量:单位时间内底物的减少或产物的增加。 (v=dp/dt) 反应进程曲线 初速度
只有初速度的 测定才有意义
初速度 产
酶促反应速度逐渐降低 物
0
时
间
酶反应进程曲线
酶反应的速度不停在变
)
二、底物浓度对酶反应速度的影响
零级反应 v = k [E] 混合级反应
4.Km与Ks:Km不等于Ks,只有在特殊情况下,Km 才可表示酶 和底物的亲和力。
S + E
k1 k2
ES
k3
E+P
∵ Km= (k2 +k3)/k1 当k2>>k3时 Km ≈ k2 / k1 ∴ Km可以看作ES的解离常数ks : [S][E] Km= ks = ———— [ES]
5. 当反应速度达到最大反应速度的90%,则
抑制作用:使酶的必需基团的化学性质改变而降
低酶活性甚至使酶完全丧失活性的作用,引起作用 物质称为抑制剂(I)(选择性)。 研究抑制作用的意义?
类型:
不可逆抑制作用
可逆抑制作用
竞争性抑制
非竞争性抑制 反竞争性抑制
1.不可逆抑制(irreversible inhibition)
抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合, 使酶丧失活性, 不能用透析超滤等物理方法除去 抑制剂使酶恢复活性. 例1: 巯基酶的抑制
例: 反应时间短,最适温度高。 反应时间长,最适温度低。
温度系数: 当温度增高10摄氏度,反应速度与原来 反应速度的比。对于大多数酶,温度系数为2.
五、 pH对酶反应速度的影响
A: 胃蛋白酶; B: 葡萄糖-6-磷酸酶 酶 的 活 性
王镜岩版生物化学总复习习题
生物化学各章复习题第 3 章氨基酸回答问题 :1. 什么是蛋白质的酸水解、碱水解和酶水解,各有何特点?2. 写出 20 种基本氨基酸的结构、三字母缩写和单字母缩写。
3. 甘氨酸、组氨酸和脯氨酸各有何特点?4. 什么是氨基酸的等电点?写出下了列氨基酸的结构、解离过程,并计算等电点:缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。
5. 在多肽的人工合成中,氨基酸的氨基需要保护,有哪些反应可以保护氨基?6. Sanger 试剂、 Edman 试剂分别是什么?与氨基酸如何反应,此反应有何意义?7. 试写出半胱氨酸与乙撑亚胺的反应,此反应有何意义?8. 写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的反应。
9. 蛋白质有紫外吸收的原因是什么,最大吸收峰是多少?10. 什么是分配定律、分配系数?分配层析的原理是什么?11. 什么是 HPLC?12. 课本 P156,15 题。
第 4 、 5 章蛋白质的共价结构,三维结构一.名词解释:单纯蛋白(举例),缀合蛋白(举例),辅基,配体,蛋白质的一、二、三、四级结构,超二级结构,结构域,肽平面(酰胺平面),谷胱甘肽(结构式),对角线电泳,完全水解,部分水解,同源蛋白质,不变残基,可变残基,α - 螺旋β - 折叠,膜内在蛋白,脂锚定膜蛋白,蛋白质的变性与复性,单体,同聚体,杂多聚蛋白二.回答问题:1. 试举例说明蛋白质功能的多样性?2. 那些实验能说明肽键是蛋白质的连接方式?3. 试述肽键的性质。
4. 试述蛋白质一级结构测定的策略。
5. 如何测定 N- 端氨基酸?6. 图示胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、嗜热菌蛋白酶及胃蛋白酶的作用专一性。
7. 书 p194 —第 2 题8. 研究蛋白质构象的方法都有哪些?9. 稳定蛋白质的三微结构的作用力有哪些?10. 影响α - 螺旋形成的因素有哪些?11. 胶原蛋白的氨基酸组成有何特点?12. 蛋白质变性后有哪些现象?13. 举例说明蛋白质一级结构决定三级结构。
第 6 章蛋白质结构与功能的关系一.名词解释:珠蛋白,亚铁血红素,高铁血红素,亚铁肌红蛋白,高铁血红蛋白二.回答问题:1. 肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线有何不同,试从蛋白质结构与功能的关系上加以解释。
第九章:酶的作用机制和酶的调节1
3.用于判断和确定酶活性中心的方法 1)酶的专一性研究 通过研究酶的专一性底物的结构特点,来判断和确定 活性中心的结构特点→确定活性中心的结构 研究酶的竞争性抑制剂的必需结构、酶与专一性底物 的相互关系,来确定酶活性中心结构。
2)酶分子侧链基团的化学修饰法 使用一些对酶分子侧链功能基团可进行共价修饰的 试剂作用与酶,以查出哪些基团是保持酶活力所必需 的。
三.与酶高效催化作用有关的因素 1.底物与酶邻近效应和定向效应 在酶促反应中,底物分子结合到酶的活性中心,一方 面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加,有利于提高 反应速度; 另一方面,由于活性中心的立体结构和相关基团的诱 导和定向作用,使底物分子中参与反应的基团相互接近, 并被严格定向定位,使酶促反应具有高效率和专一性特 点。
第九章:酶的作用机制和酶的调节 1.酶的活性 部位 2.影响酶催 化效率的有关 因素 3.酶活性的 调节控制 4.同工酶
第一节:酶活性中心
以一个独立三级结构为完整生物共能分子最 高形式的酶,称为单体酶;以四级结构作为完整生物 功能分子结构的酶,称为寡聚酶。 1.酶的活性中心 酶蛋白中只有少数特定的氨基酸的侧链基团核 酶的催化活性直接有关,这些官能基团称为酶的必需 基团。在酶分子三级机构的构象中,由少数必需基团 组成的能与底物分子结合并完成特定催化反应的空间 小区域,称为酶的活性中心或酶活中心。构成酶活性 中心的必需基团,主要是某些氨基酸残基的侧链基团。
在酶的活性中心出现频率最高的氨基酸残基有:丝 氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸 和赖氨酸,它们的极性侧链基团常常是酶活性中心的必 需基团。
2.酶的活性部位的特点
活性部位在酶分子的中提及中只占相当小的一 部分,通常只占整个酶分子体积的1%-2%。酶的活性 部位是一个三维实体 酶的底物部位并不是和底物的形状正好互补的, 而是在酶和底物结合的过程中,底物分子或酶分子, 有时是两者的构象发生了一定的变化后才互补的, 这时催化基团的位臵也正好在所催化底物键的断裂 和即将生成键的适当位臵。这个动态的辨认过程称 为诱导契合。 酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内。 底物通过次级键较弱的力结合到酶上。 酶活性部位具有柔性或可运动性。
生物化学教程全套讲义-第9章酶促反应动力学
第九章酶促反应动力学第一节化学动力学基础一、反应速率及其测定二、反应分子数和反应级数反应分子数反应级数三、各级反应的特征(一)一级反应其速率与反应物浓度的一次方成正比。
-dc/dt=kclnc=-kt+lnc0lnc=-kt+B(直线)K=(1/t)ln(c0/c)c=(1/2)c0时k=(ln2)/t1/2t1/2=(ln2)/k半衰期与反应物的初始浓度无关。
(二)二级反应反应的速率与反应物浓度的二次方成正比。
1.若A和B为同一物质-dc/dt=kc2,dc/c2=-kdt;c/c0=1/(1+kc0t);c/c0=1/2时,k=1/c0t1/2。
2.A和B的初始浓度相同k=(1/t){x/[a(a−x)] }3.A和B的初始浓度不同k=[1/t(a−b)]/ln{[b(a−x)]/[a(b−x)]}a:反应物A的初始浓度。
b:反应物B的初始浓度。
(a-x):反应时间为t时A的浓度。
(b-x):反应时间为t时B的浓度。
(三)零级反应反应速率与反应物的浓度无关。
-dc/dt=k,或dx/dt=k。
X=kt,或k=x/t。
第二节底物浓度对酶反应速率的影响一、中间产物学说中间产物学说的实验依据:(1)核酸和酶的复合物可直接用电镜观察;(2)下图;(3)复合物的溶解度和稳定性有所变化;(4)有些复合物可直接分离得到。
酶催化的反应中各成份的变化:酶反应的速度在不停地变,实验上只有初速度的测定才有意义。
酶反应的初速度与底物浓度之间的关系:二、酶促反应的动力学方程式(一)米氏方程的推导米氏方程v=Vmax[S]/(Km+[S])符合v-[S]曲线。
若Km>>[S],v=(Vmax/Km)[S];若[S]>>Km,v=Vmax;由v=Vmax[S]/(Km+[S]),得Km=[S][(Vmax/v)-1],为典型的双曲线方程。
(二)动力学参数的意义1.Km的意义**值等于反应速度达最大反应速度一半时的底物浓度,单位是浓度单位,是酶的特征常数,酶对一定的底物只有一个特定的Km:V/2=V[S]/(Km+[S]),则Km=[S]。
第9章 酶引论
H
+
(1)脱氢酶类:催化直接从底物上脱氢的反应
AH2 +B A +BH2(需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ)
(2)氧化酶类
①催化底物脱氢,氧化生成H2O2:
AH2 + O2
2AH2 + O2
A + H2O2(需FAD或FMN)
2A + 2H2O
②催化底物脱氢,氧化生成H2O:
(3)过氧化物酶
ROO + H2O2 RO + H2O + O2
什么是酶? • 酶是生物催化剂 • 生物体一切生化反应都需酶催化才能进行! • 性能远远超过人造催化剂
定义:由活细胞产生的、 有高度专一性和 高效催化作用的生物大分子。
二、酶是生物催化剂
酶和一般催化剂的共同点:(见教材P132)
1. 2. 3.
(一)反应速率理论与活化能 化学反应的速率主要决定于反应物本身的化 学性质,其次决定于反应的条件,包括反应物浓 度、温度和催化剂等。 碰撞理论:(见教材P133)
(二) 酶促反应速率、初速率和酶活力测定
1. 化学反应速率及其测定
2.反应初速度的概念
[P] 产 物 浓 度
Vo:反应初速度
V0
VX
产 物 浓 度 变 化 曲 线
0
X
时 间 T
用哪一个速度来表示酶促反应的速度特征呢? 反应初速度表示酶活力
3. 酶活力的测定 (1) 酶活力测定的原则: ①充分发挥酶的最大催化潜能,提供酶的最适反应 条件,且保持条件恒定。如温度、pH等; ② 底物和酶的辅助因子必须过量,底物浓度至少5 倍于酶的米氏常数KM。这样,反应初速度Vo对底物 浓度[S]是零级反应,即Vo与[S]无关;对酶浓度[E] 是一级反应,即Vo∝[E]。此时被测的反应系统中, 每个酶分子完全被底物分子所饱和,酶的催化能力 可以得到充分显示,酶浓度成为化学反应速率的唯 一限制因子。 ③ 制作两条曲线: A 酶反应进程曲线:反应物和产物浓度随时间变 化的关系曲线。 B 酶浓度曲线:确定成线性关系的酶浓度范围, 待测样品的酶浓度应在此范围。 ④同时作一份对照。
《生物化学》酶促反应动力学
k4
[ES]
(3)推导过程-1 由中间产物学说可知,酶促反应分两步进行
在稳态下,ES的生成速率与分解速率相等,达到动态平衡即:
VES生成 = VES分解
k1([E]- [ES]) [S]=(k2+ k3) [ES] 令Km = (k2+ k3)/ k1,则
([E]- [ES]) [S]/ [ES]= (k2+ k3)/ k1= Km
第二单元 酶化学
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第9章 酶促反应动力学
一、化学动力学基础(P351) 二、底物浓度对酶反应速率的影响(P355) 三、酶的抑制作用(P368) 四、温度对酶反应的影响(P378) 五、pH对酶反应的影响(P379) 六、激活剂对酶反应的影响(P380)
1、不可逆的抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失, 不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活,称 为不可逆抑制(irreversible inhibition)。
2、可逆抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以非共价键结合而引起酶活力丧 失,能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活, 称为可逆抑制(reversible inhibition)
4、抑制百分数:
i%= (1- a) × 100% = (1-vi/ v0)× 100%
(二)抑制作用的类型
抑制剂: 凡使酶的必需基团或酶的活性部位中的基团的化学
性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质, 称为抑制剂,用I表示,其作用称为抑制作用。
抑制作用一般分为: 不可逆抑制作用和可逆抑制作用两类。
的速率方程称为本征动力学方程,有具体的物理
酶的作用机制范文
酶的作用机制范文酶是一类能够催化生物化学反应的蛋白质分子。
酶能够加速化学反应速度,但本身不参与反应,也不会改变反应的热力学性质。
酶的作用机制可以通过以下几个方面来进行解释。
1.酶与底物结合:酶通过与底物分子相互作用,使其与酶发生结合,形成酶-底物复合物。
这种结合通常是通过酶的活性部位(也称为催化部位)来实现的。
酶的活性部位通常是一个立体特异性的凹槽或裂隙,可以与底物分子的特定结构进行键合。
2.底物转换:一旦酶和底物结合,酶会促使底物经历一系列转换,从而形成产物。
这些转换的过程包括底物的化学键的断裂和形成。
酶通过提供合适的环境,如稳定性氧化态、酸碱环境、金属离子等,来引导底物分子进行转换。
3.过渡态稳定:底物在转换过程中通常会形成过渡态,即反应物和产物之间的中间状态。
酶能够通过与底物结合来稳定过渡态,降低过渡态的自由能,从而降低了反应的活化能,加速反应速率。
4.反应解离:完成底物转换后,酶会与产物解离,恢复到其初始状态,以便与下一个底物分子发生反应。
这种解离可以是因为酶与底物结合力减弱,也可以是因为酶通过结构变化使产物从酶的活性部位释放出来。
酶的催化机制可以通过四种基本模型来解释:酶底物复合物模型、酶的诱导模型、酶的近距离模型和酶的呈合模型。
1.酶底物复合物模型:该模型认为酶与底物结合形成复合物后,复合物发生结构变化,使底物分子接近理想反应构型,从而促进反应进行。
这种模型强调酶的立体特异性和与底物的非共价相互作用。
2.酶的诱导模型:该模型认为酶通过与底物结合,诱导底物分子发生结构变化,从而使底物分子能够更容易地进行反应转化。
这种模型强调酶对底物的诱导和对底物结构的调整。
3.酶的近距离模型:该模型认为酶通过将底物分子靠近彼此的距离,使它们在反应发生时更容易相互作用。
这种模型强调酶对底物分子的位置安排和使反应发生的条件。
4.酶的呈合模型:该模型认为酶在催化反应过程中会经历多个构象变化,使底物分子能够适应不同的转换过程。
第九章酶的反应器PPT课件
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37
3.酶反应器的设计
酶反应器的设计主要包括反应器类型的选择, 反应器制造材料的选择、热量衡算、物料衡 算等
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38
1)确定酶反应器的类型:
酶反应器的设计,首先要根据酶、底物和产 物的性质,按照上一节所述的选择原则,选 择并确定反应器的类型。
(2)底物浓度的高低对酶反应速度有显著 影响
具有高浓度底物抑制作用的酶,如果采用分批 搅拌罐式反应器,可以采取流加分批反应的方 式进行反应。
对于具有高浓度底物抑制作用的游离酶,可以 采用游离酶膜反应器进行催化反应。
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36
(3)有些酶催化反应,其反应产物对酶有 反馈抑制作用
对于具有产物反馈抑制作用的固定化酶,也 可以采用填充床式反应器。
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41
4)进行物料衡算:
物料衡算是酶反应器设计的重要任务 主要内容包括: (1)酶反应动力学参数的确定: (2)计算底物用量: (3)计算反应液总体积: (4)计算酶用量: (5)计算反应器数目:
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(1)确定酶反应的动力学参数
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(2)计算底物用量
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适用于固定化酶进行连续催化反应
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16
优点:
混合均匀 传质和传热效果好 温度和pH值易于调节控制 不易堵塞 对黏度较大的反应液也可进行催化 反应
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缺点:
需要较高的流速才能维持粒子的充分流 态化,而且固定化酶颗粒易于被破坏,流 体动力学变化较大,参数复杂,放大较为 困难。
目前,流化床反应器主要被用来处理一些 粘度高的液体和颗粒细小的底物,如用于 水解牛乳中的蛋白质。
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主 要 是 Ser
Thr
Ca2+ 依赖性 蛋白激酶(PKC)
六、同工酶(isoenzyme)
(一)定义:
催化相同的化学反应,但其蛋白质分子 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。
(二)特点:
1、都是寡聚酶 2、不同的亚基组成 3、不同亚基的活性中心非常相似
4、组织分布部位不同
自 身 催 化
弹性蛋白酶原
+
胰蛋白酶
α-胰凝乳蛋白酶 +二肽 羧基肽酶原A 弹性蛋白酶 + 碎片 羧基肽酶A + 碎片
肠激酶启动的酶原激活
(三)可逆的共价修饰
——通过其它酶对其多肽链上的某些基 团进行。
可逆的共价修饰,使酶处于活性/非活性 的互变状态,从而调节酶的活性。
蛋白激酶,磷酸化
• 酶
调节亚基
催化亚基
② 3-磷酸甘油醛脱氢酶
具有负协同效应的别构酶代表
(2)别构酶的动力学
S形曲线(正协同) 表观双曲线(负协同效应)
V=
V[S] Km + [S]
90%V时 [s]
当V=90%V [S]=9Km
10%V 时[s]
= 81
0.9Km=0.1[S]
当V=10%V
[S]=1/9Km
0
[S]
• 整体上产生激活、抑制现象
• 改变了调节的敏感区位置
(3)K型效应物和V型效应物:
K0.5:别构酶催化反应达到1/2 Vmax时的[S] 改变K0.5不改变Vmax:K型效应物 改变Vmax不改变K0.5 :V型效应物
A为K型效应物
v Vmax 2 1 0 v
B为V型效应物
2
3
Vmax [S] 0 K0.5
胰蛋白酶
胰凝乳蛋质酶 弹性蛋白酶 凝血酶
趋同进化(convergent evolution):催化三联体 趋异进化( divergent evolution):底物专一性
(三)烯醇化酶(enolase) ——作用需要金属离子
碱催化
稳定中间产物
酸催化
五、酶活性的调节控制
(一)别构调控(allosteric regulation)
1
3 [S]
1.未加效应物;2.加激活剂;3加抑制剂
B为V型效应物
A为K型效应物
(4)脱敏作用
别构酶经加热或用化学试剂等处理,可 引起别构酶解离,失去调节活性。 脱敏后表现为米氏酶动力学双曲线
3、别构酶调节酶活性的机理
1、对称或协同模型(symmetry or concerted model,也称齐变模型、MWC模型)
• 含紧密结合的金属离子
(2)金属激活酶( metal-activited
enzyme)
• 含松散结合的金属离子
2、金属离子的作用
A、参与底物反应的定向 B、通过价态改变参与电子转移 C、通过静电稳定/屏蔽负电荷
(六)多原催化和协同效应
N CH3O CH3O CH3O O CH3O
O CH3O O H CH3O CH3O O H
一般催化剂 反应活化能 酶促反应活化能
初 态
反应总能量变化
终 态 活 化 过 程
酶促反应降低活化能
(一)底物和酶的邻近效应和定向效应
靠近 静电吸引 疏水作用
定 向
底物
酶
(二)底物的形变和诱导契合
诱导 互补性
契合
能否契合—
结构变化
专一性的由来
• 产物脱离
酶复原-催化剂
羧肽酶 A
羧肽酶催化中的电子云形变
N
..
H
..
O H
H CH3O C O
(七)活性部位微环境的影响
四、酶催化反应机制的实例
(一)溶菌酶(lysozyme)
(二)胰凝乳蛋白酶
疏水口袋
活性位点残基
4.丝氨酸蛋白酶的催化机制
催化三联体
稳定His的正电形式
亲核攻击
锌蛋白酶 蛋白质 水解酶 丝氨酸蛋白酶 天冬氨酸蛋白酶 巯基蛋白酶
第10章 酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性部位 ( active site ) 活性中心(active center)
——与酶活力直接相关的区域
局限在酶分子的特定部位
活性中心
结合中心:与S结合 决定酶促反应的专一性
催化中心:促进S发生化学变化 决定酶促反应的性质
(一)必需基团
——与酶的催化活性直接相关的化学基团 常见:His咪唑基、Ser-OH、 Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-OH
COOCH2CH3
CH2 CH NH SO 2
COCH2Cl
TPE TPCK
CH3 H N
3
CH3 RCOCH2
2
N
3
RCOCH2Cl
+2
N
1
TPCK
His57-N3
N
1
E-His57
烷化失活
对甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲基酮(TPCK)
2.动力学参数测定法
活性部位AA残基解离状态和酶活性直接相关 通过动力学方法求有关参数, 对酶活性部位化学性质作出判断。
(1)非特异性共价修饰
——推测某基团是否在活性中心
某基团被修饰后: 酶活力改变:为必需基团
(2)特异性共价修饰
——试剂专一修饰活性部位某AA,使酶失活。
如:二异丙基氟磷酸(DFP)专一修饰E Ser-OH
E Ser OH
酶
+ (CH3)2CH O P
(CH3)2CH O O
F
ESer O
P
O
CH(CH 3) 2 CH(CH 3) 2
3.X射线晶体结构分析法
4.定点诱变法
利用定点诱变技术,改变编码蛋白基 因中的DNA顺序,改变其中某AA后,测定 酶活性的变化。
三、酶催化高效性的机制
• 诱导契合机制
酶与底物靠近 定向
酶与底物相互诱导变形
产物脱离
契合成中间产物
酶催化的本质:降低反应的活化能。
过渡态
非催化反应活化能
能 量 改 变
H+
AH
+
B+
+ E-COO-
A- +
E-COOH
E-COO- + H+
碱催化
酸催化
+
稳 定 活 性 中 心
使肽键失稳
吸 附 羧 氧 原 子
(四)共价催化
——酶活性中心亲电/亲核基团参与S敏 感键断裂的机制。
亲电基团——带正电荷性质的基团 亲核基团——带负电荷性质的基团
中间产物不稳定,断裂,形成产物,酶复原。
1、定义
别构调节:酶分子的非催化部位与某些化 合物可逆地非共价结合后发生构象的改 变,进而改变酶活性状态。
别构酶:具有别构现象的酶。
别构剂:能使酶分子发生别构作用的物质。
2、 别构酶的特点
别构激活剂
(1)多亚基
一部分亚基有活性中心, 另一部分有别构调节中心
别构抑制剂
①天冬氨酸转氨甲酰酶
COOO H2N C O O P O
a 、仅底物是别构调节物
底物是别构抑制剂
V V
1
1负协同
2米氏曲线
90%V
底物是别构激活剂
2
3正协同
3
10% V 0
[S]90%V [S]10%V
81
[S]
S曲线:正协同<81—V↑随[S]↑而加快
双曲线:负协同>81—V↑随[S]↑而减慢
b、当其他别构物参与调节时
V
别构激活
别构抑制 底物敏感区
位于活性中心
必需基团 活性中心以外, 稳定分子构象
非必需基团
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
(二) 酶活性部位的特点
1、几个残基+辅助因子(单纯/结合)
2、在空间构象上集中到一起(单体/寡聚) 3、疏水空穴 4、通过次级键与底物结合
5、与底物诱导契合
6、活性中心构象具有柔韧性和可塑性
5、所催化的反应有侧重点
如:
生理及临床意义
在代谢调节上起 着重要的作用; 用于解释发育过 程中阶段特有的代谢 特征; 同工酶谱的改变 有助于对疾病的诊断; 同工酶可以作为 遗传标志,用于遗传 分析研究。
酶 活 性
心肌梗死酶谱
正常酶谱肝病酶谱12 Nhomakorabea3
4
5
心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
1965年由Monod、Wyman和Changeux提出。 该模型的要点 :
2、序变模型(sequential model,也称KNF模型)
1966年由Koshland、Nemethy和Filmer提出。 该模型的要点 :
(二)酶原的激活
酶原(zymogen):酶的无活性的前体 酶原的激活:由无活性的酶原转变为有活 性的酶的过程。 酶原激活的意义:在特定的环境和条件下 发挥作用;避免细胞自身消化;有的酶原可 以视为酶的储存形式。
酶
AA残基
活性中心AA
核糖核酸酶 溶菌酶 胰凝乳蛋白酶
羧肽酶A 胰蛋白酶
124 129 241
307 223
HHKRDE D E H D S
R E Y Zn2+ H D S
二、研究酶活性部位的方法
1.酶分子侧链基团的化学修饰法
化合物
活性部位AA残基侧链基团
共价结合
↓
水解酶,确定一级结构位置
(不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。)