酶动力学

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第一节 概述
一、酶的概念及特点(掌握) (一)酶的概念
定义:酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生 物催化剂。 酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多 种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。 生物学意义 能在体内十分温和的条件下高效率地起催化作用, 并通过自我调节使生物体内各种物质处于不断的 有序的代谢之中。
k1
v = ——————
km + [ S]
Vmax · [S]
(km>>[S],v = k[S]; km <<[S],v = Vmax)
2、推导 米切尔、曼顿 平衡态米氏方程推导
S + E
k1 k2
ES
k3
E+P
设酶总浓度为[E0],底物总浓度为[S], 游离酶浓度为[E]= [E0]-[ES], 剩余底物浓度为[S´]=[S]-[ES]= [S] v1=K1[E][S´]=K1([E0]-[ES])[S] v2=K2[ES] v3=K3[ES] 1913年Michaelis-Menten认为反应1、2迅速建立平衡,即 K1([E0]-[ES])[S]= K2 [ES] 整理得 K2 K1 ([E0]-[ES])[S] = [ES]
最常用分光光度法 直接比色分析法 化学偶联分析法 酶偶联分析法
2、分离纯化
工业上大多采用微生物发酵的方法来获得大量酶制剂。
优点:不受气候、地理条件的限制,动、植物体内的酶大多 可从微生物体内找到,微生物繁殖快,产酶量丰富。还可以 通过选育菌种来提高酶的产量和用廉价原料大量生产。 酶分离纯化的三个基本步骤:抽提,纯化,结晶或制剂。
v
[S]
一、中间产物学说
Henri和Hurtz提出(熟悉)
k1 k3 S + E ES E+P k2 当底物浓度很低时,有多余的酶没与底物结合,随着底 物浓度的增加,中间络合物的浓度不断增高。
当底物浓度较高时,溶液中的酶全部与底物结合成中间产 物,虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。
二、 米氏方程式(Michaelis-Menten equation)(重点难点) 1、方程 k2 + k3 设 km= ——
3、加入稳定剂;4、固定化;5、干燥。
六、核酶、抗体酶、同工酶(熟悉)
1、核酶
具有催化功能的RNA。
2、抗体酶
具有催化功能的免疫球蛋白(抗体)。
3、同工酶
催化相同反应但组成、结构、调节、分布 等不同 的一组酶
乳酸脱氢酶 M (LDH)
H M M M M M4 M M M H M3 H M M H H M 2 H2 M H H H MH3 H H H H H4
速度测定原则 测初速度 (ΔS/S0<5%) S/P易测者,但以P为佳 [S]>>[E],条件最适,无抑制激活剂
(2)酶(活力)单位: (U,IU)
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。
国际单位 在最适的反应条件(25℃)下,每分钟内 催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单 位,即
6molH O /秒 1mol 过氧化氢酶 5 × 10 2 2 2H2O + O2 1mol离子铁 6×10-4molH2O2 /秒
室温20小时后,1mol过氧化氢酶 50molH2O2/秒 1mol离子铁 说明() 易失活 6×10-4molH2O2 /秒
肝脏内有糖原有葡萄糖,有糖原水解酶有糖原合成酶,但同 一时间,要么合成糖原,要么水解糖原,合成与水解绝不会 同时进行 说明() 活性可调
包埋法:使酶包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。
偶联法:使酶通过共价键连接于适当的不溶于水的载体上。 交联法:使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。
酶反应进程曲线
10
20
30
40
50 60 min
八、动力学有关概念(了解) 1、酶促反应速度
反应速度 单位时间内底物或产物的变化量
2H2O2
6molH O /秒 1mol 过氧化氢酶 5 × 10 2 2 2H2O + O2 1mol离子铁 6×10-4molH2O2 /秒
说明()
高效
蛋白质+淀粉+ 脂肪+浓硫酸 氨基酸+葡萄糖+甘油+脂肪酸+
破坏的色氨酸+脱水葡萄糖+…
蛋白质+淀粉+ 脂肪+淀粉酶 说明() 专一 葡萄糖
2H2O2
金属激活剂 :金属离子作为辅助因子。
酶的催化专一性主要决定于膜蛋白部分,辅因子通常是 作为电子、原子或某些化学基团的载体。
3、单体酶、寡聚酶和多酶复合物
单体酶(monomeric enzyme):() 寡聚酶 (oligomeric enzyme):()
多酶复合物 (multienzyme system):()
附 酶的应用
工业上酶应用的优点:
1. 酶的催化效率高,专一性强,不发生副作用。 2. 酶作用条件温和。
3. 酶及其反应产物大多无毒性。
酶的固定化就是把水溶性酶经物理(吸附法与包埋 法)或化学方法(共价偶联法与交联法)处理后, 使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶 于水的状态。
吸附法:使酶被吸附于惰性固体的表面,或吸附于离子交换剂上。
OH OH
绝对专一性:只能作用于某一底物。
O 脲酶:H2N—C—NH2 + H2O 2NH3 + CO2
立体异构专一性 旋光异构专一性 D-、L-;α、β 几何异构专一性 顺、反
2、专一性机理
锁钥学说
诱导契合学说
见下章
五、酶活力测定及分离纯化(掌握)
1、酶活力的测定
(1)活力
酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。 用在一定条件下所催化的某一化学反应的速度来表示。
提取、纯化的酶
给酶加减基团后性能改变的酶 不溶于水而保持活性的酶 人工合成的有催化活性的有机分子。
2、生物酶工程
用基因重组技术生产或对酶基因修饰或设计新基因, 从而生产性能稳定、具有新的生物活性及催化效率 更高的酶的技术。 克隆酶 突变酶 新酶 用基因重组技术由受体生物合成的酶 对酶基因修饰后导入受体生物合成的酶 人工设计的基因导入受体生物合成的酶
族(基团)专一性 相对专一性 绝对专一性
结构专一性 酶作用的 专一性 立体异构专一性
族专一性:可作用于一类或一些结构很相似的底物。
O 酯酶:R—C—O—R′ + H2O
CH2OH
RCOO- +R′OH + H+
CH2OH
5
α-葡萄糖 OH 苷酶 OH
5
O
1
O
1
O R
+H2O
OH
OH OH
+ ROH
二、酶的化学本质与组成(掌握)
1、酶的化学本质
()年()首次从()制备出()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。
酶是蛋白质的证据:其组成、结构、性质与蛋白质一样
2、化学组成
单纯酶 酶 结合酶 (全酶)= 酶蛋白 + 辅因子 辅酶 :与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 辅因子 辅基 :与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。
三、酶的分类与命名(了解)
(一)酶的分类
1961年国际酶学委员会(Enzyme Committee, EC)根据 酶所催化的反应类型和机理,把酶分成6大类: 1. 氧化还原酶类:() (1)脱氢酶类:() (2)氧化酶类 () (3)过氧化物酶 () (4)加氧酶(双加氧酶和单加氧酶)()
2. 转移酶类:() 3. 水解酶类:() 4. 裂解酶类:() 5. 异构酶:() 6. 合成酶类:()
K1([E0]-[ES])[S]= K2 [ES]+ K3 [ES] 整理得 K2+ K3 K1 = ([E0]-[ES])[S] [ES]
单分子反应 仅有一个底物分子参加的反应 v = -dc/dt = +dc/dt = kc 双分子反应 有两个底物分子参加的反应 v = dc/dt = kc1c2
2、反应级数
一级反应 反应速率只与底物浓度的一次方成正比的反应 即单分子反应速度
二级反应 反应速率与底物浓度二次方或两种底物浓度 积成正比的反应 即双分子反应速度 但有些双分子反应的级数是一级。 如水解反应,水是介质,参与反应的忽略。
有关概念 酶促反应 底物(S) 产物(P) 途径 循环 原始底物 中间产物 最终产物
表示方法 E S→P E S P E2 Ei En S+s-E1 →P1 -→Pi -→Pn -→P p1 s1 pi si pn sn p
(二)酶作用的特点
酶具有一般催化剂的特征 ()
酶的催化特点(与化学催化剂不同)
1IU=1μmol/min 卡达尔 在最适条件下,每秒钟内使一摩尔底物转化 为产物所需的酶量定为1kat单位,即
1kat=1mol/s
1kat = 6×107IU 自定义
(3)比活力
单位酶制剂中的活力单位数 活力单位数/毫克或摩尔酶制剂
(4)测定方法
求出速度,除以活力单位,即为单位数 速度测定常用方法 分光光度法 荧光光度法 同位素标记法 电化学法
零级反应 反应速度与底物浓度的反应
3、影响酶促反应速度的因素
影响酶促反应速度的因素有酶浓度、底物浓度、 抑制剂、激活剂、温度、pH值
研究某一因素的条件同测定反应速度的条件
第二节 底物浓度对酶促反应速度的影响
底物浓度对酶反应速度的影响
Vmax
零级反应 v = k [E] 一级反应 v = k [S]
定义K2/K1为Ks,命名为中间产物解离常数 即 Ks= ([E0]-[ES])[S] [ES] [E0][S] Ks+ [S]
解出[ES]得
[ES]=
∵ 反应速度v = K3 [ES]
∴ v=
K3 [E0][S]
Ks+ [S]
∵ K3 [E0] = Vmax ∴ v= Vmax [S] Ks+ [S]
乳酸脱氢酶 EC 1.
EC:1.1.1.x催化的反应都是 -C-OH+NAD(P)+→-CO-H+NAD(P)H+H+
黄嘌呤氧化酶 EC:1.
2氧化基团-CO第3亚亚类,H受体为O2 该酶在亚亚类中的流水编号
(二)酶的命名
有两种方法:系统名、惯用名。
系统名:底物名称:底物名称+反应类型+酶
乳酸 + NAD+
丙酮酸 + NADH + H+
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,有的加来源。
乳酸:NAD+氧化还原酶 蛋白质水解酶 乳酸脱氢酶 (胰、胃、木瓜)蛋白酶
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。
四、酶作用的专一性(重点难点)
1、酶作用的专一性
生物学功能 作为遗传指标,用于遗传分析 作为个体发育阶段指标 调节代谢 作为基因表达的指标 用于杂种优势预测 用于疾病诊断
七、酶工程简介(了解)
酶工程
研究酶的生产、纯化、固定化、修饰和改造以及在 工、农、医、科学等领域的应用的技术。
1、化学酶工程
通过对酶的化学修饰、固定化处理,改善其性质以提高 酶效率和降低成本,甚至人工合成酶的技术。 天然酶 修饰酶 固定化酶 人工模拟酶
方法:1.根据溶解度不同(盐析法、有机溶剂沉淀法、等 电点沉淀法、选择性沉淀法); 2.根据酶与杂蛋白分子大 小的差别(凝胶过滤法、超离心法);3.根据酶和杂蛋白 与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同(吸附分离法);4. 根据带电性质(离子交换层析法、电泳分离法、等电聚焦 层析法);5.根据酶与杂蛋白的稳定性差别(选择性变性 法);6.根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲 和作用(亲和层析法)。
伯瑞格斯、哈尔丹 稳态米氏方程推导 k1 k3 S + E ES E+P k2 设酶总浓度为[E0],底物总浓度为[S], 游离酶浓度为[E]= [E0]-[ES], 剩余底物浓度为[S´]=[S]-[ES]= [S]
v1=k1[E][S´]=K1([E0]-[ES])[S] v2=K2 [ES] v3=K3 [ES] 1925年Briggs-Haldane认为反应中[ES]不变,即稳态
编号 EC n1 n2 n3 n4
EC:n1.n2.n3.n4 国际酶学委员会 据反应性质分六大类 n1下再分亚类 n2下再分亚亚类 在亚亚类中的排行 1. 1. 27
第1大类,氧化还原酶 第1亚类,氧化基团CHOH 第1亚亚类,H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号
n1=1——6 n2=1——i n3=1——i n4=1——i
酶的纯化倍数与产率计算: 比活力 = 活力单位数/ 毫克蛋白(氮)
每次比活力 纯化倍数 = —————— 第一次比活力
每次总活力 产率%(回收率)= —————— ×100 第一次总活力
酶的纯化鉴定:聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法等
酶的保存:1、低温(0~4℃,-20℃);2、高浓度较稳定;
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