第03章 酶PPT课件

.,1,第三章酶Enzyme,生物催化剂,酶（enzyme）,核酶（ribozyme）,活细胞产生的，对其特异底物起高效催化作用的蛋白质,1982年Cech研究四膜虫rRNA加工时发现，又称催化性RNA,.,3,第一节酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme,酶的分类,酶分子组成,单纯酶：仅由AA组成,结合酶：AA非AA部分,酶蛋白结构,单体酶：一条多肽链,寡聚酶：几个几十个亚基,多酶体系：几种功能不同但相关的酶，非共价聚合形成复合体,蛋白质部分非蛋白质部分结合酶酶蛋白辅助因子全酶,一、酶的分子组成,.,6,酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物，只有全酶才有催化活性。,1.全酶的概念,.,7,2.辅助因子（cofactor）,化学本质,金属离子：维持构象、传递e、E和S桥梁、中和阴离子,有机小分子：维生素、铁卟啉传递e、H、小分子基团,二者结合程度,辅基：结合紧密,辅酶：结合疏松,.,8,.,9,.,10,小分子有机化合物在催化中的作用,3.二者的功能,决定反应的专一性决定反应的类型种类多种类少,如：乳酸脱氢酶乳酸脱氢、NAD苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢、NAD,酶蛋白辅助因子,.,12,二、酶的活性中心（activecenter）1.必需基团,.,13,2.活性中心概念：酶分子上必需基团在空间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构的区域，能与底物结合并将底物转化为产物。,.,16,第二节酶促反应的特点与机理TheCharacteristicandMechanismofEnzyme-CatalyzedReaction,一、酶促反应的特点,酶与一般催化剂共同点,反应前后没有质、量的改变用量少，催化效率高不改变化学反应的平衡点,.,18,高催化效率,活化分子：达到或超过反应能阈的分子活化能：使低能分子达到活化状态所需要的能量,.,19,酶能大大降低活化能,.,20,B.高效性反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的1061016倍；,且绝无副反应；C.高度专一性单一类物质（相对专一）例如羧肽酶（催化蛋白质C端氨基酸水解脱落的酶）单一物质（绝对专一）（如苹果酸脱氢酶等等）单一物质单一立体构型（“超级专一”）如-葡萄糖氧化酶,？,高度特异性:对底物具有严格的选择性,1.绝对特异性:只作用于1、2种结构极其相似底物,2.相对特异性:可作用于一类化合物或一种化学键,3.立体异构特异性:只作用于立体异构体中的一种,.,22,半乳糖,蔗糖,棉子糖,葡萄糖+果糖,蜜二糖+果糖,蔗糖酶,蔗糖酶,.,23,对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等,酶促反应的可调节性,高敏感性,.,24,中间产物学说,.,25,主要论点：酶在与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互适应，进而相互结合,酶底物复合物的形成与诱导契合假说,.,26,酶的诱导契合动画,.,27,（二）酶促反应的机理,1.邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange),.,28,2.多元催化(multielementcatalysis)3.表面效应(surfaceeffect),.,29,第三节酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction,.,30,酶促动力学：研究各种因素对酶促反应速度的影响影响因素：E、S、温度、pH、激活剂、抑制剂,初速度,底物的转化量EVE,三、温度对V的影响,最适温度：酶促反应速度最快时的温度,最适温度动物酶3540植物酶4050微生物大部分4050个别高温菌100以上,四、pH对V的影响,最适pH：酶促反应速度最快时的溶液pH,五、抑制剂对V的影响,分类：根据I与E结合的紧密程度,不可逆抑制可逆抑制,.,49,1.概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团结合，使酶失活。I不能用透析、超滤等方法除去,不可逆抑制,2.举例,有机磷化合物抑制羟基酶活性低浓度重金属离子抑制巯基酶,.,51,有机磷化合物,路易士气,失活的酶,羟基酶,失活的酶,酸,巯基酶,失活的酶,酸,BAL,巯基酶,BAL与砷剂结合物,Britishanti-lewisite,可逆性抑制,概念：抑制剂通常以非共价键与E或ES可逆结合，使酶活性下降。用透析等方法可除去I，恢复酶活性。,分类：根据E和S的关系，分成三类竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制,.,53,1.竞争性抑制（competitiveinhibition）,概念：抑制剂与S结构相似，与S竞争酶活性中心，从而阻碍E和S结合，降低反应速度。抑制程度取决于I与E的相对亲和力以及I与S的相对比例,典型例子：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制,.,54,反应式,动力学特征：斜率增大、Vm不变、Km增大,.,56,临床意义某些药物的作用机理,2.非竞争性抑制（non-competitiveinhibition）,概念:抑制剂与酶活性中心外某一部位结合，不影响E和S结合，但ESI复合物不能分解为产物从而降低酶活性。,.,58,反应式,动力学特征斜率增大Vm减小Km不变,3.反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition）,概念抑制剂只与ES结合，ESI不能产生产物，从而降低酶促反应速度,.,61,反应式,.,62,动力学特征斜率不变、Vm减小、Km减小,.,63,各种可逆性抑制作用的比较,.,64,第四节酶的调节TheRegulationofEnzyme,一、酶活性的调节,酶原及酶原激活,1.酶原（zymogen）:酶的无活性的前体,2.酶原激活酶原在一定条件下，水解一个或几个特定肽键，致使构象改变，形成或暴露活性中心，表现出酶活性的过程。,.,66,胰蛋白酶原的激活过程,.,67,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使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。,.,68,变构酶(allostericenzyme),1.变构酶的结构特征,一般是寡聚酶由多个亚基组成，具四级结构,酶分子中有二个独立的部位,催化部位调节部位（活性中心）（变构部位）,.,70,蛋白激酶AR：调节亚基C：催化亚基,2.变构调节(allostericregulation),调节物与酶活性中心以外的某一部位可逆结合，使酶分子发生变构而改变其催化活性的过程,.,72,3.调节物（变构剂、效应剂）化学本质：底物、产物、小分子代谢物分类：变构激活剂变构抑制剂,4.变构调节存在着协同效应,5.变构酶的动力学特征绝大多数变构酶的VS曲线，呈S形,.,74,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,变构酶的形曲线,酶的共价修饰调节(covalentmodification),*概念：酶蛋白肽链上一些基团与某种化学基团可逆共价结合，从而改变酶活性,*修饰基团：磷酸基、乙酰基、甲基*共价调节酶通常有二种形式：,有活性（高活性）无活性（低活性）,.,76,酶的磷酸化与脱磷酸化,.,77,三、同工酶(isoenzyme),1.概念：催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶,2.LDH同工酶(lactatedehydrogenase),种类：LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5,亚基组成：H4H3MH2M2HM3M4,分布：心肌骨骼肌,.,79,.,80,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。,.,81,*生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中