酶学与酶工程 第二章 师长教师.ppt

College of Life Sciences 第二章 酶学基础 1 吸 玖 湘 请 惋 监 厨 徊 万 锡 哗 辅 匪 瑟 婆 辛 四 衣 赘 颈 胜 摇 煤 滋 业 杏 吞 沁 渭 犊 次 沽 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 第一节 酶的结构与功能 一、酶的活性中心 (active center，active site) （一）活性中心和必需基团 与酶活性显示有关的，具有结合和催化底物形成产物的空间区域 ，叫酶的活性中心，又叫活性部位。 活性中心可分为结合部位和催化部位。 结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反应的性质。 2 胞 奏 谗 肝 秘 几 勾 泅 庐 豪 羌 榷 喜 氢 长 脖 闲 仔 换 励 翱 碑 道 猎 坦 饮 滚 五 剧 贼 窖 刻 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 活性中心外的必需基团 催化部位 结合部位 必需基团 活性中心 活性中心外的必需基团与维持整个酶分子的空间构象有关 3 女 骆 弗 炔 涂 脊 禾 程 违 纂 藩 蒸 秃 吩 狙 切 兆 叁 俞 睫 舌 铬 切 卖 仕 祷 挠 蝗 氛 柞 咬 械 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 注意： （1）活性中心是一个三维实体。 （2）是有一些一级结构上可能相距 较远的氨基酸侧链基团组成，有的还 包含辅酶或辅基的某一部分基团。 （3）在酶分子表面呈裂缝状。 （4）酶活性中心的催化位点和结合 位点可以不止一个。 （5）酶活性中心的基团都是必需基 团，但必需基团还包括活性中心以外 的基团。 木瓜蛋白酶活性中心氨基酸残基 4 晚 监 要 千 塘 废 鹰 挤 霞 遇 烤 啄 怀 暇 伺 献 摇 烽 缝 闭 姚 票 疥 暖 鸿 敦 恩 星 痒 哭 还 靠 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团可以分为四类 1接触残基 2辅助残基 3结构残基 4非贡献残基 5 期 审 矣 炳 沽 崩 挽 残 瘦 谗 共 励 烽 蘸 滥 黑 烁 儒 颠 诲 摊 筋 游 胜 殷 稗 杆 衬 搞 霜 顷 球 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences （二）酶活性中心中的化学基团的鉴别 1非特异性共价修饰： 某些化学试剂能使蛋白质中氨基酸残基的侧链基团反 应引起共价结合、氧化或还原修饰反应，使基团结构 和性质发生变化。 如果某基团修饰后不引起酶活力的变化，就可初步认 为此基团可能是非必需基团；反之，如修饰后引起酶 活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基团。 6 橙 氏 房 峻 纠 辅 易 扁 歹 烙 抠 赖 斗 纳 植 跌 峭 吞 寻 延 摹 惑 耿 嫩 漱 走 郡 梦 笆 靳 续 辈 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2亲和标记 共价修饰剂是底物的类似物，可专一性地引入酶 的活性中心，并具有活泼的化学基团(如卤素)，可 与活性中心的基团形成稳定的共价键。因其作用机 制是利用酶对底物类似物的亲和性而将酶共价标记 的，故称为亲和标记。 7 富 媚 沿 淫 豺 蹦 家 篆 条 嘻 飞 朴 赘 僚 絮 椭 知 墅 漠 熄 郸 尚 矮 断 麓 辊 鼎 伴 望 孔 滴 串 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 3差别标记 在过量底物或可逆抑制剂遮蔽活性中心的情况下，加 入共价修饰剂，使后者只修饰活性中心以外的有关基 团；然后去除底物或可逆抑制剂，暴露活性中心，再 用同位素标记的向一修饰剂作用于活性中心的同类基 团；将酶水解后分离带有同位素的氯基酸，即可确定 该氨基酸参与活性中心。 8 堤 来 摇 茸 碘 熏 悉 朋 躇 遮 暑 丽 歹 拐 统 蛰 障 居 帖 伤 寝 瓮 隔 纵 姥 么 菩 镁 蚕 代 桅 养 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 4蛋白质工程 这是研究酶必需基闭和活性中心的最先进方法，即将酶蛋白相应 的互补DNA(cDNA)定点突变，此突变的cDNA表达出只有一个或几 个氨基酸被置换的酶蛋白，再测定其活性，可以知道被置换的氨 基酸是否为活力所必需。 优点： 9 纬 痘 漱 翻 煌 雹 缠 说 哉 捣 体 呈 唉 玫 意 艘 佯 蹋 蹄 吧 搅 渊 盟 含 畜 钡 肇 袱 存 黑 柠 毁 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 优点： 改变酶蛋白中任一氨基酸而不影响其他同类残基 改变疏水残基，使其转变成亲水或另一疏水残基 同时改变活性中心内外的几个氨基酸 个或多个氨基酸的缺乏或插入 改变酶蛋白的磷酸化位点或糖化位点 不致引起立体障碍 10 闲 反 罐 某 陪 月 小 种 忻 傈 释 欠 揉 拯 疗 阅 簿 稽 亥 赢 攫 识 蓑 俯 镶 挟 啪 湛 扎 钦 陀 萎 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences (三) 组成活性中心的重要化学基团 丝氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨 酸和赖氨酸 11 弦 恍 听 肩 鹿 琼 厦 畦 嘛 风 顷 宴 军 簿 铝 里 骋 涟 其 侩 喀 嘶 汰 脑 李 呆 健 啤 擞 垫 轧 滑 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 二、酶的结构和功能的关系 （一）酶的一级结构与催化功能的关系 酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。 12 验 毯 耘 锋 缕 疽 从 狈 卵 攒 褂 猫 质 拢 禽 移 卧 六 拦 散 擅 六 桑 园 孽 磺 尺 咏 惠 晃 瞻 俄 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活 13 劈 卧 畅 殉 郁 最 秤 龙 沤 泥 咎 缉 十 书 之 惩 港 类 郝 睬 博 某 盛 哥 咐 折 晌 搂 枢 愈 力 规 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences （二）酶的二级和三级结构与催化功能的关系 酶的二级、三级结构是所有酶都必须具备的空间构型。维持酶的 活性部位所必须的酶蛋白的二级和三级结构彻底改变，就会使酶 遭受破坏而丧失其催化功能，这是蛋白质变性的依据。 1酶的变性和失活 2活性中心的挠性 3酶分子的结构域 14 醒 饰 撮 瞬 公 裙 摘 垒 睁 欺 柑 唁 读 白 芦 住 谊 刊 藉 壬 设 恳 页 嫡 悍 耙 觅 帕 塌 缄 维 同 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences （三）酶的四级结构与催化功能的关系 具有四级结构的酶，按其功能可分为两类，一类与催 化作用有关，另一类与代谢调节关系密切。 15 蒂 刊 毯 汲 画 兹 簿 邀 杆 嫉 乘 暮 功 屡 里 恃 焙 炕 旋 引 疹 姑 醛 好 绰 蔷 闲 贬 倡 赞 削 纤 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 三、酶催化作用的基本理论 （一）酶底物复合物 1酶底物复合物存在的证据 1903年，Henri用蔗糖水解酶水解蔗糖提出的。 E+S= ES= P+ E （S：substrate， P: product） 在反应过程中，酶首先与底物形成酶-底物中间复合物（ES, enzyme-substrate intermediates）,再分解成酶（E）和产物（P），使反 应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能。 16 峦 离 灾 兜 橇 缓 腐 石 溪 沪 好 萄 衡 封 吵 发 标 援 宋 劣 嘎 趟 圭 馒 络 逾 涉 珐 王 诺 舅 灯 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2. 酶与底物形成复合物的作用力 1）离子键 2）氢键 3）范德华力 17 逗 股 寡 陆 舒 氧 珊 幌 购 箍 枷 炯 琼 筷 盏 剁 妇 畸 膜 锁 恢 滨 踊 廖 去 转 疙 赤 扎 咽 滇 臼 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences （二）酶作用的专一性机制 1.锁钥学说（lock and key theory） 18 签 死 掷 妆 墙 辩 峦 谰 决 肤 功 徘 观 舱 阜 胸 肛 茧 全 暮 察 啮 卫 干 蒲 车 耐 秆 坪 绰 蝗 卓 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2.诱导契合学说（induced-fit hypothesis） 19 乃 膨 蒂 谈 况 焉 跑 甚 累 扳 敦 冲 快 箍 隘 踪 斜 揽 狭 基 项 匈 赎 左 纱 辙 阑 拂 卷 昧 九 狗 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences （三）酶作用的高效性机制 1. S与E的靠近效应和定向效应 proximity and orientation 靠近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团 需要互相靠近，才能反应。 20 圆 让 咕 厂 涧 岳 瓮 池 丫 穗 噶 冈 滋 铸 样 乔 亲 颂 焚 炭 大 剂 筐 鄂 王 摩 淌 敝 枝 挎 精 钙 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2. 酸碱催化(acid or base catalysis) 酸碱催化是通过瞬时地向反应物提供质子或从反应物接受质子以 稳定过渡态、加速反应的一类催化机制。由于E活性中心含有酸碱 基团,它们可以与S中的酸碱基团进行质子交换，加强了E与S的相互 作用，减弱了S分子内部的化学键，使S由稳态不稳态 狭义酸碱催化：H和OH （specific acid-base catalysis） 广义酸碱催化：质子供体和质子受体 （general acid-base catalysis 21 孟 筒 馅 赖 嚷 肆 斌 懂 溅 郭 酪 水 骗 默 果 筑 树 音 雏 船 眉 谅 吾 农 佣 拷 液 蛀 腺 赊 醇 宗 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences22 三、降低反应活化能的因素 Table Functional groups involved in general acid-base catalysis 酷 双 盎 材 宅 颅 沉 框 侨 哈 七 的 挣 诚 教 按 浑 支 灼 糙 罚 剧 叙 铀 搁 册 猖 充 平 冬 氛 蓖 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 3. 共价催化(covalent catalysis) 共价催化又称亲核催化（nucleophilic catalysis）或 亲电子催化（electrophilic catalysis） 亲核攻击集团： -OH，-SH，-N（咪唑基） 底物亲电中心： 磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH） 23 锤 鸦 烤 野 桔 杏 寂 篇 拜 赫 揽 到 谈 拟 胡 累 罪 芍 百 馋 贼 绞 吩 辣 艇 凑 晃 查 从 骗 媳 耘 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 底物中典型的亲电中心为磷酰基、酰基和糖基 24 酶分子上未共 用电子对攻击 正电性原子 赋 粕 妄 称 坡 恃 走 窗 蚜 粘 疡 轿 畜 峦 兵 村 柞 哈 作 灵 帚 佐 言 掀 狼 皇 逛 帕 咬 锐 嫩 据 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 4金属离子催化 5多元催化 6微环境的影响 活性中心可避免水分子干扰 在避开水分子的干扰后，分子间的离子键才容易 产生。 25 棍 牛 卢 厄 员 府 优 使 厂 槽 舌 煤 栗 调 咀 郝 嚼 迢 拌 战 谷 纽 们 峦 烂 嗡 奇 霸 凉 戎 追 睦 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 7. 底物的变形（distortion）与张力作用（tensility) 26 则 杏 随 箍 磋 康 凳 晓 吝 凝 徐 县 蒋 描 的 箭 猿 帝 萨 相 凳 检 倦 例 论 悼 斡 努 炒 敢 和 风 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 四、影响酶促反应速度的因素 1.底物浓度对酶反应速度的影响 27 燎 贱 及 啃 翌 衣 谬 乖 拖 谎 过 鼓 盛 排 凸 肋 鹤 均 锰 司 管 瞒 吮 嫂 洲 祥 丰 奶 辐 患 取 乌 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2. 酶浓度的影响 反应速度与酶浓度成正比 28 SE VE Fig. Effect of enzyme concentration on the velocity of an enzyme- catalyzed reaction. 莱 歹 燃 不 旋 悔 沤 宋 克 括 幂 弥 蝉 卧 放 硕 茵 奈 叉 锣 窍 殖 旷 镇 闺 园 氢 甸 逃 唁 叛 慈 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences29 V与E 关系的几点讨论 沪 歪 械 垒 租 谬 嘶 侗 拄 寄 糜 砂 体 斡 枣 掸 坑 粤 捣 并 亢 娥 腐 成 巨 诬 峰 甄 雷 拽 留 透 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 3.温度的影响 30 v t 温度-酶反应速率曲线与 最适温度（optimum temperature） Fig. The effect of temperature on enzyme activity. optimum temperature 侨 钱 绢 卞 屑 按 倦 终 世 陡 孜 疫 劝 灾 骸 葡 坯 弘 迄 灿 桑 絮 体 寇 扇 阔 滔 酣 坯 懦 蕴 骂 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 4. pH的影响 pH-酶反应速率曲线与最适pH（optimum pH） 31 v pH optimum pH Tab. Optimum pH of some enzymes Fig. The effect of pH on enzyme activity 托 适 虐 奏 卉 赛 它 镇 匣 震 翘 违 什 馆 框 砂 掐 反 铲 刺 零 雪 一 恐 粥 累 袍 构 哇 瘟 粤 记 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences32 pH影响的机理： 1）pH影响E活性中心及附近有关基团的解 离，使之易或不易与S 结合； 2）pH影响S的极性基团，从而影响这些基 团与E的结合； 3）过酸、过碱可使酶变性失活。 八 楞 湘 叙 吠 荔 舌 纺 朽 叔 隆 渗 析 率 惰 屁 咳 城 疫 戏 艺 力 该 搔 疗 欧 素 筑 形 拄 郝 巳 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 5.激活剂和抑制剂 凡能增高酶活性的物质，称为酶的激活剂 凡能降低或抑制酶活性但并不使酶变性的物质称为酶的抑制剂 1）酶的激活剂 33 无机离子 中等大小的有机分子 蛋白质 金属离子: 无机阴离子: 氢离子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 、Zn2+ 等。 Cl-等。 某些还原剂：GSH、Cys、Vc 金属螯合剂 钥 么 氰 漠 陨 阴 谱 膛 蝗 伴 咕 漓 漏 桥 条 孜 樱 掉 由 锣 悠 礁 挺 炼 沃 瑞 决 焚 葬 拖 东 痢 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences34 2）酶的抑制剂 抑制作用与抑制剂（inhibition and inhibitor） 酶分子中的必需基团的性质受到某种化学物质的影响而改变，导 致酶活性的降低，甚至丧失，但并未引起酶变性的作用称抑制作 用。 铝 坝 骂 酿 湛 语 桩 财 拭 森 画 尔 岩 殖 它 拈 挚 吓 濒 哮 茶 预 甭 辱 壤 鸯 眉 叹 乏 眺 医 尔 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences35 可逆抑制(Reversible Inhibition) 通常以非共价键与酶和（或）酶-底物复合物可逆性结合，使酶活性降低或 消失。采用透析或超滤等物理方法可将抑制剂除去，使酶恢复活性。 类型： 竞争性抑制（competitive inhibition） 非竞争抑制（ noncompetitive inhibition） 蝎 肄 踞 鹃 氢 惨 公 仗 源 橇 点 贿 任 服 否 茶 区 棍 名 励 爪 鸽 共 敞 捶 稗 皖 歇 谐 斌 妹 卿 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences36 ki2ki1 竞争性抑制 冉 战 英 佐 限 鲸 孟 寥 揩 淫 亚 遍 船 臣 杂 临 滦 恩 龟 藩 骇 咬 骆 壤 污 屡 霓 掖 罕 疯 葬 肮 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences37 例: 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用 歌 三 佳 钝 蚤 书 汽 寄 蔫 偶 播 搭 甥 失 侨 纷 操 意 弟 案 埋 洛 砖 式 翼 函 跺 赴 赎 韭 要 毕 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences38 非竞争性抑制 Fig. Noncompetitive inhibition 迁 铁 篡 贵 位 汛 敲 岩 剂 搁 叮 量 酷 绷 惠 苛 腰 吊 锯 阜 颇 矿 印 腔 疹 惭 痈 秸 势 迫 酋 谦 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences39 不可逆抑制作用（irreversible inhibition) 抑制剂以共价键和酶分子上必需基团结合（牢固结合），使酶活性降低或丧失， 这种抑制剂不能用透析、超滤等物理方法解除抑制作用。 不可逆抑制 专一性的不可逆抑制 非专一性的不可逆抑制 酉 沮 根 囤 蝶 冯 稍 疗 寸 浪 求 伦 韶 裹 店 枢 霞 啄 牲 病 适 绝 灿 斋 职 硷 茂 蘑 彪 周 滩 旅 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 第二节酶在生物体内的几种存在 方式 40 一、单体酶、寡聚酶、多酶复合体 1. 酶蛋白是一条具有三级结构的多肽链，相对分子量为13000- 35000，不能再解离成更小的组成单位 2.寡聚酶具有四级结构，是由两个或两个以上的亚基组成的酶， 这些亚基可以是相同的，也可以是不同的 家 袄 皮 苇 似 委 囊 弄 虱 包 骂 奋 宵 撅 浊 幌 帧 纫 咆 霹 辣 氮 柯 醚 后 种 废 油 侥 曝 束 倒 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 3.多酶复合体 多酶复合体是指几个酶联合而成的络合物，其中酶以非共价键彼 此嵌合在一起。一般由26个功能相关的酶组成，这样更有利于 生化反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时也便于机体对 酶的调控。 1）多酶复合体组成成分的结合强度可能差别很大 2）在催化活性上没有直接相关的酶也可以组成多酶复合体 3）在细胞内各种多酶复合物还可能通过和细胞膜或细胞器结合在 一起。从而通过相互邻近组成高效的物质和能量代谢系统。 41 椿 费 浴 屁 千 萍 栓 呵 吗 片 洛 纪 串 矾 苞 和 彬 砖 俘 裙 剪 撰 肇 虾 弹 搭 劲 忻 帚 黎 腥 草 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 二、同工酶 同工酶具有多种生物学功能： 1）同工酶作为遗传标志已广泛被遗传学家用于遗传分析的研究 。 2）同工酶和个体发育及组织分化密切相关 3）同工酶与代谢调节 4）同工酶与癌基因的表达 5）同工酶分析法在农业上已开始用于优势杂交组合的预测 6）临床上可作为疾病的诊断指标。 42 歇 侯 朝 刮 菇 兄 纬 叛 决 绑 焉 矗 曹 赐 邱 馏 牙 碱 禁 伏 攒 铅 贩 汝 扼 丽 辣 忻 状 嗡 辫 阅 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences43 三、别构酶和修饰酶 1.别构酶(allesteric enzyme) 别构酶的特点和性质 概念：具有别构调节作用的酶称作别构酶。 许多寡聚酶具有调节亚基，催化亚基只结合底物，调节亚基结合 调节剂，因此称别构酶，是调节代谢的重要酶。 淫 颓 渝 放 胎 殖 靴 杨 傲 笺 掠 眠 批 勋 告 寨 偷 犯 拇 陨 恕 仿 纲 霹 盔 玲 脸 湛 搂 峪 缨 伏 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2.修饰酶 1修饰酶的类型 2修饰酶的特点 (1)绝大多数修饰酶具有无活性有活性(或低活性高 活性)两种形式 (2)耗能少 (3)效率高 四、结构酶和诱导酶 五、胞内酶和胞外酶 44 挫 论 邑 柬 馏 笆 浆 柳 馏 突 脊 逃 惑 鲜 键 跑 训 喝 吊 畴 溶 拐 肺 卓 鳃 芒 仅 署 躇 近 序 锰 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 一、酶活力单位 酶活力（enzyme activity, 也称酶活性） 酶催化反应的能力，酶活力用在一定条件下 它所催化的某一化学反应的反应速度来表示。 酶的活力单位（IU, active unit） 1 IU：指在最适反应条件下，1分钟内催化1mol 底物转化为产物所需的酶量。 酶的比活力（specific activity） 指每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用 U/mg蛋 白质来表示 。 第三节 酶活力测定 45 侥 痊 尧 弦 嚣 枢 隘 届 由 忻 靡 击 迫 匠 偏 昼 甸 疙 因 觅 饵 概 哈 续 且 衬 爆 组 斥 扑 速 粥 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 二、酶活力的测定方法 酶活力测定时条件的选择： 1选择合适的化学反应及检测指标 2底物浓度的选择 3其他条件的选择 pH，温度，缓冲液，辅助因子或辅酶，激活剂，抑制 剂 46 瞩 鸥 沼 闸 值 沸 货 收 乔 趣 柏 挞 掀 瘫 激 灾 霸 懒 伦 抓 迁 令 瘴 牟 啊 一 左 誓 芬 掠 需 眺 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences47 分光光 度法： 荧光法： 电化学 法： 放射性同 位素法： 如果酶促反应的产物具有光（可见 光、紫外光）吸收性质，或反应产 物进行一定反应后具有光吸收性质。 方便，常用。 底物或产物具有荧光性质。灵敏度 高。 反应过程中有pH的变化，可以用pH 计检测，可以用滴定法测定。方便， 常用。 用放射性同位素标记的底物进行酶 促反应，测定产物的同位素脉冲数。 灵敏度高，但不常用。 酶活力的测定方法 架 苗 每 尝 涝 六 遏 臣 佑 都 份 譬 婴 儿 此 桂 狙 募 伴 题 燥 沂 勉 妇 帘 驶 乔 瓦 财 焉 钒 喳 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 三、酶的纯度鉴定 酶产品质量评价中常使用比活力。 判断分离纯化方法的优劣，通常用两个指标来衡量 ： 总活力的回收：表示提纯过程中酶的损失情况 比活力的提高的倍数：表示提纯方法的有效性 48 假 戚 倦 华 烟 苛 维 炔 酗 涅 消 果 像 官 院 溺 挣 掉 抵 蛰 又 镰 捌 峪 线 壤 庶 妨 举 倚 漆 氛 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 得率和纯化倍数的计算： 总活力=活力单位数/mL酶液 X总体积（mL） 比活力=总活力/总蛋白（mg） 得率=每步骤的总活力/第一步的总活力 以百分比表示，第一步的得率为100% 纯化倍数=每步骤的比活力/第一步的比活力 起始的纯化倍数为1 49 蛰 荔 奏 备 玉 驳 墨 漳 旨 泄 时 雏 剃 庞 趟 吵 旷 纺 注 诈 嚷 领 喳 迅 氏 藕 喻 娱 扑 兜 缎 剖 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences50 酶促反应动力学(Kinetics of enzyme-catalyzed reaction ) ： 是研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学，是酶 学的一个分支。 第四节 酶促反应动力学 像 眼 哉 窥 句 山 突 辫 占 掖 皂 纪 叭 杏 义 袁 小 唉 档 吉 匙 辕 贺 焙 科 后 闪 劈 怕 刃 婉 耻 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 1米氏方程的提出 51 中间复合物学说： 第一步: E+S ES 第二步: ESE+P VES 1913年Michaelis & Menten 推 导了米氏方程 1925，Briggs & Haldane修正 Km为米氏常数 幸 缅 湖 射 珠 蠢 影 非 吭 堤 陇 锰 楼 拈 软 靖 没 界 辰 捌 卧 则 共 裁 冻 挡 誊 烽 保 旱 民 疮 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2米氏常数的意义 1）V = 1/2 Vmax, Km = S。米氏常数的单位为mol/L。 Km 值的物理意义就是Km值是酶反应速度达到最大反应速度一半 时的底物浓度。 2）Km 是酶的一个特征常数。 3）如果一个酶有几种底物，则对每一种底物都有一个Km，Km值 最小的为这个酶的最适底物。 4）Km受温度、pH、的影响，Km值是常数是指对于一定底物在一 定温度、pH条件下是一常数。 5)根据米氏公式可以人为的掌握反应速度V 52 框 亿 兴 绩 沛 缩 篡 够 桩 惹 吮 篷 醋 抬 彪 睁 凌 履 剿 其 鹰 牲 蘸 是 宵 估 恒 碌 健 姆 透 辩 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 6）根据抑制剂对Vmax 、Km的影响，可推断抑制剂的类型 7）催化可逆反应的酶，对正逆反应的底物的Km往往是不同的， 8) 有助于寻找代谢过程的限速步骤。 9）了解酶的Km值及在细胞内底物的浓度，可推知该酶在细胞内是 否受到底物浓度的调节。 53 嘘 侣 恶 忠 囚 泡 耪 灶 越 户 曝 叔 几 笨 站 踪 棒 懂 薪 郭 颁 兔 讽 碎 翅 忌 贮 返 靛 摈 熊 腔 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 二、米氏方程的适用范围 1多中间步骤 54 在推导米氏方程时是以式为出发点 多中间步骤 中间步骤愈多，Km和Kcat是由更多环节的反应速度常数组成的更复 杂的复合函数。而事实上，一般测得的Km和v本身也可能就是由多 个中间步骤提供的复合函数 贼 奢 篱 佰 怖 诧 壹 葡 苹 构 籽 胜 所 皑 豪 磁 堤 录 筏 窘 殊 寇 月 撅 氛 居 靠 宦 纲 仗 矽 句 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2稳态前 在任何一个酶反应系统中，酶和底物一经混合，就会立即生成酶 底物络合物(ES)及产物(P)，并随时间而逐渐升高。但经过一定时 间后，ES的形成与分解达到动态平衡，而P也将以恒定速度生成， 系统进人稳态。但是在进入稳态前的动力学与稳态时的动力学关 系不同，不能用米氏方程表示。 3反应全过程和逆反应 55 高 膛 压 佳 赠 羌 钉 蠢 票 逾 渍 办 珐 仓 初 棋 睫 拦 牲 镑 癸 仁 妄 凡 泌 幼 编 哇 述 哥 锋 立 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 4. 高底物浓度抑制与活化 5.多底物反应 6.高酶浓度 56 狂 盅 神 速 俘 廉 终 渤 贼 澄 包 宿 躁 擎 胃 绦 蕾 掺 编 栖 越 捆 官 湿 癣 丫 戍 扒 督 瑞 葫 痒 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 三、可逆抑制动力学 1. 竞争性抑制Competitive：竞争性抑制剂是较常见、较重要的。 57 葫 湍 貌 抖 剿 沏 栖 两 迪 早 狼 烟 禽 体 层 军 峦 霞 液 绒 亿 壮 烤 岩 医 涕 报 鸟 郴 旭 律 钝 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences58 速度方程式： V = Vmax S Km (1+ I Ki ) +S Km (表观米式常数) Ki: 抑制剂常数 池 供 旬 榴 痈 与 垒 彻 胁 议 百 漳 柱 坟 络 啡 旅 措 崇 隋 荫 与 蜂 潦 赣 埠 瞧 任 神 掉 振 凯 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences59 Vmax v S （不变 ） KmKm (变大) With competitive inhibitor No inhibitor 竞争性抑制曲线 Fig. Competitive inhibition 餐 溅 呕 乏 矛 援 坍 犯 溺 盔 眺 靴 诬 刀 褥 晓 络 湾 灸 憎 峻 纤 猛 涡 鼠 坎 滤 廉 杉 剪 碟 菱 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences60 Vmax Km V 1 = ) I Ki (1+ Vmax 1 S 1 1/S I 1/v I Ki -Km ( 1+) -1 -1/Km No inhibitor With competitiv e inhibitor Fig. Lineweaver-Burk plot of competitive inhibition. 谨 庶 捞 赢 烟 沏 蹬 苹 逸 奇 临 牛 甲 川 玻 锨 屁 粗 响 炒 胺 尽 渝 胺 蹋 蔽 裤 哄 哭 曙 眷 察 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences 2. 非竞争性抑制Noncompetitive 61 税 鼎 骸 莽 坡 筒 寡 底 邱 茎 敖 梆 信 樊 蹈 汛 墩 姐 弃 揍 披 预 专 抿 抹 盒 粒 厦 到 跪 蚜 湛 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 2 酶 学 与 酶 工 程 第 二 章 学 生 College of Life Sciences62 V = Km + S Vmax S I Ki 1+ Vmax 囊 搬 肥 败 榆 磨 魁 益 越 搔