生物化学PPT课件：酶

k1
ES
[ES]生成速度：v1 k1Et ES S ，[ES]分解速度：v2 k1ES k2ES
米
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
氏 方 程 的 推 导
即： k1Et ESS k1ES k2ES
Et
S ES ES
S
k1 k1
k2
令： k1 k2 Km k1
则：KmES ESS Et S
类型：
专一性不可逆抑制剂
这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与
酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活 性丧失。
实例：有机磷杀虫剂
-Ser-OH
O-R X P O-R
O
O-R -Ser-O P O-R
O
第五节 酶的活性调节
一、 别构酶及酶的别构（变构）效应
二、 酶的多种分子形式
同工酶（isoenzyme）
C CC
无催化活性构象(T-型)
ATP（正效应剂） CTP（负效应剂）
C CC
RR RR RR
C CC
有催化活性构象(R-型)
别构酶的序变模型
SS
亚基全部 处于T型
S SS S
依次序变化
v，或任何v下的[s]。（用Km的倍数表示）
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）
可逆抑制剂
竞争性抑制剂 非竞争性抑制剂
竞争性抑制作用
E+S
+ I
ES
P+ E
实例：磺胺药物的药用机理
H2N-
-SO2NH2
对氨基苯磺酰胺
EI
叶酸
H2N-
-COOH
对氨基苯甲酸
蝶呤
对氨基苯甲酸 谷氨酸
非竞争性抑制作用
E+S
ES
P+ E
+
+
I
I
EI+S
ESI
实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+） 金属络合剂（EDTA、F-、CN-、N3-）
二、影响酶反应速度的因素
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
检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量”（质量、体积、 浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量， 即用酶的活力表示。
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。
最适 pH pH
温度与酶反应速度的关系
v • 在达到最适温度以前，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
• 酶的最适温度不是一个固 定不变的常数
温度
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-、Br有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
……
酶专一性类型
1 结构专一性 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
2 立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，
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
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
单分子酶促反应的米氏方程及Km
E S k1 ES k2 k1
米氏方程:
v
Vm ax S Km S
PE
米氏常数:
Km
k1 k1
k2
推导原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照
“稳态平 衡”假说的设想进行推导。
酶反应速度与底物浓度的关系曲线
S E k1 ES k2 P E
S Et ES
1、酶浓度
当S足够过量，其它条件固定且无不利因素时，v=k[E]
2、底物浓度 3、pH （最适 pH的概念） 4、 温度 （最适温度的概念） 5、激活剂 6、抑制剂
底物浓度对酶反应速度的影响
1、酶反应速度与底物浓度的关系曲线 （Michaelis—Menten曲线）
2、米氏方程的提出及推导 3、米氏常数的意义 4、米氏常数的测定
三、 酶原的激活
酶的别构（变构）效应
•概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称 为调节位点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物 结合到调节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提 高或下降，这种现象称为别构效应（allosteric effect）,具有 上述特点的酶称别构酶（allosteric enzyme）。 •实例：天冬氨酸转氨甲酰酶
* 每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶
EC 1. 大类
1. 亚类
1. 亚亚类
27 序号
第三节 酶的作用机理
一、 酶催化的中间产物理论 二、 酶的活性中心和必需基团 三、 酶作用专一性机理 四、 与酶的高效率有关的主要因素
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。
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
影响对酶反应速度的因素
反竞争性抑制作用
E+S
ES
P+ E
+
I
ESI
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
竞争性抑制曲线
非竞争性抑制曲线
反竞争性抑制曲线
非专一性不可逆抑制剂
抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些 基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
酶作用专一性机理
锁钥学说：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。
诱导契合学说：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。
第一节 酶的概念及作用特点
一 、酶及生物催化剂概念的发展
二、 酶作用的特点
• 极高的催化效率 • 高度的专一性 • 易失活 • 活性可调控 • 有的酶需辅助因子
三、 酶专一性类型 四、 酶的化学本质
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
3、酶活力的表示方法 4、酶活力测定方法：终点法 动力学法
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
(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
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 金属有机物 小分子有机物
单体酶
寡聚酶
多酶复合体
第二节 酶的命名和分类（略讲）
一、 命名：习惯命名；系统命名 二、 国际系统分类法及编号
*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，4.裂合 酶类，5.异构酶类，6.合成酶类
（anspartate transcarbamoylase，ATCase） •别构酶活性调节机理：序变模型和齐变模型
酶的别构（变构）效应示意图
效应剂
别
构
活性
中
中心
心
a--非调节酶 b--正协同别构酶
的S形曲线
别构酶的动力学曲线
ATCase的结构及其 催化链的别构过度作
用
CC C
RR RR RR
米氏方程的双倒Leabharlann Baidu形式：
1 Km 1 1 — = —— . — + ——
v Vmax [S] Vmax
酶动力学的双倒数图线
酶促反应初速度的概念
[P]
斜率=[P]/ t = V（初速度） t
pH对酶反应速度的影响
v
•过酸过硷导致酶蛋白变性
•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
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
将（4）代入（3），则：
所以 Vm k2 Et
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 , Asp102 , Ser195
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
第四节 影响酶促反应速度的因素 （酶促反应动力学）
一、酶促反应速度的测定与酶的活力单位
Ser195
102Asp
Ser195
His57 A.酶分子中的电荷中继网
His57 Asp102
胰凝乳蛋白酶分子 中催化三联体构象
102Asp
His57
Ser195 底物
B.加上底物后，从Ser转移一个质子给His， 带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电 相互作用被稳定
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）
第四章 酶
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
功能以及酶的作用机理，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。
思考
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 酶的作用机理 第四节 影响酶促反应速度的因素 第五节 酶的活性调节 第六节 酶工程简介 第七节 维生素和辅酶
底物 结合底物
His57 质子供体
形成共价 ES复合物
C-N键断裂
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）
羰基产物释放
四面体中间物 的瓦解
羧基产物释放
水亲核攻击
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。 实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）
金属螯合剂：EDTA
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：不可逆抑制剂 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
非专一性不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂
对其立体异构也有一定的要求
类别：旋光异构专一性和几何异构专一性
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。
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。
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。
酶专一性的“锁钥学说”
酶专一性的“诱导契合学说”
四、与酶的高效率有关的主要因素
1、 邻近与定向效应 2、 诱导契合与底物扭曲变形 3、 共价催化 4、 酸硷催化 5、微环境影响
实例: 胰凝乳蛋白酶 （ chymotrypsin）
酶分子中可作为亲核基团和酸硷催化的功能基团
Ser195 His57 Asp102