酶以及酶促反应详解课件.ppt
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- 以及 反应 详解 课件
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1、目目 录录Enzyme第第 三三 章章 酶酶目目 录录酶的概念酶的概念n酶是一类由活细胞产生的,对其特异底物酶是一类由活细胞产生的,对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。具有高效催化作用的蛋白质。目目 录录目目 录录目目 录录酶的不同形式酶的不同形式目目 录录一、一、 酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分:酶蛋白蛋白质部分:酶蛋白 ( (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(simple enzyme)目目 录录* *辅助因子分类辅助因子分类(按其(按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程
2、度) 辅酶辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松,可用疏松,可用透析或超滤的透析或超滤的方法除去。方法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密,不能用紧密,不能用透析或超透析或超滤的方法除去滤的方法除去。目目 录录* *各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用 金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢失。失。 金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需,但与酶的结合金属离子为酶的活性所必需,但与酶
3、的结合不甚紧密。不甚紧密。 目目 录录 金属离子的作用金属离子的作用稳定酶的构象;稳定酶的构象; 参与催化反应,传递电子;参与催化反应,传递电子;在酶与底物间起桥梁作用;在酶与底物间起桥梁作用;中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用在反应中起运载体的作用,传递电子、在反应中起运载体的作用,传递电子、质子或其它基团。质子或其它基团。目目 录录二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)1.指指酶分子中一些与酶活性酶分子中一些与酶活性密切相关的化学基团密切相关的化学基团。2.常见的有
4、咪唑基(常见的有咪唑基(His) 、 -OH(Ser) 、 -SH(Cys)、-COOH(Glu)等。等。目目 录录目目 录录或称活性部位或称活性部位(active site),指指必需基团必需基团在空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间在空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间结构的区域,能与底物特异结合并将底物转结构的区域,能与底物特异结合并将底物转化为产物。化为产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)目目 录录结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外,维持酶活性中心应有
5、位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* Glu35和和Asp52是催化基团;是催化基团;* Trp62和和63、Asp101和和Trp108是结合基团;是结合基团;* AF为底物多为底物多糖链的糖基,位糖链的糖基,位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。目目 录录三、三、 同工酶同工酶定义定义1.同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的
6、化学反是指催化相同的化学反应,而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至应,而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。免疫学性质不同的一组酶。目目 录录* 举例:乳酸脱氢酶举例:乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)n催化的反应催化的反应 :目目 录录乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶目目 录录* *生理及临床意义生理及临床意义(1)在代谢调节上起着重在代谢调节上起着重要的作用;要的作用;(2)用于解释发育过程中用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征;阶段特有的代谢特征;(3)同工酶谱的改变有助同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断;于对疾病的诊断;(4)同工酶可以作为遗传同工酶可以作为遗传标志,用于
7、遗传分析研标志,用于遗传分析研究。究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5目目 录录本节要点目目 录录第二节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 目目 录录目目 录录一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点通常比非催化反应高通常比非催化反应高1081020倍,比一般催化剂倍,比一般催化剂高高1071013倍。倍。不需要较
8、高的反应温度。不需要较高的反应温度。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能(activation energy) 。 目目 录录反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能:底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。目目 录录一种酶仅作用于一种或一类化合物,或一种酶仅作用于一种或一类化合物,或一定的化学键,催化一定
9、的化学反应并生成一定的化学键,催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性或专一性。* 酶的特异性酶的特异性(specificity)(二)酶促反应具有高度的特异性(二)酶促反应具有高度的特异性目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录(三)(三)酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性 对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节 酶催化效力的调节酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断变化的内外环
10、境和生命活动的需要。包括三不断变化的内外环境和生命活动的需要。包括三方面的调节。方面的调节。目目 录录二、酶促反应的机理二、酶促反应的机理(一)酶(一)酶-底物复合物的形成与诱导契合假说底物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物酶底物复合物 E + S E + P ES 酶与底物相互接近时,其结构相互诱导、酶与底物相互接近时,其结构相互诱导、相互变形和相互适应,进而相互结合。这一过相互变形和相互适应,进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶- -底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说目目 录录羧肽酶的诱导契合模式羧肽酶
11、的诱导契合模式 底物底物目目 录录目目 录录(二)酶促反应的机理(二)酶促反应的机理 1. 邻近效应邻近效应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效应表面效应(surface effect)目目 录录n2. 多元催化多元催化(multielement catalysis)目目 录录目目 录录本节要点目目 录录目目 录录 研究一种因素的影响时,其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时,其余各因素均恒定。目目 录录一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对
12、反应速度的影响研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下,底物浓度对反应速在其他因素不变的情况下,底物浓度对反应速度的影响呈度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比;反反应速度与底物浓度成正比;反应为一级反应。应为一级反应。目目 录录随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速;反应反应速度不再成正比例加速;反应为混合级反应。为混合级反应。目目 录录当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加,达最大速度;反应速度不再增加,达最大速度;反应为零级反应反应为零级反应目目 录录目目 录录(一)米曼氏方程式(一)
13、米曼氏方程式酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E + S k1k2k3ESE + P目目 录录目目 录录S:底物浓度底物浓度V:不同不同S时的反应速度时的反应速度Vmax:最大反应速度最大反应速度(maximum velocity) m:米氏常数米氏常数(Michaelis constant) VmaxS Km + S 目目 录录米曼氏方程式推导基于两个假设:米曼氏方程式推导基于两个假设:1.E与与S形成形成ES复合物的反应是快速平衡反应,而复合物的反应是快速平衡反应,而ES分解为分解为E及及P的反应为慢反应,反应速度取决于的反应为慢反应,反应速度取决于慢反应即慢反应即 Vk3E
14、S。 (1)2.S的总浓度远远大于的总浓度远远大于E的总浓度,因此在反应的初的总浓度,因此在反应的初始阶段,始阶段,S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即SSt。 目目 录录推导过程推导过程目目 录录K2+K3 Km (米氏常数)(米氏常数) K1令:令:则则: : (EES) S Km ES(2)(EES)SK2+K3ES K1整理得:整理得:目目 录录当当S很高,将酶的活性中心全部饱和时,即很高,将酶的活性中心全部饱和时,即E=ES,V=VmaxVmaxK3ESK3E (5)ES ESKm + S(3) 整理得整理得: :将将(5)代入代入(4)得米氏方程式:得米氏方程式:VmaxS Km
15、 + S V 将将(3)代入代入(1) 得得K3ES Km + S (4) V目目 录录(二)(二)Km与与Vmax的意义的意义KmS Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度,单位是时的底物浓度,单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS目目 录录 2. 3.k2k3, KmKm,。4.目目 录录目目 录录意义:意义:Vmax=K3 E如果酶的总浓度已知,可从如果酶的总浓度已知,可从Vmax计算计算 酶的酶的转换数转换数(turnover number),即动力学常数,即动力学常数K3。目目 录录Vmax E K3 目目 录录(三)
16、(三)m m值与值与maxmax值的测定值的测定目目 录录2. Hanes作图法作图法-Km 目目 录录二、酶浓度对反应速度的影响二、酶浓度对反应速度的影响30 V E 当当SE时,时,V = k3 E 酶浓度对反应速度的影响酶浓度对反应速度的影响 目目 录录三、温度对反应速度的影响三、温度对反应速度的影响q最适温度最适温度 (optimum temperature):酶促反应速度最快时的酶促反应速度最快时的环境温度。环境温度。酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 温度温度 C 温度对淀粉酶活性的影响温度对淀粉酶活性的影响 目目 录录n环境温度最适温度时,
17、温度每升高环境温度最适温度时,温度每升高10C, V加快加快12倍。倍。n环境温度最适温度时,温度升高,环境温度最适温度时,温度升高,V降低,降低, 一般一般60C时,酶开始变性,时,酶开始变性,80C时变性时变性 不可逆。不可逆。n最适温度不是酶的特征性常数,它与反应时最适温度不是酶的特征性常数,它与反应时 间有关。间有关。* * 低温的应用低温的应用目目 录录四、四、 pH对反应速度的影响对反应速度的影响q最适最适pH (optimum pH): 酶催化活性酶催化活性最大时的环境最大时的环境pH。目目 录录目目 录录五、抑制剂对反应速度的影响五、抑制剂对反应速度的影响 区别于酶的变性区别于
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