酶与维生素课堂课件.ppt
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1、第三章第三章酶酶Chapter 3 Enzyme Chapter 3 Enzyme 主要内容主要内容一、概述二、酶的结构与功能三、影响酶促反应速度的因素四、酶的命名、分类与医学的关系一、酶的概念?酶(enzyme)由活细胞产生的、具有催化功能的生物大分子。?核酶(ribozyme)具有催化活性的核糖核酸(RNA)二、酶催化的化学反应称为酶促反应。底物S产物P酶活性酶失活第一节概述三、酶的研究历史1878年Kuhne提出酶的概念;1897年德国科学家Hans Buchner和Eduard Buchner 成功地用不含细胞的酵母提取液实现了发酵;1926年美国生化学家Sumner第一次从刀豆分离到
2、脲酶结晶,提出酶是蛋白质;1978年Altman提出RNA有催化功能;1982年Cech证实RNA有催化功能;1949年日本采用深层培养法生产细菌淀粉酶,开辟了微生物酶制剂进入大规模工业化生产的新纪元。(一)(一)酶与一般催化剂的共同点:能催化热力学上允许进行的化学反应,而不能实现那些热力学上不能进行的反应;能缩短反应达到平衡所需的时间,而不能改变平衡点;四、酶催化作用的特点四、酶催化作用的特点(二)酶的催化特性1、酶的催化效率高酶促反应速度比无催化剂高10 81020倍,比一般催化剂高1061013倍。如:2H2O2 2H2O+O2?Fe2+催化:610-4mol/mol催化剂?sH2O2酶
3、催化:6106mol/mol催化剂?s2 2、酶作用的专一性、酶作用的专一性?一种酶只作用于一种或一类化合物,以促进一定的化学变化,生成一定的产物,这种现象称为 酶的专一性(特异性)(1)(1)绝对专一性:一种酶只能催化一种底物发生一种化学反应,称为绝对专一性。发生一种化学反应,称为绝对专一性。(2)(2)相对专一性:酶的作用对象是一类化合物或一种化学键发生反应。物或一种化学键发生反应。(3)立体异构专一性:一种酶只能作用于一种立体异构体或催化生成一种立体异构种立体异构体或催化生成一种立体异构体,称为立体异构专一性。体,称为立体异构专一性。3、酶活性的不稳定性酶活性的不稳定性酶的反应条件温和,
4、低温、高温、强酶的反应条件温和,低温、高温、强酸、强碱、重金属、抑制剂等都易改变酸、强碱、重金属、抑制剂等都易改变酶活性。酶活性。4、酶的活性受到调节控制、酶的活性受到调节控制许多因素可以影响或调节酶的催化活许多因素可以影响或调节酶的催化活性,如代谢物、对酶分子的共价修饰等。性,如代谢物、对酶分子的共价修饰等。(一)按酶的组成分类第二节酶的结构和功能 单纯酶(简单酶)酶 酶蛋白 结合酶(全酶)辅酶 辅助因子 辅基 金属离子 仅有aa,淀粉酶、脂肪酶决定酶促反应特异性决定酶促反应性质和类型?由酶蛋白与辅助因子组成的酶称为全酶(酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活力)。?与酶蛋白结合疏松、可用透析
5、法除去的小分子有机物称为辅酶。?与酶蛋白结合较紧密、用透析法不易除去的小分子有机物称为辅基。?一种酶蛋白只与一种辅酶结合,组成一种全酶,催化一种或一类底物进行某种化学反应。?一种辅酶可以和多种酶蛋白结合,组成多种全酶,分别催化不同底物进行同一类反应。(二)酶的结构与功能的关系1、酶的活性部位与必需基团?酶分子中直接与底物结合,并催化底物发生反应的部位称为 酶的活性部位。它又分为结合部位和催化部位:直接与底物结合的基团构成结合部位,决定底物专一性;直接参与催化底物反应的基团构成 催化部位,决定反应专一性。?酶活性部位的基团以及参与维持酶分子构象的基团称为必需基团。酶的活性中心酶的活性中心酶的活性
6、中心结合基团活性中心内必需基团催化基团活性中心外必需基团(三)酶原及其激活?没有催化活性的酶的前体称为 酶原。如:胰蛋白酶原、凝血酶原等。?酶原在一定条件下转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。酶原的激活过程常伴有酶蛋白一级结构的改变:胰蛋白酶/肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶+N端6肽片段?酶原酶原激活激活酶酶(无活性)(有活性)?酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程?酶原激活的机制为:酶原激活的机制为:酶原分子的一级结构改变,导致其空间酶原分子的一级结构改变,导致其空间结构发生变化,使结构发生变化,使 催化活性中心催化活性中心 得以形得以形成,于是无活性的酶原就转变为有活性成,于是无活性
7、的酶原就转变为有活性的酶。的酶。?酶以酶原形式存在的生理意义在于:酶以酶原形式存在的生理意义在于:保护自身组织细胞 不被酶水解消化;不被酶水解消化;保证正常的生理功能顺利进行。顺利进行。?在同一种属中,催化活性相同而酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶同工酶(isoenzyme)。?同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。(四)同工酶?乳酸脱氢酶同工酶(乳酸脱氢酶同工酶(LDHs)为四聚体,)为四聚体,在在 体体 内内 共共 有有 五五 种种 分分 子子 形形 式式,即即LDH1(H4),LDH2(H3M),LDH3(H2M2),LDH
8、4(HM3)和和LDH5(M4)。)。?心肌中以LDH1含量最多,LDH1对乳酸的亲和力较高,因此它的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解,以供应心肌的能量。?骨骼肌中含量最多的是LDH5,LDH5对丙酮酸的亲和力较高,因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸,以促进糖酵解的进行。(一)过渡态和活化能(一)过渡态和活化能?反应体系中各反应物分子所含能量高低不同,只有所含能量达到或超过某一限度的活化分子才能发生反应。反应物分子处于被激活状态时称为过渡态。?反应物分子由常态转变为活化状态(过渡态)所需的能量称为活化能(Ea)。(五)酶的作用机制(五)酶的作用机制(二)诱导契合学说?1890
9、年,Emil Fischer提出“锁钥学说”:底物的结构和酶活性部位的结构非常吻合,就象锁和钥匙一样,这样它们就能紧密结合形成中间产物。底物酶酶 底物复合物+?19581958年,年,KoshlandKoshland提出提出“诱导契合学说诱导契合学说”:酶:酶活性部位的结构与底物的结构并不特别吻合,但活性部位具有一定的柔性,当底物与酶接近但活性部位具有一定的柔性,当底物与酶接近时,可以诱导酶活性中心的构象发生改变,使之成为能与底物分子密切结合的构象。(三)邻近效应和定向效应(三)邻近效应和定向效应邻近:指底物的反应基团和酶活性部位的催化基团互相靠近,以及结合在酶活性部位上的两种底物分子之间的互
10、相靠近。定向:指互相靠近的底物分子之间、底物分子与酶活性部位的催化基团之间形成正确的立体排列方向。第三节影响酶促反应速度的因素pH值抑制剂激活剂底物浓度酶浓度温度一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响(一)底物对酶促反应的饱和现象:(一)底物对酶促反应的饱和现象:(二)米氏方程式的推导:?Michaelis&Menten 于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式,即著名的名的米氏方程。Vmax?(三)(三)K Km和和V Vmax的意义:的意义:1.当=Vmax/2时,Km=S=S。因此,Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。2.Km可以反映酶与底物亲和力的大小
11、。Km越小,酶与底物的亲和力越大。3.Km是酶的特征性常数:在一定条件下,某种酶的 Km值是恒定的,因而可以通过测定不同酶(特别是一组同工酶)的Km值,来判断是否为不同的酶。二、酶浓度对反应速度的影响?当反应系统中底物的浓度足够大时,酶促反应速度与酶浓度成正比?即=kE。三、温度对反应速度的影响?一般来说,酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后,由于酶蛋白的热变性作用,反应速度迅速下降,直到完全失活。?酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度(35-40摄氏度)。温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响?酶的最适温度与实验条件有关,因而它不是酶的
12、特征性常数。?低温时由于活化分子数目减少,反应速度降低,但温度升高后,酶活性又可恢复。四、四、pH对反应速度的影响?pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。?酶催化活性最高时溶液的 pH值就称为酶的最适pH。pHpH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响?人体内大多数酶的最适pH在6.58.0之间?pH对酶促反应速度的影响,其原因主要是由于pH的改变了酶的催化基团、底物分子的解离状态或者导致酶蛋白变性。五、激活剂对反应速度的影响?能够促使酶促反应速度加快的物质称为酶的激活剂。?酶的激活剂大多数是无机离子,如K+、Mg2+、Mn2+、Cl-等。六、抑制剂对反应速度的影响?凡是能降低酶促反应速度
13、,但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。?按照抑制剂的抑制作用,可将其分为不 可 逆 抑 制 作 用(irreversibleinhibition)和 可 逆 抑 制 作 用(reversible inhibition)两大类。(一)不可逆抑制作用:?抑制剂与酶分子的必需基团 共价结合引起酶活性的抑制,且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用。?专一性抑制(如 有机磷农药 对胆碱酯酶的抑制)?非专一性抑制(如 路易士气 对巯基酶的抑制)(二)可逆抑制作用:?抑制剂与酶分子以 非共价键可逆性结合造成酶活性的抑制,且可采用透析等简单方法去除抑制
14、剂而使酶活性完全恢复的抑制作用就是 可逆抑制作用。?可逆抑制作用包括 竞争性、反竞争性、和非竞争性抑制几种类型。1.1.竞争性抑制(竞争性抑制(competitive inhibi-tion)competitive inhibi-tion):?抑制剂和底物竞争与酶的同一活性中心结合,从而干扰了酶与底物的结合,使酶的催化活性降低,称为竞争性抑制作用竞争性抑制作用。?竞争性抑制的特点:竞争性抑制剂往往是酶的竞争性抑制剂往往是酶的 底物类似物 或或反应产物;抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同;抑制剂浓度越大,则抑制作用越大;但抑制剂浓度越大,则抑制作用越大;但增加底物浓度可使抑制程度减小;
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