《基础生物化学酶》PPT课件.ppt

1 第三章酶 enzyme 2 掌握酶的概念及催化特性了解酶的分类及结构与功能的关系掌握酶的作用机理掌握酶促反应的机理及其动力学了解一些重要的酶类了解酶的调节方式了解维生素的重要的辅酶形式 学习目的 3 一 酶的研究简史 公元前两千多年 我国已有酿酒记载 1857年 巴斯德 Pasteur 酒精发酵是酵母细胞活动的结果 1878年 德国生理学家库恩提出酶 源自希腊语 在酵母中 的概念 1897年 B chner兄弟用不含细胞的酵母提取液实现了发酵 证明发酵无需活细胞 TheNobelPrizeinChemistry1907 forhisbiochemicalresearchesandhisdiscoveryofcell freefermentation 4 1913年 Michaelis和Menten提出酶促动力学原理 米氏学说 1926年 Sumner首次提取出脲酶并证明其本质是蛋白质 TheNobelPrizeinChemistry1946 Sumner Stanley Northrop fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized 1 2oftheprize 1 4oftheprize 1 4oftheprize 5 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 JackW 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 6 酶 enzyme 是活细胞合成的 对其特异的底物起高效催化作用的蛋白质 核酶 ribozyme 是近年来发现的对RNA具有高效特异催化作用的RNA 其作用主要参与RNA的剪接 脱氧核酶 deoxyribozyme 具有催化活性的DNA 具催化作用的生物物质 7 酶是生物细胞产生的 以蛋白质为主要成分的生物催化剂 酶催化的生物化学反应 称为酶促反应 Enzymaticreaction 在酶的催化下发生化学变化的物质 称为底物 substrate 二 酶是生物催化剂 biocatalysts 1 酶的概念 1 1酶的概念 8 极高的催化效率酶促反应的速度比非酶促反应通常要快105 1017倍高度专一性铂 催化许多反应 包括有机反应H 淀粉 脂肪 蛋白质 蔗糖等酶 作用于结构近似的分子 甚至只催化一种化合物易失活催化活性受到调节 控制有些酶的催化活性与辅因子 cofactor 有关 1 2酶的作用特点 9 一种酶只能作用于某一类或某一特定物质 这就是酶的专一性 specitificity 专一性主要取决于酶的活性中心的构象和性质酶的专一性分为两种情况 结构专一性 structurespecitificity 立体异构专一性 stereospecitificity 2 酶的专一性 10 根据酶对底物结构的要求不同 分为相对专一性和绝对专一性 绝对专一性 absolutespecificity 这些酶对底物有非常严格的要求 只作用一种底物 如脲酶只作用于尿素而不作用于其衍生物 如尿素的甲基取代物或氯取代物 2 1结构专一性 11 相对专一性 relativespecificity 酶对底物要求较低 作用的底物不至一种 对作用底物键的两端的要求程度不同又可分为基团专一性和键专一性 A 键专一性 酶对键的两端无严格要求 只要求一定的键 如 酯酶 lipase 二肽酶等 12 B 基团专一性 又称族专一性 酶不但要求底物一定的化学键 而且对键一端的基团也有严格要求 如 D 葡萄糖苷酶不但要求 糖苷键 并要求键的一端必须有葡萄糖残基 而对另一端基团无严格要求 可水解蔗糖和麦芽糖 13 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性 酶对底物的立体构型的特异要求 可分为旋光异构专一性和几何异构专一性 旋光异构专一性当底物有旋光异构体时 酶只作用其中的一种 如L AA氧化酶只作用于L AA L 乳酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸 而不能是D型乳酸 2 2立体异构专一性 14 例如乳酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶 它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸的可逆反应 15 L 乳酸通过其不对称C原子上的CH3 COOH及OH基分别与乳酸脱氢酶活性中心的A B及C三个功能基团结合 故可受酶催化而转变为丙酮酸 D 乳酸由于OH COOH的空间位置与L 乳酸相反 与酶的三个结合基团不能完全配合 故不能与酶结合受其催化 16 几何异构专一性 如延胡索酸水化酶只催化延胡索酸即反 丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应 而不催化顺 丁烯二酸 17 18 几乎所有的酶都是蛋白质 有的是简单蛋白质 有的是结合蛋白质 具有蛋白质的一切性质 3 酶的化学本质 3 1酶是蛋白质 19 单纯酶 生物活性仅决定于蛋白质部分结合酶由蛋白质和非蛋白质部分组成的酶非蛋白部分一般是有机小分子化合物或金属离子 称为辅因子 3 2结合酶和辅因子 20 21 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 prostheticgroup 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 22 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 activatedenzyme 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参与催化反应 传递电子 在酶与底物间起桥梁作用 稳定酶的构象 中和阴离子 降低反应中的静电斥力等 23 小分子有机化合物在催化中的作用 24 单体酶 monomericenzyme 单体酶只有一条多肽链 这一类酶很少 一般为水解酶类 相对分子质量为13000 35000常见的单体酶有 溶菌酶 核糖核酸酶 胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶等 3 3单体酶 寡聚酶和多酶复合体 根据酶蛋白分子结构上的特点可分为单体酶 寡聚酶和多酶复合体 25 寡聚酶 oligomericenzyme 寡聚酶由几个甚至几十个亚基组成 亚基相同或不同 亚基间以非共价键结合 用4mol L尿素溶液或其它方法可以把它们彼此分开 寡聚酶的相对分子质量从35000到几百万 常见的有 磷酸化酶a和3 磷酸甘油醛脱氢酶等 26 多酶复合体 multienzymesystem 多酶复合体是由几个酶聚合而成的复合体 一般由在系列反应中2 6个功能相关的酶组成 它有利于一系列反应的连续进行 以提高酶的催化效率 同时便于机体对酶的调控 多酶复合体相对分子质量都很高 一般都在几百万以上 例如丙酮酸脱氢酶复合体 总相对分子质量达460000 和脂肪酸合成酶复合体 27 28 1981年T Cech发现四膜虫 tetrahymena 的26SrRNA在无蛋白质存在的情况下 具有自我拼接的催化活性 1983年 S Altman和N R Pace发现将RNaseP 蛋白质组分除去后 其余的RNA部分具有与全酶相同的催化活性 即可对tRNA前体进行加工 3 4核酶 29 把对RNA有催化活性的RNA命名为Ribozyme 译为核酶 核酶的具体作用主要有 1 核苷酸转移作用 2 水解反应 即磷酸二酯酶作用 3 磷酸转移反应 类似磷酸转移酶作用 4 脱磷酸作用 即酸性磷酸酶作用 5 RNA内切反应 即RNA限制性内切酶作用 已发现几十种Ribozyme 30 三 酶的分类和命名 氧化还原酶Oxidoreductase氧化 还原酶催化氧化 还原反应 主要包括脱氢酶 dehydrogenase 和氧化酶 Oxidase 如乳酸 Lactate 脱氢酶催化乳酸的脱氢反应 1 酶的分类 根据酶所催化的反应类型 按照国际酶学委员会 将酶分为六大类 31 转移酶Transferase转移酶催化基团转移反应 即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上 例如 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应 32 水解酶Hydrolase水解酶催化底物的加水分解反应 主要包括淀粉酶 蛋白酶 核酸酶及脂酶等 例如 脂肪酶催化的脂的水解反应 33 裂解酶Lyase裂解酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应 主要包括醛缩酶 水化酶及脱氨酶等 例如 延胡索酸水合酶催化的反应 34 异构酶Isomerase异构酶催化各种同分异构体的相互转化 即底物分子内基团或原子的重排过程 例如 6 磷酸葡萄糖异构酶催化的反应 35 合成酶LigaseorSynthetase合成酶 又称为连接酶 能够催化C C C O C N以及C S键的形成反应 这类反应必须与ATP分解反应相互偶联 A B ATP H O H A B ADP Pi例如 丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸 CO2 草酰乙酸 36 每个酶都有一个有四个数字组成的编码 37 系统名称包括底物名称 构型 反应性质 最后加一个酶字 例如 习惯名称 谷丙转氨酶系统名称 丙氨酸 酮戊二酸氨基转移酶 2 酶的命名 2 1系统命名法 38 根据其催化底物来命名 蛋白酶 淀粉酶根据所催化反应的性质来命名 脱氢酶 转氨酶 脱羧酶结合上述两个原则来命名 乳酸脱氢酶 草酰乙酸脱羧酶有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点 胃蛋白酶 胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 2 2习惯命名法 39 四 酶的作用机理 1 酶的催化作用及分子活化能 40 活化态与常态之间的能量差 也就是分子由常态转变为活化状态 分子过渡态 所需的能量就成为活化能酶催化作用的本质 降低反应活化能 41 EnzymeStabilizesTransitionState S P ES EST EP ST Energychange Energyrequired nocatalysis Energydecreases undercatalysis What sthedifference T Transitionstate 42 2 中间产物学说 P SteadyStateTheory Insteadystate theproductionandconsumptionofthetransitionstateproceedatthesamerate Sotheconcentrationoftransitionstatekeepsaconstant S E E 43 中间产物学说的证据 电子显微镜观察到了核酸聚合酶与核酸结合而成的复合物 根据酶和底物反应前后的光谱变化 可证明中间产物的存在 D 氨基酸氧化酶与D 氨基酸结合而成的复合物已被分离 结晶出来 44 活性中心是指酶分子中直接和底物结合 并和酶催化作用直接有关的部位 由结合部位和催化部位所组成 结合部位 由有一定特性的基团组成 一定的底物靠此部位结合到酶分子上 此部位决定酶的专一性 催化部位 由一些参与催化反应的基团组成 起催化作用 底物分子中的化学键在此部位被打断或形成新键 从而发生一定的化学变化 此部位决定酶的催化高效性 3 酶的活性部位和必需集团 45 46 酶分子中与酶活性有关的基团称为酶的必需基团 essentialgroup 它是酶分子中表现催化活力所必需的部分 包括活性中心和活性中心以外的对维持活性中心空间构象所必需的一些基团 47 4 酶与底物结合形成中间络合物的方式 理论 4 1锁钥假说 lockandkeyhypothesis 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 解释了酶的立体异构专一性 但不能解释酶的活性中心既适合可逆反应的底物 又适合可逆反应的产物 48 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 4 2诱导契合假说 induced fithypothesis 49 诱导契合学说的要点 酶有其原来的形状 不一定一开始就是底物的模板底物能诱导酶蛋白的形状发生一定变化 专一性结合 当酶的形状发生变化后 就使得其中的催化基团形成正确的排列 在酶反应过程中 酶活性中心构象的变化是可逆的 即酶与底物结合时 产生一种诱导构象 反应结束时 产物从酶表面脱落 酶又恢复其原来的构象 50 邻近效应 在酶促反应中 由于酶和底物分子之间的亲和性 底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势 最终结合到酶的活性中心 使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应定向效应 当专一性底物向酶活性中心靠近时 会诱导酶分子构象发生改变 同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位 使酶促反应易于进行 这两种效应使酶具有高效率和专一性特点 5 使酶具有高催化效率的因素 5 1邻近效应和定向效应 51 52 5 2 张力 和 变形 底物与酶结合诱导酶的分子构象变化 变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生 张力 甚至 形变 从而使底物分子某些键的键能减弱 产生键扭曲 降低了反应的活化能 有助于过渡态的中间产物形成 53 54 广义酸 碱催化是指通过质子酸提供部分质子 或是通过质子碱接受部分质子的作用 达到降低反应活化能的过程酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化His的咪唑基 解离常数为6 0 在中性条件下以兼性离子存在 既可以作质子供体 也可以作质子受体 是最有效 最活泼的一个催化功能基团 5 3酸碱催化 55 催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物 使反应活化能降低 从而提高反应速度的过程 称为共价催化 酶中参与共价催化的基团主要包括以下亲核基团 His的咪唑基 Cys的巯基 Asp的羧基 Ser的羟基等 亲电子基团 H Mg2 Mn2 Fe3 某些辅酶 如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用 5 4共价催化 56 酶活性中心内相对地说是非极性的 也就是说酶的催化基团被低介电环境所包围 在某些情况下 还可能排除高极性的水分子 这样 底物分子的敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力 这是有利于酶的加速反应 5 5酶活性中心是低介电区域 57 不同的酶 其主要作用的因素可能是不同的 可能受一种或几种因素的影响 58 6 胰凝乳蛋白酶 胰凝乳蛋白酶是一个丝氨酸蛋白酶 活性中心的 残基 Asp102His57Ser195 是研究的最早 最彻底的一个酶功能 动物小肠中催化蛋白质的水解 59 Asp102 His57 Ser195 CatalyticTriad ChymotrypsinCatalyticMechanismA1 O Checksubstratespecificity 60 Asp102 His57 Ser195 H H ChymotrypsinCatalyticMechanismA2 O FirstTransitionState 61 H H ChymotrypsinCatalyticMechanismA3 O Acyl EnzymeIntermediate 62 H ChymotrypsinCatalyticMechanismD1 O Acyl EnzymeWaterIntermediate 63 H ChymotrypsinCatalyticMechanismD2 O H SecondTransitionState 64 H ChymotrypsinCatalyticMechanismD3 O Deacylation 65 66 类似与胰凝乳蛋白酶作用机制的还有 胰蛋白酶 弹性蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶等 67 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 胰蛋白酶原胰蛋白酶 N端6肽片段 7 酶原激活 胰蛋白酶 肠激酶 68 69 70 71 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 其余各因素均恒定 五 酶促反应动力学 72 测定单位时间内底物的消耗量测定产物的生成量 相对准确 1 酶反应速度的测量 73 底物浓度降低 产物浓度增加逐渐促进了逆反应 酶本身的失活研究酶反应速度以酶促反应的初速度为准 74 在底物过量 一定温度和pH下 酶促反应速度与酶的浓度呈正比 酶浓度对速度的影响机理 酶浓度增加 ES 也增加 而V k ES 故反应速度增加 2 酶浓度对酶作用的影响 75 3 底物浓度对酶作用的影响和米氏方程 3 1底物浓度对酶促反应速度的影响 76 IncreaseSubstrateConcentration S E P inafixedperiodoftime 77 78 中间络合物假说 79 ConstantESConcentrationatSteadyState S P E ES JuangRH 2004 BCbasics 80 1913年 德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反应的动力学进行研究 推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式 称为米氏方程 1925年 Brigg和Haldane对米氏方程的基本原理加以补充和发展 提出 稳态假说 3 2米氏方程 81 Km 米氏常数Vmax 最大反应速度 82 测定的速度为反应的初速度 即 S 消耗 E Et ES 稳态的存在 米氏方程的推导 83 根据中间产物学说 酶促反应分为两步 84 85 86 Km值的推导 当V Vmax 2时 Km S Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 单位是mol L 87 酶的一个重要的特征物理常数Km值表示酶与底物之间的亲和程度Km值只是在固定的底物 一定的温度和pH条件下 一定的缓冲体系中测定的 不同条件下具有不同的Km值 3 3米氏常数Km的意义 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度 88 Km最小的底物大多数是此酶的天然底物如 己糖激酶对葡萄糖的Km1 5mmol L对果糖的Km28mmol L所以葡萄糖为最适底物 89 Km AffinitywithSubstrate S2 S1 S3 S1S2S3 Vmax 1 2 Whenusingdifferentsubstrate Affinitychanges 90 测定Km和V的方法很多 最常用的是Lineweaver Burk的作图法 双倒数作图法 3 4Km值与Vmax值的测定 91 92 AnExampleforEnzymeKinetics Invertase Vmax Km Doublereciprocal Directplot 1 UsepredefinedamountofEnzyme E 2 Addsubstrateinvariousconcentrations S x軸 3 MeasureProductinfixedTime P t vo y軸 4 x y plotgethyperboliccurve estimate Vmax 5 Wheny 1 2Vmaxcalculatex S Km 1 2 93 ARealExampleforEnzymeKinetics Data no 1234 0 250 501 02 0 0 420 720 800 92 Absorbance v mmole min S 0 210 360 400 46 1 Theproductwasmeasuredbyspectroscopyat600nmfor0 05permmole 2 Reactiontimewas10min 1 S 1 v 4210 5 2 081 561 351 16 Directplot Doublereciprocal 94 例1 下列数据是对酶促反应s p的记录 s molL 1 v nmolL 1min 1 6 25 10 615 07 50 10 556 251 00 10 4601 00 10 374 91 00 10 2751 00 10 175求 1 Vmax和Km 2 s 2 5 10 5和 s 2 00 10 1时v等于多大 95 例2 下列数据是对酶促反应s p的记录 s umolL 1 v umol min 1 0 10 2710 020 060 080 0200120100015015001602000160求 1 Vmax和Km 2 s 1600时游离酶的浓度多大 96 最适pH 4 pH对酶作用的影响 97 过酸过碱影响酶蛋白的构象 导致失活影响底物的解离状态影响酶分子的解离状态影响酶分子基团的解离而影响酶活性中心构象 pH影响酶作用的原因 98 双重影响温度升高 酶促反应速度升高 温度升高10oC 反应速度增加一倍 Q10 由于酶的本质是蛋白质 温度升高 可引起酶的变性 从而反应速度降低 5 温度对酶作用的影响 99 最适温度 optimumtemperature 酶促反应速度最快时的环境温度 温血动物 35 40 TaqDNA聚合酶 70 75 可耐受100 高温 此酶是从水生栖热菌ThermusAquaticus Taq 中分离出的热稳定性DNA聚合酶 用于PCR反应 100 101 低温的作用 贮存生物制品 菌种等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 临床上的低温麻醉减少组织细胞的代谢程度 使机体耐受手术时氧和营养物质的缺乏 102 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 essentialactivator 非必需激活剂 non essentialactivator 6 激活剂对酶作用的影响 103 无机离子金属离子 K Na Mg2 Cu2 Mn2 Zn2 Se3 Co2 Fe2 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 104 这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合 可能是酶活性部位的组成部分 也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用 一般情况下 一种激活剂对某种酶是激活剂 而对另一种酶则起抑制作用 对于同一种酶 不同激活剂浓度会产生不同的作用 105 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 7 抑制剂对酶作用的影响 106 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点 在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似 能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物 107 抑制作用的类型 不可逆性抑制 irreversibleinhibition 可逆性抑制 reversibleinhibition 竞争性抑制 competitiveinhibition 非竞争性抑制 non competitiveinhibition 反竞争性抑制 uncompetitiveinhibition 108 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 如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯 7 1不可逆性抑制作用 109 有活化作用的不可逆抑制剂 这类抑制剂以潜伏状态存在 当它与酶的活性中心结合以后 就被激活成有抑制活性的抑制剂 在反应中 酶激活了这种无活力的 潜伏态的不可逆抑制剂 而自身的活力完全丧失 这种抑制剂可以看作酶的 自杀性底物 110 抑制剂与酶的结合是可逆的 抑制剂可用透析 超滤等方法除去 从而恢复酶的活性 根据抑制剂与酶的关系 竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制 7 2可逆性抑制作用 111 7 2 1竞争性抑制 112 某些抑制剂的化学结构与底物相似 因而能与底物竟争与酶活性中心结合 当抑制剂与活性中心结合后 底物被排斥在反应中心之外 其结果是酶促反应被抑制了 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度 即提高底物的竞争能力来消除 113 114 竞争性抑制的米氏方程 115 116 竞争性I往往是酶的底物结构类似物 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同 酶的活性中心抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除 表观 Km值增大 Vm值不变 在双倒数图上表现为 竞争性抑制和无抑制的直线在纵轴上交于一点 竞争性抑制直线斜率增大 竞争性抑制直线在横轴上的交点右移 117 118 119 7 2 2非竞争性抑制 120 酶可同时与底物及抑制剂结合 引起酶分子构象变化 并导至酶活性下降 由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合 所以称为非竞争性抑制剂 某些金属离子 Cu2 Ag Hg2 以及EDTA等 通常能与酶分子的调控部位中的 SH基团作用 改变酶的空间构象 引起非竞争性抑制 非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除 121 122 123 非竞争性抑制的米氏方程 有非竞争性抑制剂存在时 V值减小 1 I Ki 倍 且V值随 I 的增高而降低 Km值不变 124 125 7 2 3反竞争性抑制 126 酶只有在与底物结合后 才能与抑制剂结合 引起酶活性下降 127 128 有反竞争性抑制剂存在时 Km和V值均减小 1 I Ki 倍 且都随 I 的增高而降低 反竞争性抑制的米氏方程 129 130 EnzymeInhibition Mechanism Competitive Non competitive Uncompetitive E E Differentsite Competeforactivesite Inhibitor Substrate CartoonGuide EquationandDescription I bindstofree E only andcompeteswith S increasing S overcomesInhibitionby I I bindstofree E or ES complex Increasing S cannotovercome I inhibition I bindsto ES complexonly increasing S favorstheinhibitionby I X 131 EnzymeInhibition Plots Vmax Km Km S mM vo I I VmaxunchangedKmincreased VmaxdecreasedKmunchanged BothVmax Kmdecreased I Km 132 133 六 酶的调节 134 一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合 使酶构象改变 从而改变酶的催化活性 此种调节方式称别构调节 别构酶 allostericenzyme 别构部位 allostericsite 1 2别构酶 1 酶活性的调节 1 1酶原与酶原的激活 135 别构酶的特点 一般是寡聚酶 由多亚基组成 包括催化部位和调节 别构 部位 具有别构效应 指酶和一个配体 底物 调节物 结合后可以影响酶和另一个配体 底物 的结合能力 不符合米氏方程 呈S型曲线 136 137 138 139 MechanismandExampleofAllostericEffect A I X X X R Relax active T Tense inactive Allostericsite Homotropic Concerted Heterotropic Sequential Heterotropic Concerted Allostericsite JuangRH 2004 BCbasics 140 1 3酶的共价修饰调节 141 142 143 144 2 酶含量的调节 145 146 3 同工酶 147 148 149 150 七 酶的活力测定及分离提纯 1 酶活力的测定 151 152 153 154 TurnOverNumbersofEnzymes CatalaseH2O2 CarbonicanhydraseHCO3 AcetylcholinesteraseAcetylcholine 40 000 000 400 000 140 000 b LactamaseBenzylpenicillin 2 000 FumaraseFumarate 800 RecAprotein ATPase ATP 0 4 Enzymes Substrate kcat s 1 Thenumberofproducttransformedfromsubstratebyoneenzymemoleculeinonesecond 155 EnzymeKinetics Km Vmax Bi substratereactionalsofollowsM Mequation butoneofthesubstrateshouldbesaturatedwhenestimatetheother Affinitywithsubstrate Maximumvelocity Inhibition Activity Observevochangeundervarious S resultedplotsyieldVmaxandKm 156 2 酶的分离提纯 157 BasicPrinciplesofProteinPurification Ammoniumsulfatefractionation Organelle Homogenization Nucleicacid Carbohydrate Lipid Size Charge Polarity Affinity Smallmolecule CellDebris Protein Aminoacid Sugar Nucleotides etc Gelfiltration SDS PAGE Ultrafiltration Ionexchange Chromatofocusing Disc PAGE Isoelectricfocusing Reversephasechromatography Salting out Affinitychromatography Hydroxyapatite 158 159 八 酶工程简介 1 酶工程简介 160 酶工程即利用酶的催化作用 在一定的生物反应器中 将相应的原料转化成所需的产品 酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术 它的应用主要集中于食品工业 轻工业和医药工业等领域 161 162 酶在水溶液中不稳定 一般不能反复使用 而且不易与产物分离 不利于产物的提纯和精制 针对这些限制酶广泛应用的因素 将水溶性酶或游离细胞经过化学或物理手段处理 将酶束缚在一定的