单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 酶,主要内容,：,介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶原以及酶原的激活，进而讨论影响酶作用的主要因素,。,对酶工程和酶的应用作一般介绍。,返回,第三章 酶 主要内容：介绍酶的概念、作,1,第一节 酶的概述,一,、,酶及生物催化剂概念,极高的催化效率,高度的专一性,酶活性的不稳定性,二、,酶作用的特点,第一节 酶的概述一、酶及生物催化剂概念 极高的催化效率,2,一、酶的概念,酶是由活细胞产生的能够在体内外起催化作用的生物催化剂。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。,酶所催化的化学反应称为酶促反应。,酶促反应中,S,为底物，,P,为产物，酶本身用,E,表示，所以酶促反应表示为,S P,E,一、酶的概念酶是由活细胞产生的能够在体内外起催化作用的生物催,3,几个有关名词,底物,(substrate,S),：酶作用的物质。,产物,(product,P),：反应生成的物质。,酶促反应：酶催化的反应。,酶活性：酶催化化学反应的能力。,几个有关名词底物(substrate,S)：酶作用的物质。,4,二、,酶促反应的特点,1,酶的催化效率高,酶的催化效率通常比非催化反应高,10e8,10e20,倍，比一般催化剂高,10e7,10e13,倍。,酶加速反应的机理是降低反应的活化能,(activation energy),。,2,酶的高度专一性,一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性,.,3,酶活性的不稳定性,绝大多数的酶是蛋白质，会受到理化因素的影响而变性失活。所以酶反应时要求一定,PH,、温度等条件。,二、酶促反应的特点1 酶的催化效率高,5,绝对专一性和相对专一性,绝对专一性,有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。,相对专一性,有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。,1）,键专一性,有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。,2）,基团专一性,另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格,。,绝对专一性和相对专一性 绝对专一性 有的酶,6,绝对专一性,酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物,。,如：,绝对专一性酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，,7,相对专一性,酶作用于一类化合物或一种化学键。,如：,相对专一性酶作用于一类化合物或一种化学键。,8,立体结构专一性,酶仅作用于立体异构体中的一种。,立体结构专一性酶仅作用于立体异构体中的一种。,9,第二节 酶的结构和功能,结合酶,(conjugated enzyme),单纯酶,(simple enzyme),酶蛋白,(apoenzyme),辅助因子,(cofactor),全酶,(holoenzyme),决定反应的特异性,决定反应的种类与性质,一、,酶的分子组成,完全由氨基酸组成,第二节 酶的结构和功能 单纯酶(simpl,10,辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为,辅酶,(coenzyme):,与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,辅基,(prosthetic group):,与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去,。,辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为 辅酶(coenz,11,辅助因子的作用,决定酶促反应的性质，在反应中传递电子、质子或一些基团的作用。,辅助因子,(cofactor),金属离子,小分子有机化合物,酶蛋白的作用,决定酶的专一性。,辅助因子的作用辅助因子(cofactor),12,二、酶的活性中心,必需基团,(essential group),酶分子中，一些与酶活性密切相关的基团。,酶的活性中心,(active center),指,必需基团,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,将底物转化为产物,。,二、酶的活性中心必需基团(essential group)酶,13,溶菌酶的活性中心,溶菌酶的活性中心,14,活性中心内的必需基团,结合基团,(,binding group,),与底物相结合,催化基团,(catalytic group),催化底物转变成产物,维持酶活性中心应有的空间构象所必需。,活性中心外的必需基团,构成酶活性中心的常见基团：,His,的咪唑基、,Ser,的,OH,、,Cys,的,SH,、,Glu,的,-COOH,。,活性中心内的必需基团结合基团催化基团维持酶活性中心应有的空间,15,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心,16,63,63,17,酶专一性的“锁钥学说”,酶专一性的“锁钥学说”,18,Zn,Zn,羧肽酶结合底物前后构象变化,ZnZn羧肽酶结合底物前后构象变化,19,RNase-,底物复合物,RNase-底物复合物,20,三、酶 原 的 激 活,一些酶在细胞内合成和分泌时，没有催化活性。这个不具活性的蛋白质称为,酶原,（,zymogen,或,proenzyme,）,。在合适的条件和特定部位，无活性的酶原转变为有活性的酶，这个过程称为,酶原的激活,。,其本质是酶的活性中心形成或暴露的过程,。,实例：,消化系统蛋白酶原的激活,三、酶 原 的 激 活 一些酶在细胞内合成和,21,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,六肽,肠激酶,活性中心,胰蛋白酶原的激活示意图,胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意图,22,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,六肽,肠激酶,胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用,胰凝乳蛋白酶原,胰凝乳蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧肽酶原,羧肽酶,胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作,23,酶原以及酶原激活的生理意义,一、保护组织器官本身不受酶的水解破坏。,二、使酶到达特定部位发挥生理作用。,酶原以及酶原激活的生理意义一、保护组织器官本身不受酶的水解破,24,五、酶的多种分子形式同工酶,概念,：,存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶,（,isoenzyme）。,乳酸脱氢酶,是研究的最多的同工酶。,生物学功能：,遗传的标志,和个体发育及组织分化密切相关,适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要,在各学科中的,应用,五、酶的多种分子形式同工酶 概念：存在于同一,25,不同组织中,LDH,同工酶的电泳图谱,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),心肌 肾 肝 骨骼肌 血清,-,+,原点,不同组织中LDH同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H,26,同工酶在各学科中的应用,(1),遗传学和分类学,：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。,(2),发育学,：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。,(3),生物化学和生理学,：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。,（4）,医学和临床诊断,：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。,同工酶在各学科中的应用 (1)遗传学和分类学：提供了,27,第三节 影响酶促反应速度的因素,1、,酶浓度,2、,底物浓度,3、,pH,4、,温度,5、,激活剂,6、,抑制剂,第三节 影响酶促反应速度的因素 1、酶浓度,28,单分子酶促反应的米氏方程及,Km,推导,原则,：,从酶被底物饱和的现象出发，按照,“稳态平 衡”假说的设想进行推导。,米氏方程:,米氏常数,:,单分子酶促反应的米氏方程及Km推导原则：从酶被底物饱和的现象,29,一、酶浓度对反应速度的影响,当,S,E,，反应速度与酶浓度成正比。,0,V,E,关系式为：,V=K,3,E,一、酶浓度对反应速度的影响当SE，反应速度与酶浓,30,二、底物浓度对反应速度的影响,矩形双曲线,二、底物浓度对反应速度的影响矩形双曲线,31,三、,pH,对酶反应速度的影响,过酸过碱,导致酶蛋白变性,影响底物分子解离状态,影响酶分子解离状态,影响酶的活性中心构象,pH,最适,pH,v,三、pH对酶反应速度的影响过酸过碱导致酶蛋白变性pH最适,32,四、温度与酶反应速度的关系,在达到最适温度以前，反应速度随温度升高而加快,酶是蛋白质，其变性速度亦随温度上升而加快,酶的最适温度不是一个固定不变的常数,v,温度,最适温度,四、温度与酶反应速度的关系 在达到最适温度以前，反应速度随,33,五、激活剂,对酶作用的影响,类别,金属离子：,K,+,、Na,+,、Mg,2+,、Cu,2+、,Mn,2+、,Zn,2+、,Se,3+,、Co,2+,、Fe,2+,阴离子：,Cl,-,、Br,-,有机分子,还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽,金属螯合剂：,EDTA,凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（,activator）,五、激活剂对酶作用的影响类别凡是能提高酶活性的物质，称为酶的,34,六,、,抑制剂对酶作用的影响,凡是能降低酶活性但不能使酶变性的物质，叫酶的抑制剂（,inhibitor）,。,类型,：,可逆抑制剂,不可逆抑制剂,应用,：,研制杀虫剂、药物,研究酶的作用机理，确定代谢途径,六、抑制剂对酶作用的影响 凡是能降低酶,35,抑制剂类型和特点,竞争性抑制剂,可逆,抑制剂,非竞争性抑制剂,不可逆抑制剂,抑制剂类型和特点,36,(,一,),不可逆性抑制作用,*概念,抑制剂通常以,共价键,与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，,不能用透析、超滤等方法予以除去,。,*举例,有机磷化合物,羟基酶,解毒,-,解磷定,(PAM),重金属离子及砷化合物,巯基酶,解毒,-,二巯基丙醇,(BAL),(一)不可逆性抑制作用*概念,37,有机磷化合物对羟基酶的抑制,有机磷化合物对羟基酶的抑制,38,失活的酶,BAL,巯基酶,BAL,与砷剂结合物,失活的酶BAL巯基酶BAL与砷剂结合物,39,（二）可逆性抑制作用,*概念,抑制剂以,非共价键,与酶或酶,-,底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；,抑制剂可用透析、超滤等方法除去。,竞争性抑制,非竞争性抑制,*类型,（二）可逆性抑制作用*概念竞争性抑制*类型,40,+,I,E,I,ES,P+E,E+S,竞争性抑制作用,实例：磺胺药物的药用机理,H,2,N-SO,2,NH,2,对氨基苯磺酰胺,H,2,N-COOH,对氨基苯甲酸,对氨基苯甲酸,谷氨酸,蝶呤,叶酸,+EIESP+EE+S竞争性抑制作用 实例：磺胺药物的药,41,竞争性抑制比喻,竞争性抑制比喻,42,非竞争性抑制作用,+,I,E,I,+S,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,实例：重金属离子（,Cu,2+,、Hg,2+,、Ag,+,、Pb,2+,）,金属络合剂（,EDTA、F,-,、CN,-,、N,3,-,）,非竞争性抑制作用+EI+SESIESP+EE+S+实例：,43,非竞争性抑制比喻,非竞争性抑制比喻,44,竞争性抑制作用,非竞争性抑制作用,竞争性非竞争性抑制作用机理示意图,底物与酶专一性结合,竞争性抑制作用非竞争性抑制作用竞争性非竞争性抑制作用机理示意,45,