第七章酶化学课件.ppt
《第七章酶化学课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第七章酶化学课件.ppt(105页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、酶动力学及其作用机制,生物资源与环境科学学院胡 疆,酶动力学及其作用机制生物资源与环境科学学院,第一节 酶引论,酶的概述,1,酶的化学本质,2,酶的命名和分类,3,酶活力的测定,4,核酶,5,酶分子工程,6,第一节 酶引论酶的概述1酶的化学本质2酶的命名和分类3酶活力,酶促反应的特点:,a.具有极高的催化效率:酶的催化效率可比一般化学催化剂高1071013倍,比没有催化剂时高出1081020倍,如:在0度时:,1mol Fe2+每秒催化10-5 mol,1mol 过氧化氢酶 每秒催化10 5 mol,1.3.酶促反应的特点,b.酶促反应的作用条件温和,酶是由活细胞产生的,对周围环境的变化很敏感
2、,不耐高温,高压,遇到强酸,强碱,重金属或紫外线等因素很容易失去活性。一般是在生物体温度范围内和接近中性的环境中起反应,即在常温,常压,酸碱度在接近中性环境条件下发挥作用。,酶促反应的特点:a.具有极高的催化效率:如:在0度时:2,c.酶促反应的可调控性,酶的催化活性在体内受到多种因素的调节,这是酶区别于一般催化剂的重要特征。,如:共价修饰 酶原激活 反馈抑制调节等,酶活性的调节,酶含量的调节,如:操纵子学说理论,连续反应链条:一个酶反应的产物是另一酶反应的底物限速步骤:活化自由能做最高的一步反应反馈抑制:链的最终产物积累过多,它对限速步骤的酶产生的抑制作用,c.酶促反应的可调控性酶的催化活性
3、在体内受到多种因素的调节,d.具有高度的底物专一性(specificity),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,这种现象称为酶作用的特异性或专一性。H+可以催化多糖、脂质和蛋白质的水解。,如:蔗糖酶催化蔗糖的水解 蛋白酶催化蛋白质的水解,d.具有高度的底物专一性(specificity)一种酶只,结构专一性,绝对专一性:脲酶、麦芽糖酶,相对专一性,立体专一性,基团专一性:己糖激酶、蛋白水解酶,键专一性:脂肪酶,光学专一性:胰蛋白酶(L-氨基酸),几何专一性:琥珀酸脱氢酶,底物专一性:,结构专一性绝对专一性:脲酶、麦芽糖酶相对专一性立体专一性基团,(1)绝对专
4、一性,酶对催化反应的底物有严格的要求,仅仅对一种底物产生作用并且要求键和键两端的基团特异性很强。,如:脲酶只能催化尿素的水解,H2O,2NH3+CO2,脲酶,如果尿素分子上的一个氨被氯或甲基取代,形成结构相似的衍生物,则脲酶却不发生反应。,Cl,-CH3,氯代尿素,甲基代尿素,(1)绝对专一性酶对催化反应的底物有严格的要求,仅仅对一种,(2)相对专一性,酶对底物的要求不是特别严格,只要键或键两端的基团相似即可催化反应。,基团专一性:酶只需要底物分子反应键一端的基团与之适应,键专一性:酶只要求底物中有适应的化学键即可,对键两端的 基团没有要求,基团专一性 例如:-葡萄糖苷酶,要求必须有糖苷键,并
5、且一端必须是葡萄糖,另一端没有要求。,(2)相对专一性酶对底物的要求不是特别严格,只要键或键两端,键专一性 例如:脂肪酶 糖苷酶 蛋白酶,只要求键适合即可,对键两端的基团没有要求,脂肪酶,糖苷酶,蛋白酶,键专一性 例如:脂肪酶 糖苷酶 蛋白酶只要求键适,(3)立体专一性,几乎所有的酶对底物的立体结构都有高度的选择性,即只能作用于底物的立体异构中的一种,如:氨基酸除甘氨酸外都有 D/L两种旋光异构体 糖类也有D/L两种异构体 双键化合物存在顺/反异构现象,L-精氨酸氧化酶只能催化L-精氨酸氧化脱氨基,对D-精氨酸酶作用,延胡索酸酶只能催化 反-丁烯二酸(延胡索酸)水合生成苹果酸,而对顺丁烯二酸(
6、富马酸)没有作用,(3)立体专一性几乎所有的酶对底物的立体结构都有高度的选择,酶的立体专一性包括旋光异构专一性、顺反异构专一性和区分对称分子中的两个相同的基团。,+H2O,延胡索酸酶,H-C-COOHHOOC-C-H,反丁烯二酸(延胡索酸),COOHHO-C-H CH2 COOH,L-苹果酸,酶的立体专一性包括旋光异构专一性、顺反异构专一,(a)锁钥学说,认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的,酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样,(刚性模式)(E.Fisher),1.4.酶催化化学反应的原理学说(决定酶专一性的机制),(a)锁钥学说 认为整个酶分子的天然构象是具有刚
7、性结构的,酶,第七章酶化学课件,(b)“三点结合”的催化理论(A.Ogster),认为酶与底物的结合处至少有三个点,而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下,不对称催化作用才能实现。用于解释立体催化的机理,(b)“三点结合”的催化理论(A.Ogster)认为酶与底物,H,HO-CH2,CH2-OH,OH,A,B,C,甘油分子的三个立体基团都同时附着于甘油激酶的分子表面的特异结合位点AB C上,这三个部位有一个是催化部位两外两个是结合部位,即甘油分子与甘油激酶只有一种结合方式。,结合部位,催化部位,HHO-CH2CH2-OHOHABC甘油分子的三个立体基团都,HO,COOH,CH3,OH
8、,HOOC,CH3,乳酸脱氢酶,L-(+)-乳酸,d-(-)-乳酸,结合发生反应,不能结合,不能发生反应,HOCOOHCH3OHHOOCCH3乳酸脱氢酶L-(+)-乳,(c)诱导契合学说,该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.,(柔性学说)(D.E.Koshland),(c)诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定,酶蛋白(apoenzyme):多肽;决定特异性、高效性,辅因子(cofactor):非蛋白组分;递氢、电子、基团;决定反应类型、性质,全酶(缀合蛋白),2.1.酶的化学本质,辅基(prosthetic group):与酶
9、蛋白结合牢固,不能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子,辅酶(coenzyme)::与酶蛋白结合不牢固,能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子。,简单蛋白质:有氨酸酸残基:溶菌酶、脂肪酶、蛋白酶,酶蛋白(apoenzyme):多肽;决定特异性、高效性辅,辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系,辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系,1.稳定构象:稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象;2.构成酶的活性中心:作为酶的活性中心的组成成分,参与构成酶的活性中心,如辅酶或辅基;3.连接作用:作为桥梁,将底物分子与酶蛋白螯合起来。,酶辅基中金属离子的作用,如:醛缩酶 需要 Mn 2+,如:唾液淀粉酶 需要 Cl-,
10、如:磷酸酶 需要 Mg 2+,如:抗坏血酸氧化酶 需要 Cu 2+,1.稳定构象:稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象;酶辅基中,2.2 酶的四级缔合,单体酶:只有一条多肽链,催化水解反应的酶,核糖核酸酶A,溶菌酶;胰凝乳蛋白酶(3条肽链)寡聚酶:具有多条多肽链,同多聚酶(丙酮酸激酶)、杂多聚酶(乳酸脱氢酶)多功能酶(串联酶):多种酶缔合而成的结构、功能实体,催化细胞代谢中的连续反应序列。一个酶分子具有多种生物催化活性,由多酶体系在进化中基因融合形成,丙酮酸脱氢酶复合物,2.2 酶的四级缔合 单体酶:只有一条多肽链,催化水解反应的,多功能酶,多功能酶(Multifunctional Enzyme
11、 ME):结构上仅有一条肽链,但却有两种或两种以上的功能的酶蛋白。,如:大肠杆菌(E.coil)的 天冬氨酸激酶I高丝氨酸脱氢酶I,这个酶有四个亚基组成,但两催化作用的活性中心在一条多肽链上,其中链的N端部分具有天冬氨酸激酶活性,链的C端具有高丝氨酸脱氢酶的活性。,如:动物体中 脂肪酸合成酶,7种功能集中在一条多肽链上。,多功能酶多功能酶(Multifunctional Enzym,如:大肠杆菌 色氨酸合成酶,寡聚酶有不同亚基组成,每个亚基表现出不同的催化功能,也称为多功能酶。,该酶含有两种亚基,,亚基I A蛋白 M29500,亚基IIB蛋白 M450002,A2B=2,色氨酸合成酶,吲哚甘油
12、磷酸 吲哚 3-磷酸甘油醛,吲哚 L-丝氨酸 L-色氨酸,吲哚甘油磷酸 L-色氨酸 3-磷酸甘油醛,A蛋白,B蛋白,色氨酸合成酶,如:大肠杆菌 色氨酸合成酶寡聚酶有不同,1.酶活力:指酶催化一定化学反应的能力,酶活力与酶催化的化学反应速度成正比2.反应速度:用单位时间、单位体积中底物的减少量或产物的增加量表示(单位:浓度/时间)3.酶的活力单位1个酶活力单位(IU):规定的条件下,在1分钟内催化1mol底物转化为产物的酶量(1961年)。1个Katal:规定的条件下,每秒钟内催化1mol底物转化为产物的酶量(1972年)。条件:温度25摄氏度,其它条件(PH及底物浓度)均采用最适条件。,4.2
13、 酶活力的测定,1.酶活力:指酶催化一定化学反应的能力,酶活力与酶催化的化,反应速率为A对时间的导数反应速率在曲线上某一点的斜率酶活力测定采用初速度v0,反应速率为A对时间的导数,一般以测定产物为好-底物浓度为量,测定不准确;产物从无到有,准确。酶反应速度在最初一段时间内保持恒定,随着反应时间的延长,酶反应速度逐渐下降。原因:A.底物浓度下降B.酶在一定PH及温度下失活C.产物对酶的抑制,产物上升而加速逆反应。测定浓度的方法:分光光度测定法、荧光测定法其他方法:化学分析法、电化学法、放射性同位素测定法,所以研究酶的反应速度以酶促反应的初速度为准。,一般以测定产物为好-底物浓度为量,测定不准确;
14、产物从无到有,4酶的比活力 酶含量大小,即每毫克蛋白所具有的酶活力单位/毫克蛋白(/mg蛋白质)每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少个活力单位来表示(单位/克 or 单位/ml)对同一种酶来说,比活力越高,表示酶越纯。5酶的转换数kcat 每分钟1mol酶分子转换底物的微摩尔数(mol),4酶的比活力,6酶活力的测定反应时间尽量短,5min之内温度、pH等条件保持恒定为了让酶的催化潜能重复表现出来,底物和酶的辅助因子必须过量反应初速度与底物浓度是零级反应,与酶浓度是一级反应酶反应进程曲线酶浓度曲线对照和空白,6酶活力的测定,典型例题,称取25mg蛋白酶粉配置成25ml酶溶液,从中取出0.1ml酶液
15、,以酪蛋白为底物,用Folin酚法测定酶活力,得知每小时产生1500g的酪氨酸;另取2ml酶液,用凯氏定氮法测的蛋白氮为0.2mg,若以每分钟产生1g酪氨酸为1个活力单位计算,根据以上数据,求出:(1)1ml酶液中所含的蛋白质的量及活力单位数?(2)比活力?(3)1g酶制剂的总蛋白含量及总活力?,典型例题称取25mg蛋白酶粉配置成25ml酶溶液,从中取出0,解:(1)由题意,已知2ml酶液中含0.2mg蛋白氮,则1ml酶液中含0.1mg蛋白氮 因为,蛋白质中平均含N量16%所以,0.1mg氮相当于蛋白质的量为:0.1/16%=0.625mg 即:1ml酶液中蛋白质含量为0.625mg 又已知:
16、0.1ml酶液中每小时产生1500 g酪氨酸 则:1ml酶液中每小时产生1500 10g酪氨酸 据定义:每分钟产生1 g酪氨酸的酶量为1个活力单位 所以:1ml酶液中所含酶单位为:,解:(1)由题意,已知2ml酶液中含0.2mg蛋白氮,150,(2)比活力是指酶活力单位/mg酶蛋白 由前计算可知:0.625mg酶蛋白含250酶单位 则:1mg酶蛋白含x个酶单位,(3)总活力=比活力酶蛋白总量=400625=2.5105酶单位,(2)比活力是指酶活力单位/mg酶蛋白(3)总活力=比,一、酶促反应的速度和影响因素,在低底物浓度时,反应初速度与底物浓度成正比,表现为一级反应特征。当底物浓度较高时,增
17、加底物浓度,反应初速度增加的较慢,反应速度与底物浓度不再呈正比,表现为混合级反应。当底物浓度达到一定值,几乎所有的酶都与底物结合后,反应初速度达到最大值(Vmax),此时再增加底物浓度,反应初速度不再增加,表现为零级反应。,(一)底物浓度对酶促反应速度的影响,一、酶促反应的速度和影响因素在低底物浓度时,反应初速度与底,底物对酶促反应的饱和现象,饱和效应,非催化反应无此效应中间复合体学说,底物对酶促反应的饱和现象饱和效应,非催化反应无此效应,稳态模型的4个假设:E与S形成ES复合物的反应是可逆反应,快速平衡反应,ES分解为E及P的反应为慢反应,反应速度取决于限速步骤S的总浓度远远大于E的总浓度,
18、因此在反应的初始阶段,S的浓度可认为不变即SSt游离酶浓度=E-ES不考虑 P+E ES 这个逆反应,中间产物,酶促反应模式中间产物学说,稳态模型的4个假设:中间产物 酶促反应模式中间产物学说E,1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式,即米曼氏方程式,简称米氏方程式(Michaelis equation)。,S:底物浓度V:不同S时的反应速度Vmax:最大反应速度(maximum velocity)m:米氏常数(Michaelis constant),0,1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物,推导过程:游离酶浓度=Et-ES E
19、S生成速度=k1(Et-ES)*S ES分解速度=k2ES+k-1ES 当稳态时:ES生成速度=ES分解速度 k1(Et-ES)*S=k2ES+k-1ES,推导过程:E+S k1k-1k2ESE+P,(Et-ES)*S k-1+k2 ES k1 ES=因v=k2ES,当所有E被S饱和时,即达到最大速度,此时ES=Et,Vmax=k2 Et 代入上式:,=,=Km,v0=,k2EtS,Km+S,Vmax S,Km+S,=,k1(Et-ES)*S=k2ES+k-1ES,(Et-ES)*S k-1,米-曼氏方程解释:当SKm时,v=(Vmax/Km)S,即v 与S成正比当SKm时,v0 Vmax,即
20、S而v不变当反应速度等于最大速度一半时,即V=1/2 Vmax,Km=S,0,米-曼氏方程解释:0,1.当0=1/2Vmax时,Km=S。因此,Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。,米氏方程的意义,1.当0=1/2Vmax时,Km=S。因此,Km,2.Km的应用是有条件的,Km值作为常数是在特定的底物、一定的温度、pH等条件下才成立的,所以,Km值可以作为鉴定酶的手段,但必须在指定的实验条件下进行才有意义。,3.Km可以反映酶与底物亲和力的大小K2k-1时,Kmk-1/k1,Km越小,酶与底物的亲和力越大,0,2.Km的应用是有条件的Km值作为常数是在特定的底物、一定,0,4.可用于
21、判断反应级数:当S100Km时,=Vmax,反应为零级反应 当0.01KmS100Km时,为混合级反应。,E+S k1k-1k2ESE+P0 4.可用于判断,Km值在试剂应用中的意义,1.鉴定酶,测定Km值可以鉴别不同来源或相同来源的不同发育期下催化相同反应的酶是否属于同一种酶。,2.Km可用来判断酶的最适底物(天然底物)当酶有几种不同的底物存在时,每个底物对酶都有一个Km值,通过测定酶在不同底物存在时的Km值,Km值最小者,即为该酶的最适底物。,3.可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度 当S=10Km时,=91%Vmax,此时即为最合适的测定酶活性所需的底物浓度。,0,Km值在试剂应用中的意
22、义1.鉴定酶测定Km值可以鉴别不同,4.了解酶的底物在体内具有的浓度水平,一般说来,作为酶的最适底物,在体内的浓度水平是接近它的Km值的,,如果:S体内 Km 则,v Vmax,大部分酶处于无用状态,如果:S体内 Km 则,v 始终接近于 Vmax,这种底物浓度也失去其生理意义,不符合实际情况,4.了解酶的底物在体内具有的浓度水平一般说来,作为酶的最,5.判断反应方向与趋势,酶催化可逆反应,正逆反应的Km值一般不同,测定正逆反应的Km值可以大致推测该酶催化的正逆反应的方向,这对了解细胞内酶的催化方向是非常重要的。,6.推测代谢途径,丙酮酸,乙酰CoA,乙醛,乳酸脱氢酶,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱
23、羧酶,乳酸,1.710-5,1.010-3,1.310-3,0,5.判断反应方向与趋势酶催化可逆反应,正逆反应的Km值一般,Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比。Vmax=K2 Et,当酶的总浓度和最大速度已知时,如可从Vmax计算酶的转换数,即动力学常数K2。酶的转换数(turnover number):当酶被底物充分饱和时,单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。酶的转换数可用来比较每单位酶的催化能力,Vm的意义,Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比。Vm的意,斜率=Km/Vmax,-1/Km,1/Vmax,Km和Vmax的测定:Lineweaver-B
24、urk方程(双倒数作图法),当1/S=0时,1/v=1/Vm 直线纵轴上的截距即为1/Vmax,从方程可看出当1/v=0时,则1/S=-1/Km直线外推至与横轴相交,其横轴截距既为-1/Km,斜率=Km/Vmax-1/Km1/VmaxKm和Vmax的测,1.pH 的影响在一定的pH 下,酶具有最大的催化活性,通常称为最适pH,唾液淀粉酶,精氨酸酶9.8,胃蛋白酶1.5,植物和微生物 最适pH4.5-6.5,动物 最适pH6.5-8.0,最适pH不是酶的特征常数该值随着底物性质及浓度、介质的离子强度、温度与作用时间不同而不同,(二)影响酶促反应速率的其他因素,1.pH 的影响在一定的pH 下,酶
25、具有最大的催化活性,pH对酶促反应速度的影响原因:,1.导致蛋白质变性2.影响酶分子的构象过高过低的pH会改变酶的活性中心的空间构象,甚至改变整个酶分子的构象3.影响酶和底物的互相解离酶和底物的结合的前体是基团处于解离状态,而其解离受到外界pH值影响很大,即受到酸碱度的影响,pH对酶促反应速度的影响原因:1.导致蛋白质变性,另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性,导致酶活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,反应速度最大。,2.温度的影响一方面是温度升高,酶促反应速度加快。温度每上升10度所增加的化学反应速率,称为温度系数(Q10),另一方面,温度升高,酶的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第七 化学课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2110095.html