课件：Chap1第四节植物催化系统——酶.ppt

第四节 植物细胞催化系统 酶（Enzyme）,一、酶的概念,目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）,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。,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,酶与一般催化剂的共同点 在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应； 只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。,二、酶作用的的特点,（一）高效率的催化活性,比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。 酶的催化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。,活化能：底物分子从初态转变到活化状 态所需的能量。,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。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。,* 酶的专一性（特异性）,（二）酶催化的专一性,酶的特异性分为三类：,绝对特异性：只能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 。 相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。 立体结构特异性：作用于立体异构体中的一种。,酶活力的调节（快速调节）,酶生物合成的调节（缓慢调节）,调节方式,调节对象 关键酶,（三）酶活性的可调节控制,适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。,1. 酶生物合成的调节 酶蛋白合成的诱导和阻遏 诱导作用(induction):在转录水平促进酶合成的过程。 阻遏作用(repression):在转录水平抑制酶合成的过程。,酶促反应的机理,酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,*诱导契合假说(induced-fit hypothesis),酶底物复合物,酶与底物接近结构相互诱导变形和相互适应结合。,目 录,羧肽酶的诱导契合模式,目 录,酶的活性中心,必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。 常见的必需基团：半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、谷氨酸-羧基等。,目 录,2. 酶活力的调节,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。 (活性部位),酶的活性中心(active center),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,目 录,酶活性的调节,（一）酶原与酶原的激活,酶原 (zymogen)：无活性的酶前体,酶原的激活：在一定条件下，酶原转变为有活性酶的过程。,酶原激活的机理,-S-S-,X,缬,天,天,天,天,赖,异,甘,缬,组 46,丝 183,静电吸引 力或氢键,肠激酶 胰蛋白酶,胰蛋白酶原,-S-S-,X,缬,天,天,天,天,赖,异,缬,丝,胰蛋白酶,S S,S S,组,活性中心,游离的六肽,胰蛋白酶原的激活过程,胃蛋白酶原的激活,酶原激活的生理意义,避免对细胞进行自身消化 保护作用 酶在特定的部位和环境中发挥作用 保证体内代谢正常进行 酶原是部分酶的储存形式,（四）作用条件温和,酶由生物细胞产生，对周围环境很敏感，一般都在比较温和的常温、常压和接近中性的pH值条件下进行,三、 酶的分子组成,*结合酶各部分在催化反应中的作用,酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质,金属酶(metalloenzyme) 金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,金属离子的作用 稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子； 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。,小分子有机化合物的作用 在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。,小分子有机化合物在催化中的作用,辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度）,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。,（一）酶的命名 1. 习惯命名法推荐名称,四、酶的命名与分类,规则：将底物名字、或底物发生的反应、或该酶的生物来源等加在“酶”字前面组合而成的命名法。 举例： 按催化反应类型分类：脱氢酶、脱羧酶、连接酶、聚合酶等。 按组织来源及性质分类：胃蛋白酶/胰蛋白酶，酸/碱性磷酸酶等。,2. 系统命名法系统名称,规则：系统命名包括酶作用的底物名称和该酶的分类名称。 若底物为两个或多个则通常用“：”号隔开，作为供 体的底物，名字排在前，而受体名字在后。 举例：乳酸脱氢酶的系统名称是L乳酸：NAD氧化脱氢酶,（二）酶的分类 1.氧化还原酶类 催化底物进行氧化还原反应的酶类 如琥珀酸脱氢酶。 2.转移酶类 催化底物间进行基团转移或交换的酶类 如氨基转移酶。 3.水解酶类 催化底物发生水解反应的酶类 如蛋白酶、淀粉酶等。 4.裂合酶类 催化底物移去一个基团并留下双键的反应 或其可逆反应的酶类，如碳酸酐酶。 5.异构酶类 催化各种同分异构体之间相互转化的酶类 如磷酸丙糖异构酶。 6.合成酶类 催化两分子底物合成一分子化合物，同 时偶联有ATP的磷酸键断裂释能的酶类，如谷氨酰胺合成酶,酶促反应动力学概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。 影响酶促反应速度因素 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素恒定,五、影响酶促反应速率的因素,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。,S,V,Vmax,（一）底物浓度,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,Vmax,目 录,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,目 录,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,目 录,米曼氏方程式,中间产物,酶促反应模式中间产物学说,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),米氏方程解释S对V的影响 Vmax S Km + S 当S Km时，略去分母S V= S V 与S成正比，一级反应 当 S Km时，略去Km , V=Vmax V 与S无关，零级反应,V=,（二）Km与Vmax的意义, Km的定义： Km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mol/L。,v = Vmax,KmS,（二) Km值意义： A) Km是酶的特征性常数之一，Km只与酶的结构、酶所催化的底物、反应环境有关，而与酶的浓度无关。,B）Km可近似表示酶对底物的亲和力,C） 同一酶对于不同底物有不同的Km值。最适底物的Km最小；催化可逆反应的酶，对正、逆两向反应底物的Km不同，催化的主要方向Km小。 同工酶的Km不同。 催化连锁进行的代谢途径的一系列酶中，限速酶的Km最小。,Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,意义：Vmax=K3 E 如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算 酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,（二）酶浓度,当SE，酶被底物饱和时，反应速度与酶浓度成正比。 关系式为： V = K3 E,（三）温度对反应速度的影响,双重影响：温度升高，反应速度加快（T10 ,V 12倍）；超过60酶开始变性，80 多数酶完全变性。 酶的最适温度：酶促反应速度最大时的环境温度。是上述双重影响的综合结果。多数温血动物酶的最适温度在3540 之间。 酶的最适温度受时间影响，不是酶的特征常数。 低温时酶的活性下降但不破坏酶。,（四）pH对反应速度的影响,最适pH(optimum pH)： 酶催化活性最大时的环境pH。 酶的最适pH受S、缓冲液的种类与浓度、酶的纯度等的影响而不是特征常数。 植物、微生物酶多在4.56.5；多数动物酶在 6.5 8.0。,(五)抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂(inhibitor)：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性,两类抑制作用,不可逆性抑制,可逆性抑制 ：,竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制,1.不可逆性抑制 * 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。 例如： 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),R-O O R-O O P + HO-E P + HX R-O X RO O- E 有机磷化合物 胆碱酯酶 失活的酶,有机磷农药特异结合胆碱酯酶活性中心丝氨酸-OH，乙酰胆碱蓄积。,（二异丙基氟磷酸）,Cl SH S As-CH=CH.Cl+ E E As-CH=CH.Cl+2HCl Cl SH S Lewisite 巯基酶 失活的酶 二巯基丙醇（british anti-Lewisite BAL）可与毒剂结合，使酶恢复活性。 S CH2-SH SH CH2-S E As-CH=CH.Cl+CH -SH E + CH - S S CH2-OH SH CH2OH,As-CH=CHCl,重金属离子（Hg2+、Ag+）、砷、砷化物如路易斯气对巯基酶的抑制,2.可逆性抑制作用,* 概念： 抑制剂通常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 反竞争性抑制,* 类型, 竞争性抑制作用,反应模式,定义:抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。,特点 1）I和S具有结构相似性，争夺酶的活性中心。 2） I存在时影响酶与底物结合，表观Km随I增加而增加。 2）抑制作用的强度取决于I与E的相对亲和力及S和I比。与I 成正比；与S成反比。S极大时抑制作用解除。 Vmax不变, 非竞争性抑制,* 反应模式,特点： 1）抑制剂结合酶活性中心外必需基团， I既可结合E，也可结合ES。 I不影响S与E的结合（Km不变） 2） ESI不能转变成产物 3）抑制作用只与I成正比（V 随I增加而增加） 。与底物浓度无关（Vmax）,(六)激活剂对反应速度的影响,激活剂(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 必需激活剂 非必需激活剂,六、 同工酶,* 定义 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),实践意义 为生物研究提供良好的工具，如研究基因突变 反映在发育过程中基因如何 表达 研究生物进化、地理分布、群体遗传和代谢的调节控制,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料仅供参考，实际情况实际分析,主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发布广告等 秉着以优质的服务对待每一位客户，做到让客户满意！ 致力于数据挖掘，合同简历、论文写作、PPT设计、计划书、策划案、学习课件、各类模板等方方面面，打造全网一站式需求,感谢您的观看和下载,The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料