酶学分析ALT分析Km值

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准确地测得Km值和υmax值。若将米氏方程式进行变换,将曲线作图改为 直线作图,便可容易地用图解法准确求得Km值和υmax值。最常用的是 双倒数作图法,又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法,它将米氏方 程式等号两边取倒数,再以1/υ 对1/[S]作图,可得一直线,它在纵轴 上的截距为1/υmax,在横轴上的截距为-1/Km。
第四节
酶法分析
酶法分析是指应用酶作为工具的分析方 法,可以对酶的底物、辅酶、激活剂或抑制 剂进行定量分析。常用的方法有动力学分析 法、终点测定法和酶标免疫测定法。其中终 点测定法的应用最为普遍。所谓终点测定法
就是借助某种酶的作用,使被测物质定量地
进行转变。在转化完成后,测定底物、产物 或辅酶等物质的变化量。它可分为单酶反应 定量法和偶联酶反应定量法。
3.酶的转换数
指每秒钟每个酶分子转换底物的微摩尔数(μmol/s),它相 当于一旦底物一酶(ES)中间复合物形成后,酶将底物转换为产物 的效率。
第三节
酶促反应动力学
酶促反应动力学研究的是酶促反 应速度及其影响因素。这些因素包括 底物浓度、酶浓度、pH、温度、激活 剂、抑制剂等。酶促反应动力学的研 究具有重要的理论和实践意义。
2.可逆性抑制作用
可逆性抑制作用的抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可
逆性结合,使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除 去,使酶恢复活性。可逆性抑制作用的类型大体可分为以下三种:
(1)竞争性抑制作用:抑制剂与酶的底物结构相似,可与底物 竞争酶的活性中心,从而阻碍酶与底物结合形成中间产物。这类抑 制作用使酶的Km增大,但不改变酶的υmax 。
一、酶的分离
1.材料的选取
在酶的分离过程中,首先应该考虑的一个问题是如何选择材料。同 一种酶在不同组织细胞中的含量可能相差千倍或上万倍,因此,如果不 是对某种酶在各组织中的含量进行比较分析或是某些特殊需要,一般选 择含量丰富的材料进行提纯。
2.细胞的破碎
常用的细胞破碎方法有:(1)绞碎、匀浆、高速组织捣碎机捣碎等; (2)对于细胞壁较厚的微生物材料,通常采用加石英砂研磨、超声波破碎、 反复冻融等方法;(3)对于细胞膜上的酶还可以采用有机溶剂处理、去垢 剂处理等。
第二节
酶的活力测定
一、酶活力与酶反应速度
1.酶活力 酶活力(Enzyme Activity)是指酶催化化学反应的能 力,也即酶催化某一化学反应的反应速度。检查酶的含量 及存在,不能直接用重量或体积来表示,通常用它催化某 一特定反应的速度来表示,即用酶的活力来表示。由于酶 活力受温度、pH等环境因素的影响很大,在进行酶活力测 定时,必须使这些因素保持恒定。
使酶失活的方法终止酶反应,但时问较难控制。该法工作
量大,本身包含一定的误差,对速度快的反应常不易得到 十分准确的结果。
2.比色法
比色法是根据底物和产物在某~波长上有明显的特征 吸收差别建立起来的连续观测方法。
3.荧光法
利用酶反应的底物、产物或辅助物具有荧光,通过测荧光强度变化来 测酶活力。例如,某些脱氢酶的辅酶NADH(或NADPH)的中性溶液能发出强 烈的蓝白色荧光(460nm),而NAD+(或NADP+)则没有。用荧光法测酶活力 时,通常以单位时间内荧光强度的变化来表示。 荧光法的优点是灵敏度极高,比分光光度法还要高2~3个数量级,故 特别适用于酶量或底物量极低的快速酶分析。其缺点是:荧光读数与浓度 之间没有直接的比例关系,而且常因测定条件(如温度、散射、仪器等)的 不同而不同。
第四章
酶学分析
酶(Enzyme)是生物体内具有催化功能的蛋白质,又叫生物催 化剂。生物体内的化学反应几乎都是在酶的催化下进行的,因此 酶学的研究,对于了解生命活动的规律,阐明生命现象的本质以 及指导有关的医学实践和工农业生产都有重要意义。
第一节
酶的分离纯化
酶的化学本质是蛋白质,故 适用于蛋白质的分离纯化方法一 般也适用于酶的分离纯化。
1.米-曼氏方程式
1913年,L.Michaelis和M.L.Menten提出了反应速度与底物浓度关系 的数学方程式,即著名的米一曼氏方程式,简称米氏方程式,即:
式中υmax为最大反应速度,[S]为底物浓度,Km为米氏 常数,υ是在不同[S]时的反应速度。
2.Km值和υmax值的测定
由于底物浓度对反应速度影响的关系曲线是矩形双曲线,因此很难
4.电化学法
包括离子选择性电极测定法、氧电极测定法及电流测 定法等。
5.同位素法
用同位素标记底物,随着酶催化反应的进行,一部分标记的
底物将转化为产物。反应终止后,分离底物和产物,测底物的放 射性减少量或产物的放射性增加量。常用于底物标记的同位素有
3H、14C、32P、35S和131I。同位素法的特点是灵敏度极高,但操作
一是测定完成一定量反应所需的时间,即在一定条件 下将全部底物转化为产物所需的时间。所需的时间愈短, 酶活力愈高;反之则活力愈低。由于反应时间很难精确控 制,这种方法很少应用。 另一种方法是测定在最适宜条件下,单位时间内底物 的减少量或产物的增加量。由于在实验中底物往往是过量 的,反应中底物的转化仅占总底物的极小一部分,不易测 准;而产物则从无到有,只要方法足够灵敏就可以准确测 定,故常采用后一种方法。酶促反应速度的单位是浓度/ 单位时间。
从组织中抽提所需要的酶往往用缓冲液抽提,这样可以避免由于 pH的突然变化而导致酶的失活。低温(O~4℃)操作更宜。
二、酶的纯化
随着科学技术水平的不断提高,酶的分离纯化手段也不断
增加,尽管方法多样,但大致可归纳为以下几类:
1.沉淀法
2.层析法
3.电泳法 4.结晶
1.沉淀法 常用的有盐析法、聚乙二醇沉淀法、等电点沉淀法、 有机溶剂沉淀法、热变性沉淀法等。
二、测定方法
测定产物增加量或底物减少量的方法很多,常用的方法有 化学滴定、比色、比旋光度、气体测压、紫外吸收测定、电化学 法、荧光测定及同位素技术等。具体选择哪一种方法,要根据底 物或产物的物理化学性质而定。
1.化学法
这是一种取样法。终止酶反应通常采用加入酶的变性 剂的方法。如果反应底物或产物热稳定性好,也可用加热
一、单酶反应定量法
1.底物含量的测定 单酶反应只应用一种酶进行催化,如下式所示
S
E
P
用这种反应作底物定量时,可以测定底物的减少量,也可 以测定产物的增加量。对含有辅酶的酶,测定辅酶的变化量也 是有效的方法。

最适pH也不是酶的特性常数,它受底物浓度、缓冲液的种类与 浓度,以及酶的纯度等因素的影响。溶液pH高于或低于最适pH时, 酶的活性降低,远离最适pH时甚至会导致酶的变性失活。因此在测 定酶的活性时,应选用pH适宜的缓冲液以保持酶活性的相对恒定。
五、激活剂对反应速度的影响

使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂 (activator),可分为必需激活剂和非必需激活剂。必需激活剂大多 为金属离子,如Mg2+、K+、Mn2+等,它们对酶促反应是不可缺少的, 否则将测不到酶的活性。非必需激活剂是指激活剂不存在时,酶仍有 一定的催化活性,但它的存在能提高酶的催化活性。
烦琐、费时,有放射性,操作者须特别小心。
三、酶的活力单位(U)及比活力
酶活力的大小也即酶量的大小,用酶的活力单位来度量。
1.酶的活力单位
Biblioteka Baidu
1976年国际酶学生化学会委员会规定:1个酶活力单位,是 指在特定条件下,1分钟内能将l微摩尔(μmol)底物转化为产物 所需的酶量,或是转化底物中1微摩尔的有关基团的酶量。 在临床上酶活力单位常用习惯表示法。如对血清谷丙转氨酶
3.电泳法 电泳法是利用酶蛋白所带电荷和分子量大小与其他杂蛋白 的不同而达到分离的目的。酶纯化中常用的电泳有聚丙烯酰胺 凝胶电泳、等电聚焦等,详见本书第二章。
4.结晶
结晶主要是利用酶蛋白在硫酸铵等溶液中的溶解度随
着温度升高而降低的特性将酶进行提纯。达到一定纯度的 酶才可以结晶,同时结晶本身也是一种提纯的方法。用于 结晶的酶制剂只要纯度达到50X以上就可以了。
2.酶反应速度
酶活力测定常采用测反应初速度的方法。底物浓度的变化在
起始浓度的5%以内的速度为初速度。底物浓度太低时,5%以下 的底物浓度变化不易测准,所以在测酶活力时,往往使底物浓度 足够大,这样酶促反应对于底物来说是零级反应,而对于酶来说 却是一级反应,由此测得的速度就能较可靠地反映酶的活力。
测定酶活力有两种方法:


酶的最适温度不是酶的特征性常数,它与反应进行的时间有关。酶可 以在短时间内耐受较高的温度。相反,延长反应时间,最适温度便降低。
四、pH对反应速度的影响

酶分子中的许多极性基团在不同的pH条件下解离状态不同,所
带电荷的种类和数量也各不相同,酶活性中心的某些必需基团往往
仅在某一解离状态时才具有最大的催化作用。此时的环境pH称为酶 促反应的最适pH。动物体内多数酶的最适pH接近中性。
(1)盐析法:
盐析用的盐通常有硫酸铵和氯化钠等。由于硫酸铵溶解度 大,对大部分酶无毒副作用,且在浓度较高时对一些酶还有稳
定作用,易透析除去,故盐析绝大多数都用硫酸铵。
(2)聚乙二醇沉淀法: 聚乙二醇是最常用的分离核酸和蛋白质的沉淀剂。在部 分纯化的酶溶液中,缓慢加入聚乙二醇,使溶液达到混浊, 可以使某些酶以结晶的形式沉淀下来,使酶的提纯效果提高 3~5倍,且很少引起酶的失活。
二、酶浓度对反应速度的影响

在酶促反应系统中,当底物浓度大大超过酶的浓度,使酶被底物饱 和时,反应速度与酶的浓度成正比例关系。
三、温度对反应速度的影响
酶是生物催化剂,温度对酶促反应速度具有双重影响。温度升高时, 一方面可加快酶促反应速度,同时也增加酶的变性。综合这两种因素,酶 促反应速度最快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。温血动物中酶的 最适温度多在35~40℃之间。温度高于最适温度时,反应速度则因酶变性 而降低。
(3)等电点(pI)沉淀法:
酶蛋白在等电点处溶解度最小,易于沉淀,因此可以通过调节介质的pH
值对酶进行提纯。但由于蛋白质在pI附近一定范围的pH值溶液中都可发生沉 淀,而且相当多蛋白质的pI很接近,所以该法的提纯效果及回收率均不理想,
一般只用在酶的粗分离阶段。
(4)有机溶剂沉淀法: 常用的有机溶剂有乙醇、丙酮和甲醇等。该法是一种比较有效的分离 提纯方法。为了避免酶蛋白变性,须在低温(-5~-10℃)下进行分离提纯。
(ALT)活力单位按King氏法定义为:每100ml血清在37℃,pH-7.4
条件下与底物作用60 min,生成1μmo1丙酮酸为1个活力单位。
2.酶的比活力
比活力的大小,就是酶含量的大小,即酶蛋白所具有的酶活 力,一般用活力单位/毫克蛋白(U/mg蛋白)来表示,有时也用 每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少个活力单位来表示(单位/ 克或单位/毫升)。
一、底物浓度对反应速度的影响

在其他因素不变的情况下,底物浓度对反应速度影响的关系曲线呈 矩形双曲线。在底物浓度较低时,反应速度随底物浓度的增加而急剧上 升,两者成正比关系;随着底物浓度的进一步增高,应速度的增幅度不 断下降;如果继续加大底物浓度,反应速度将不再增加,此时酶的活性 中心已被底物饱和。
六、抑制剂对反应速度的影响

凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的 抑制剂。根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同,对酶的抑制作用分为 可逆性抑制与不可逆性抑制两类。
1.不可逆性抑制作用
不可逆性抑制作用的抑制剂通常以共价键与酶活性中心或活性中心
以外的必需基团相结合,使酶失活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方 法予以去除。
(2)非竞争性抑制作用:抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合, 不影响酶与底物的结合,酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结
合。这类抑制作用使酶的 υmax 降低,但不影响酶的Km。
3.反竞争性抑制作用
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合,使中问产物的量下降。 这类抑制作用同时降低反应的 υmax 和Km值。
(5)热变性沉淀法:
对于热稳定酶(如酵母醇脱氢酶),可利用温度控制,将杂蛋白变性沉 淀除去。该法提纯效果很好,但在操作时要防止局部过热,一般用比变性
温度高l0℃的水浴迅速升温,在变性温度下保持一定时间后,用冰迅速冷
却。
2.层析法
酶纯化中常用的层析法有:吸附层析、离子交换层析、 凝胶层析及亲和层析等,详见本书第三章。
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