酶学PPT教学课件

最适 温度
温度
5、激活剂对酶作用的影响
凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）
类别
金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 阴离子： Cl-是唾液淀粉酶的激活剂 有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽
金属螯合剂：EDTA
实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 羧肽酶（ribonuclease）
胰
凝
乳
Ser
蛋
白
酶
的
活
性
中 His
Asp
心
活性中心重要基团: His57 , Asp（天）102 , Ser（丝）195
为Tyr 酪248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
活性中心
B6
生物素 泛酸 叶酸
反应中的作用 转移醛基 转移氢原子 转移氢原子
转移氨基、氨基酸脱羧 酶（CO2） 固定CO2 酰基转移 一碳单位活性载体
第二节 酶的命名和分类
一、 命名：习惯命名；系统命名
二、 国际系统分类法
*国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶 分成六大类：
1.氧还原酶类 2.移换酶类 3.水解酶类
➢ 小分子有机化合物：维生素等 传递电子、质子或某些化学基团
附表 B族维生素与辅基或辅酶的关系
酶的名称 氧化脱羧酶 黄素酶 脱氢酶
转氨酶
羧化酶 酰化酶 一碳单位 转移酶
辅基（辅酶） TPP FMN、FAD
NAD+、 NADP+ 磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺 生物素
辅酶A
四氢叶酸 （THFA）
维生素 B1 B2 PP
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
二、酶的活性中心
1、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接
有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性 部位（active site），参与构成酶的活性中心和维持酶 的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。
酶的专一性
概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学 结构的特殊要求和选择
类别：绝对专一性和相对专一性
绝对专一性和相对专一性
绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格， 只作用于一种底物，不作用于其它任何物质，如脲酶仅 作用于尿素。
相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述绝 对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化 学键。
S
k2
k1
k3
令： k2 k3 Km k1
则：KmES ESS Et S
经整理得： ES
Et S Km S
(1)
由于酶促反应速度由[ES]决定，即 v k2 ES
，所以 ES v (2)
k2
将（2）代入（1）得：
v k2
Et S Km S
v
k2Et S Km S
(3)
当[Et]=[ES]时， v Vm
一、多酶体系和多酶复合体
细胞中的许多酶常常是 在一个连续的反应链中起 作用，即前一个反应的产 物是后一个反应的底物， 在完整细胞内的某一代谢 过程中，由几个酶形成的 反应体系，称为多酶体系 （multienzyme system）。
如果体系中几种酶彼此 有机地组合在一起。精巧 地镶嵌成一定的结构，即 形成多酶复合体。这种结 构即能提高反应途径的效 率，又能增强调控的准确 性。
一、酶的活力与测定
二、影响酶作用的因素
1、酶浓度 2、底物浓度 3、pH 4、 温度 5、激活剂 6、抑制剂
酶促反应速度的测定与酶的活力单位
1、酶促反应速度的测定 初速度的概念 2、酶活力
酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通 常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。
3、酶活力的表示方法 4、酶活力测定方法：终点法 动力学法
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
消化道蛋白酶作用的专一性
酶的化学本质及类别
据酶分子 组成分类
据酶蛋白 特征分类
单纯蛋白质酶类
酶蛋白质
结合蛋白质酶类
金属离子
辅助因子 小分子有机物
单体酶
寡聚酶
多酶复合体
辅助因子
辅酶(结合疏松） 辅基(结合紧密）
➢ 金属离子：常见的有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+ 维持酶的活性构象 在酶与底物间起桥梁作用，将酶与底物联结起来
6、抑制剂对酶作用的影响
凡是使酶的必需基因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，叫酶的抑制剂（inhibitor） 。
类型：可逆抑制剂 不可逆抑制剂
应用：研制杀虫剂、药物 研究酶的作用机理，确定代谢途径
抑制剂类型和特点
不可逆抑制剂
可逆抑制剂
竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂
• 非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除 实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）
非竞争性抑制曲线
Vmax变小，Km不变
竞 争 性 底物与酶专一性结合 非 竞 争 性 抑 制 竞争性抑制作用 作 用 机 理 示 非竞争性抑制作用 意 图
竞争性抑制
非竞争性抑制
竞争性抑制
某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与 酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物 被 排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。
竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争 能力来消除。
举例：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制
竞争性抑制曲线
有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程
第五节 重要的酶类及酶活性的调节控制
一、多酶体系(multienzyme system) 二、别构酶(allosteric enzyme) 三、共价调节酶(covalent regulatory enzyme) 四、酶原(enzymogen或proenzyme)的激活 五、同工酶(isoenzyme) 六、抗体酶(abzyme)
•酶反应速度与底物浓度的关系曲线 （Michaelis—Menten曲线）
•米氏方程的提出及推导 •米氏常数的意义 •米氏常数的测定
单分子酶促反应的米氏方程及Km
E S k1 ES k3 k2
米氏方程:
v
Vm ax S Km S
PE
米氏常数:
Km
k2 k3 k1
酶反应速度与底物浓度的关系曲线
催化基团：位于催化部位的基团 酶的活性部位或活性中心：通常将酶
的结合部位和催化部位总称为活 性中心 结合部位决定酶的专一性。 催化部位决定酶所催化反应的性质。
三、酶作用专一性机理
锁钥学说(lock and key th0ery)：将酶的活性中心 比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入 到酶的活性中心。
酶促反应初速度的概念
[P]
斜率=[P]/ t = V（初速度） t
酶活力测定方法
终点法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应， 再用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。
动力学法:连续测定反应过程中产物\底物或辅酶 的变化量，直接测定出酶反应的初速度。
酶活力的表示方法
活力单位（active unit） 量度酶催化能力大小 习惯单位（U）: 底物(或产物)变化量 / 单位时间
将（4）代入（3），则：
所以 Vm k2 Et
(4)
v
Vm ax S Km S
米氏常数的意义
* 当v=Vmax/2时，Km=[S]（ Km的单位为浓度单位） * 是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的
数值，可鉴别酶。
* 可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合
力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。 •在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的 v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）
S E
S Et ES
k1 k2
ES k3 P E
ES
[ES]生成速度：v1 k1Et ES S ，[ES]分解速度： v2 k2ES k3ES
米
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
氏 方 程 的 推 导
即： k1Et ES S k2ES k3ES
Et
S ES ES
酶分子中直接和底物结合并起催化反应的部位 是酶分子上必需基团集中存在的区域
包括结合部位和催化部位
结合部位(Binding site)
酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结 合部位，位于结合部位的基团称为结合基团
结合部位与结合基团
催化部位与催化基团
催化部位(Catalytic site): 酶分子中 促使底物发生化学变化的部位称 为催化部位。
Vmax不变，Km变大
竞争性抑制
实例：磺胺药物的药用机理
H2N-
-SO2NH2
对氨基苯磺酰胺
H2N-
-COOH
对氨基苯甲酸
叶酸
蝶呤
对氨基苯甲酸
谷氨酸
非竞争性抑制
• 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并 导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性 中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。
第一节 酶的概念及作用特点
一 、酶的概念、具有一般催化剂的特点
二、 酶作用的特点
• 高效性 • 专一性 • 易失活 • 活性可调控 • 有些酶需辅助因子
三、 酶的化学本质及类别 四、 酶专一性类型
酶的概念
酶是由活细胞产生的一类具有生物催化作用的有 机物（蛋白质和核酸）
与无机催化剂相比
相同点：化学反应前后质和量不变 只催化已存在的反应 不改变反应的平衡常数 作用机理相同即降低反应的活化能
不可逆抑制作用
抑制剂与酶反应中 心的活性基团以共 价形式结合，引起 酶的永久性失活。 如有机磷化合物能
与许多种酶活性 中心丝氨酸残基 上的羟基结合， 使酶失活。
可逆抑制作用
➢ 抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性 暂时性
丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或 全部恢复酶的活性。
v Vmax [S] Vmax
酶动力学的双倒数图线
3、pH对酶反应速度的影响
•过酸过碱导致酶蛋白变性 v •影响底物分子解离状态 •影响酶分子解离状态 •影响酶的活性中心构象
最适 pH pH
4、温度与酶反应速度的关系
• 在达到最适温度 v
以前，反应速度随 温度升高而加快 • 酶是蛋白质，其 变性速度亦随温度 上升而加快
练习题：已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反 应速度达到最大反应速度的80％时底物的浓度应为多少？
米氏常数的测定
基本原则：将米氏方程变化成相当于 y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。
例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的双倒数形式：
1 Km 1 1 — = —— . — + ——
4.裂合酶类 5.异构酶类 6.合成酶类
第三节 酶催化作用的结构基础
一、 酶催化的中间产物理论 二、 酶的活性中心 三、 酶作用专一性机理
酶催化的中间产物理论
E S k1 ES k2 P E k 1
酶（E）与底物（S） 结合生成不稳定的中间 物（ES），再分解成产 物（P）并释放出酶，使 反应沿一个低活化能的 途径进行，降低反应所 需活化能，所以能加快 反应速度。
诱导契合学说(induced-fit hypothesis)：酶的活性中 心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶 蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团 正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合 而催化反应进行。
酶专一性的“锁钥学说”
酶专一性的“诱导契合学说”
第四节 酶促反应的动力学
1） 键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求，如二肽酶水解二肽。
2）基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键 以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一
个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香）
（硷性）
羧羧肽肽酶酶
（丙）
胃蛋白酶
第三章 酶学
主要内容：介绍酶的概念、作用特点 和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化 功能以及酶专一性及高效催化的策略，进 而讨论影响酶作用的主要因素。对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
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目录
第一节 酶的概念及作用特点 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶催化作用的结构基础 第四节 酶促反应的动力学 第五节 重要的酶类及酶活性的调控
国际单位（IU）: 1μmoL变化量 / 分钟 Katal（Kat）：1moL变化量 / 秒
比活力（specific activity） 量度酶纯度
总活力单位
比活力= 总蛋白mg数 = U(或IU) mg蛋白 转换系数（Kcat） 量度转换效率
底物（ μ moL）/ 秒·每个酶分子
2、底物浓度对酶反应速度的影响