生物化学第五章酶化学

可逆抑制剂
抑制剂与酶蛋白的结合是可逆的，与酶的 结合是建立在解离平衡的基础上，可以通 过透析等物理方法去除抑制。 根据抑制剂与底物结合的关系可以分为： 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 Ki的含义
竞争性抑制
有些抑制剂与酶的底物具有相似的结构，抑制剂 与底物相竞争的与酶结合，抑制了酶与底物的结 合，降低了反应的速度，这类抑制剂就是竞争性 抑制剂。
米氏方程的变形
多底物酶促反应
米氏方程仅仅适合于 单底物酶促反应，而 大多数情况下，酶促 反应多为多个底物。 双底物反应机制： 1. 顺序机制 2. 乒乓机制
顺序机制
• 在产物释放前，各种底物必须与酶结合， 形成过渡性的酶和各种底物的多元复合物。 ① 有序顺序机制：两种底物与酶结合的先后 顺序是确定的，不能改变。第一底物、第 二底物。 ② 随机顺序机制：底物和酶结合的顺序是随 机的，产物释放也是随机的。
温度对酶促反应速度的影响
最适反应温度：在 一定的温度下表现 出酶的最大活力， 即拥有最大反应速 度的温度就是最适 温度。 温度系数：在达到 最适温度前，反应 温度每提高10度， 其反应速度所增加 的倍数就是温度系 数。
激活剂对酶促反应速度的影响
① ② ③ 凡是能够提高酶活性的物质，就是激活剂。 根据激活剂的分子大小可分为3类： 无机离子 中等大小的有机分子 酶原的激活
米氏方程推导的前提
① 假定测定的速度为初速度，这时产物生成 很少，逆反应可以忽略不计； ② 底物浓度远大于酶浓度。即E全部生成ES 复合物； ③ 假定在测定初速度的时候，底物浓度不断 下降，产物一开始上升，而且之后在相当 长时间内保持恒定，这时的ES生成和消 失速度相等，达到恒态。
米氏方程的含义
酶催化反应的独特性质
1. 酶催化反应可以分为2类，一类是仅仅涉及到电 子的转移，速率在108S-1 ，一类是涉及到电子 和质子或者其他基团的转移，速率在103S-1 ， 大多数属于后一类； 2. 酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和 辅酶为媒介的； 3. 酶催化反应最适pH值范围常常比较小； 4. 与底物相比较，酶分子很大，而活性中心通常 只比底物稍大一点； 5. 酶除了具有进行催化反应所必需的活性基团外， 还有别的特性，使反应更有利。
Km值的作用
• 可以鉴定酶，Km值是酶对特定底物的特征常数。 给定温度、离子强度、pH值，特定的底物和酶都 有固定的Km值； • Km值可以判断酶的专一性和天然底物，当酶可 以作用于几个底物的时候，Km值最小的底物即 为该酶的天然底物； • 已知某酶的Km值，可以估计某一底物浓度时V相 对于Vmax的百分率； • Km值可以帮助判断某一代谢反应的方向和途径， 可逆反应的2个方向Km值是不一样的。
酶活性中心的特点
• 酶的活性部位在酶分子中只占相当小的部分，通 常只有1~2%； • 酶的活性部位是一个三维实体，由酶的一级结构 决定，且在一定外界条件下形成； • 酶的活性中心并不是和底物的形状完全互补的， 而是在底物与酶结合的过程中互相发生变化而互 补的； • 酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内， 在此裂缝内底物的有效浓度可以达到很高； • 底物通过次级键较弱的结合到酶上； • 酶的活性部位具有柔性或者是可运动性。
酶的活性中心
• 我们把酶分子上，直接与底物结合并起到化学催 化作用的部位叫做酶的活性中心或者活性部位。 • 底物大小和形状与活性中心不同时不能结合，结 合必须有一定的作用力存在 • 酶的活性中心分为两个部分：结合部位和催化部 位。 • 酶的活性中心的基团也叫做酶的必须基团，它只 占酶分子的很小的一部分。 • 酶活性中心的特点
乒乓机制
• 在各种底物与酶全部 结合之前，就有一种 或者多种产物释放， 即各底物与酶不可能 同时结合形成复合物。
酶浓度对酶促反应速度的影响
前提：当酶促反应中，底物浓度足够大的时候， 如果增加酶的浓度，那么，反应速度将跟酶的 浓度成正比。 如果酶的浓度相对于底物而言是高酶浓度的话， 酶促反应动力学方程不再符合米氏方程。
竞争性抑制
• 用双倒数法作图可以得到， 在有抑制剂和酶没有抑制 剂的时候，最大反应速度 是没有变化的，而Km值发 生了变化。 • 特点：Vmax不变，Km值 变大。 • 没有ESI的复合物存在。 • 高浓度的底物可以逆转竞 争性抑制剂的作用。
非竞争性抑制
有些抑制剂与酶结合后，还能够与底物结合，而 结合了底物的酶也可以与抑制剂结合，这样的抑 制剂就是非竞争性抑制剂。
酶的催化特性
① 与其他催化剂一样，具有量少、效率高的 特点； ② 酶的催化效率比普通的催化效率高； ③ 酶容易失活，反应条件温和； ④ 酶具有高度的专一性 ⑤ 酶的活性受到很多因素的调节和控制； ⑥ 酶的催化活性与辅因子有关系
酶的化学本质
1. 除了核酶以外，其他的酶都是蛋白质； 2. 证明酶是蛋白质的主要依据： ① 酶经过水解后，最终产物是氨基酸，酶可以被 蛋白酶水解失活； ② 凡是能够使蛋白质变性的因素都可以让酶变性； ③ 酶是两性电解质； ④ 酶具有胶体性质； ⑤ 酶具有蛋白质所有的呈色反应。
酶实现高效催化的原因
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 酶的逼近和定位功能 酶使底物产生形变和电子张力 共价催化作用 酸碱催化作用 金属离子催化 多元催化和协同效应 活性部位微环境的影响
酶专一性原理
1. 模板或锁与钥匙学说 2. 诱导契合学说
模板或锁与钥匙学说
• 1890年-1894年，Fisher提出“锁与钥匙学 说”，即酶和底物如同锁与钥匙一样具有 结构上的互补性。 • 底物分子上发生反应的部位专一性的契入 酶的活性中心部位，二者具有紧密互补的 关系。很好地解释了酶的立体异构专一性。
① 底物浓度与反应速度的定量关系，当 Km>>[s]时，分母中的[s]可以忽略，即 V=Vmax· [s]/Km。反应为一级反应； ② 当Km<<[s]时，V=Vmax； ③ 反应处于中间时，为混合级反应。
米氏方程中参数的含义
① Km值：米氏常数，当反应速度为最大反应速 度的一半时底物的浓度，单位mol/L。Km值 的作用 ② Vmax：最大反应速度，当[s]>>[Et]时， Vmax=K0[Et]，当外界条件不变时，酶浓度也 不变时，酶对特异底物的Vmax不变。 ③ K0：每分子酶催化反应的次数，单位为s-1， 称为酶的转化率。
酶的化学组成
根据酶的化学组成分类：简单蛋白质的酶 和结合蛋白质的酶。注意辅酶和辅基的区 别。 根据酶蛋白的分子结构特点分为三类：单 体酶、寡聚酶、多酶复合体
第二节
1. 酶的命名法 2. 酶的分类 3. 酶的编号
酶的分类和命名
酶的命名法
1. 习惯命名法：没有系统性，是沿用以前的 习惯，根据作用的底物命名、根据催化的 化学反应性质命名、结合前两者命名、加 上酶的来源命名。 2. 国际命名法：系统名称应当明确写清楚酶 的底物以及催化反应的性质。
酶促反应动力学
• 酶促反应动力学就是 在化学反应动力学的 基础上，研究酶促反 应速度及影响这个速 度的因素的科学。
底物浓度对酶促反应的影响
1. 酶被底物饱和的现象 2. 米氏方程的推导 3. 米氏方程中参数的含 义 4. 米氏方程的变形 5. 多底物酶促反应
酶被底物饱和的现象
• 当底物浓度较低，表 现为一级反应； • 当底物浓度增大，表 现为混合级反应； • 当底物浓度继续增大， 表现为零级反应； • 理解方法
Ki的含义
• 抑制常数，是EI或者 ESI解离出I的解离常 数，倒数可代表酶或 者ES对I的亲和力。 • 可以通过倒数作图法 测定抑制常数。
第五节
酶的作用机理
一．酶的专一性和高效性 二．中间产物学说 三．酶的活性中心 四．酶专一性原理 五．酶催化反应的独特性质 六．酶实现高效催化的原因 七．酶的作用机理举例
酶的分类
① 氧化还原酶类：琥珀酸脱氢酶、多酚氧化 酶； ② 转移酶类：转氨酶、乙酰胆碱酯酶； ③ 水解酶类：蛋白酶、淀粉酶； ④ 裂解酶类：水化酶、脱氨酶； ⑤ 异构酶类：葡萄糖异构酶等； ⑥ 合成酶类：天冬氨酸酶。
酶的编号
• 乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27），编号 的含义，P92。
第三节
pH对酶促反应速度wk.baidu.com影响
最适pH值：在一定pH值下，酶促反应具有最大 反应速度，高于或者低于这个数值时，反应速 度都将下降，这个数值就是最适pH值。 pH值影响酶促反应的原因： ① 过酸或者过碱会影响酶分子的构象，甚至使酶 失活； ② pH的改变将影响酶活性部位上有关基团的解离， 从而影响酶的活力。 ③ 影响底物的解离。 ④ 影响酶底复合物的解离状态。
抑制剂对酶促反应速度的影响
凡是能够引起酶活力下降，但不引起酶蛋 白变性的作用称为抑制作用，而这些引起 酶变化的物质就是抑制剂。 抑制剂的类型：可逆抑制剂、不可逆抑制 剂。 不可逆抑制剂 可逆抑制剂
不可逆抑制剂
• 通常与酶蛋白中的某些基团以牢固的共价 键结合，使酶失活，而且一旦结合，不能 用普通的物理方法解除。 • 不可逆抑制剂的最终抑制水平与抑制剂和 酶的相对含量有关系，而与抑制剂的浓度 无关。 • 可以分为非专一性和专一性两种。
非竞争性抑制
• 用双倒数作图可以 看出，非竞争性抑 制剂存在的时候 Vmax会变小，Km 则不发生变化。 • 高浓度的底物不能 逆转非竞争性抑制 剂的作用。
反竞争性抑制
• 酶只有与底物结合后 才能与抑制剂结合， 形成ESI复合物。 • 用倒数作图可以得出， 反竞争性抑制剂存在 时， Vmax会变小， Km也变小。
第五章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
酶化学
酶的化学本质和催化特征 酶的分类和命名 酶的专一性 酶促反应动力学 酶的作用机理 酶的分离纯化与酶制剂 酶工程与小结
第一节
1. 2. 3. 4.
酶的化学本质和催化特征
概念 酶的催化特性 酶的化学本质 酶的化学组成
概
念
• 酶是活细胞分泌的，具有催化功能的蛋白 质。 • 1930-1936年，Northrop、1926年 Summer分别发现了酶是蛋白质的化学本 质，获得了诺贝尔化学奖。 • 特殊的酶—核酶，是具有催化活性的核酸。
酶的专一性和高效性
1. 酶的专一性：指酶对底物的结合能力的大 小。 2. 酶的高效性：指酶的催化反应速度的快慢。 3. 酶只有具有蛋白质的一般结构，才能够具 有催化活性。
中间产物学说
酶E在催化反应的时候，首先和底物S结合 形成ES复合物，再由这个不稳定的中间产 物分解，释放出产物P和原来的酶E。 由于E与S结合，所以改变了底物的结构， 降低了反应需要的活化能，所以加快了反 应的速度。 有实验证据表明ES复合物是存在的。
理解方法
• 理解酶被底物饱和的现象的假说很多，比较合 理的是中间产物说，也叫中间络合物学说。
• 如果只考虑初速度，不考虑逆反应，而且只有 一个中间产物，那么经过推导后就可以得到米 氏方程：V=Vmax[s]/Km+[s]
米氏方程的推导
米氏方程推导的前提 米氏方程的推导 米氏方程的含义
诱导契合学说
• 1964年Koshland提出了诱导契合学说，当 酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受到底 物诱导，其构象发生有利于底物结合的变 化，酶与底物在此基础上互相契合，进行 反应。 • 中心思想
中心思想
1. 酶具有原来的形状，它不一定一开始时就是底 物的模板； 2. 底物能够诱导酶的形状发生一定的变化； 3. 当酶的形状发生变化的以后，就能使其中的基 团才能够形成正确的排列； 4. 在酶反应过程中，活性中心的这种构象变化是 可逆的，当它与底物结合时被诱导生成一种新 构象，而当反应结束并且产物从酶分子表面脱 落下来时，又恢复了原来的构象。
酶化学结构的专一性： 绝对专一性和相对专 一性（键专一性、基 团专一性）； 立体异构专一性：旋 光异构专一性、几何 异构专一性
酶的专一性
第四节
酶促反应动力学
一．酶促反应动力学 二．底物浓度对酶促反应的影响 三．酶浓度对酶促反应速度的影响 四．pH对酶促反应速度的影响 五．温度对酶促反应速度的影响 六．激活剂对酶促反应速度的影响 七．抑制剂对酶促反应速度的影响