王镜岩生化课件4酶学习教案

1、会计学1王镜岩生化王镜岩生化(shn hu)课件课件4酶酶第一页，共70页。第2页/共70页第二页，共70页。第3页/共70页第三页，共70页。第4页/共70页第四页，共70页。纯化步骤纯化步骤 级分体积级分体积 （ml） 总蛋白总蛋白 （mg） 活力活力 （U） 比活比活（U/mg）粗提取液粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分级丙酮分级80960960015凝胶层析凝胶层析80300870029离子交换离子交换2290423047猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化(chn hu)数据数据第5页/共70页第五页，共70页。无催化无催化催催化化反应剂反应剂产物产物

2、自自由由能能活化活化能能过渡态过渡态自由能变化自由能变化自自由由能能第6页/共70页第六页，共70页。 纵坐标表示自由能（纵坐标表示自由能（G），横坐标为反应过程。从图中可以看到，），横坐标为反应过程。从图中可以看到，S和和P都含有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态都含有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态(zhungti)。S和和P之间的平衡反映了它们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座之间的平衡反映了它们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座“ 山山 ” 的能障，反应的底物必须提高能量水平才能跨越能障。的能障，反应的底物必须提高能量水平才能跨越能障。 “ 山山 ”顶处称

3、为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为 S 或或 P。从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能。从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能。SP的活化能用的活化能用G0 SP，PS的活化能用的活化能用G0 PS表示。而表示。而G0 代表由代表由S到到P的整个标准自由能变化。一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降低。的整个标准自由能变化。一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降低。第7页/共

4、70页第七页，共70页。第8页/共70页第八页，共70页。第9页/共70页第九页，共70页。第10页/共70页第十页，共70页。第11页/共70页第十一页，共70页。第12页/共70页第十二页，共70页。第13页/共70页第十三页，共70页。酶浓酶浓度度(nngd)反反应应速速度度第14页/共70页第十四页，共70页。第15页/共70页第十五页，共70页。酶浓度酶浓度(nngd)固定，反应速度与底物浓度固定，反应速度与底物浓度(nngd)之间的关系之间的关系底物底物(d w)浓度浓度零级零级(ln j)反应反应一级反应一级反应第16页/共70页第十六页，共70页。第17页/共70页第十七页，共

5、70页。第18页/共70页第十八页，共70页。第19页/共70页第十九页，共70页。ES）S Km （4.5） 1 ES从方程（从方程（4.5）：）：KmES（EtotalES）S ES（KmS）EtotalS第20页/共70页第二十页，共70页。第21页/共70页第二十一页，共70页。第22页/共70页第二十二页，共70页。第23页/共70页第二十三页，共70页。第24页/共70页第二十四页，共70页。第25页/共70页第二十五页，共70页。 竞争性抑制剂一与酶结合竞争性抑制剂一与酶结合(jih)就阻止了底物与酶的结合就阻止了底物与酶的结合(jih)，所以说底物、抑制剂与酶的结合，所以说底物

6、、抑制剂与酶的结合(jih)是竞争性的。是竞争性的。 只要底物浓度浓度足够大，酶仍然可以被底物饱和，就象没有抑制剂存在时一样，即最大反应速度应当是不变的。只要底物浓度浓度足够大，酶仍然可以被底物饱和，就象没有抑制剂存在时一样，即最大反应速度应当是不变的。 因此在有竞争性抑制剂存在下，因此在有竞争性抑制剂存在下， Vmax不变，但不变，但Km 增加。增加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的竞争性，这是由于酶作用的底物吲哚是胰凝乳蛋白酶的竞争性，这是由于酶作用的底物Trp的侧链中含有吲哚基。的侧链中含有吲哚基。第26页/共70页第二十六页，共70页。第27页/共70页第二十七页，共70页。第28页/共70页第

7、二十八页，共70页。第29页/共70页第二十九页，共70页。第30页/共70页第三十页，共70页。第31页/共70页第三十一页，共70页。第32页/共70页第三十二页，共70页。第33页/共70页第三十三页，共70页。 另外，磺胺药是以对氨基苯磺酰胺为主要成分的消炎药（杀菌药），它的结构非常类似于细菌生长繁殖所需要的叶酸中对氨基苯甲酸，叶酸在二氢叶酸合成酶的催化下生成二氢叶酸，所以另外，磺胺药是以对氨基苯磺酰胺为主要成分的消炎药（杀菌药），它的结构非常类似于细菌生长繁殖所需要的叶酸中对氨基苯甲酸，叶酸在二氢叶酸合成酶的催化下生成二氢叶酸，所以(suy)磺胺药与叶酸竞争结合二氢叶酸合成酶，因此磺

8、胺药是细菌二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂。磺胺药与叶酸竞争结合二氢叶酸合成酶，因此磺胺药是细菌二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂。 人由于可以直接从食物中获得叶酸，所以人由于可以直接从食物中获得叶酸，所以(suy)基本上不受磺胺药。但细菌不能利用外源的叶酸。基本上不受磺胺药。但细菌不能利用外源的叶酸。第34页/共70页第三十四页，共70页。磺胺磺胺(hun n)药中的主要成分药中的主要成分 叶叶 酸酸第35页/共70页第三十五页，共70页。第36页/共70页第三十六页，共70页。第37页/共70页第三十七页，共70页。第38页/共70页第三十八页，共70页。 胃蛋白酶胃蛋白酶(wi dn bi mi)

9、钟形曲线钟形曲线(qxin)第39页/共70页第三十九页，共70页。第40页/共70页第四十页，共70页。第41页/共70页第四十一页，共70页。第42页/共70页第四十二页，共70页。第43页/共70页第四十三页，共70页。第44页/共70页第四十四页，共70页。内在内在(nizi)途径途径外在途径外在途径(tjng)血管血管(xugun)损伤损伤组织因子组织因子交联的血纤维蛋白交联的血纤维蛋白第45页/共70页第四十五页，共70页。第46页/共70页第四十六页，共70页。第47页/共70页第四十七页，共70页。第48页/共70页第四十八页，共70页。第49页/共70页第四十九页，共70页。

10、第50页/共70页第五十页，共70页。第51页/共70页第五十一页，共70页。第52页/共70页第五十二页，共70页。第53页/共70页第五十三页，共70页。 加入加入(jir)激活剂可以使激活剂可以使S型曲线向双曲线漂移，可以明显地降低型曲线向双曲线漂移，可以明显地降低Km值，并值，并提高酶的活性。如果加入提高酶的活性。如果加入(jir)抑制剂，可以明显地提高抑制剂，可以明显地提高Km值，并使酶的活性降值，并使酶的活性降低。低。第54页/共70页第五十四页，共70页。的，但与齐变模型不同的是在具有部分饱和的一个寡聚分子的，但与齐变模型不同的是在具有部分饱和的一个寡聚分子中允许存在着高亲和力和

11、低亲和力的亚基（图中允许存在着高亲和力和低亲和力的亚基（图b）。）。第55页/共70页第五十五页，共70页。齐变模型齐变模型(mxng)第56页/共70页第五十六页，共70页。一个竞争性抑制剂，它结合在活性部位以外的部位。一个竞争性抑制剂，它结合在活性部位以外的部位。CTP使得原来的使得原来的S曲线更为明显曲线更为明显(mngxin)，表明天，表明天冬氨酸结合冬氨酸结合ATCase的过程中具有更大的协同性。的过程中具有更大的协同性。ATP的存在使得的存在使得S型曲线向双曲线漂移，降低了底物型曲线向双曲线漂移，降低了底物对酶结合的协同性。对酶结合的协同性。第57页/共70页第五十七页，共70页。

12、第58页/共70页第五十八页，共70页。第59页/共70页第五十九页，共70页。残基水解而恢复活性，反应是由丙酮酸脱氢酶磷酸化酶催残基水解而恢复活性，反应是由丙酮酸脱氢酶磷酸化酶催化的，该磷酸酶受化的，该磷酸酶受Ca2+激活。激活。第60页/共70页第六十页，共70页。 脱磷酸(ln sun)第61页/共70页第六十一页，共70页。同功酶分布上的不同对生物体内反应的调节具有重同功酶分布上的不同对生物体内反应的调节具有重要的意义。例如肌肉中富含要的意义。例如肌肉中富含LDH5，它对丙酮酸的亲和，它对丙酮酸的亲和力高，利于丙酮酸转化为乳酸；而心肌中富含力高，利于丙酮酸转化为乳酸；而心肌中富含LDH

13、1，利于乳酸转化成丙酮酸，代谢上有其组织器官上的特异利于乳酸转化成丙酮酸，代谢上有其组织器官上的特异性。在临床性。在临床(ln chun)上可根据上可根据LDH酶谱的变化诊断酶谱的变化诊断疾病。疾病。第62页/共70页第六十二页，共70页。第63页/共70页第六十三页，共70页。 要点要点(yodin)归纳归纳 1. 酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反应的特异性，以及可调节性。除了某些酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反应的特异性，以及可调节性。除了某些RNA之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化的反应类型分为六大类：脱氢酶

14、、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化的反应类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测指标比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测指标(zhbio)，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。 3. 酶也和其他催化剂一样，可以通过降低反应的活化能来提高反应速度，使反应快速达到平衡点，但酶不能改变平衡点。酶也和其他催化剂一样，可以通过降低反应的活化能来提高反应速度，使反应

15、快速达到平衡点，但酶不能改变平衡点。 第64页/共70页第六十四页，共70页。 4. 酶活性部位是一个具有三维结构的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸常常参与酶的催化反应。酶活性部位的可离子化和可反应的氨基酸残基形成酶的催化中心。酶活性部位是一个具有三维结构的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸常常参与酶的催化反应。酶活性部位的可离子化和可反应的氨基酸残基形成酶的催化中心。 5. 酶催化的两个主要模式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接收质子，质子转移可以促进反应进行；在共价催化中，底物

16、或底物中的质子与酶共价结合形成反应的中间产物。酶催化的两个主要模式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接收质子，质子转移可以促进反应进行；在共价催化中，底物或底物中的质子与酶共价结合形成反应的中间产物。 6. 酶促反应速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反应物浓度急剧增高，将大大加速酶促反应速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反应物浓度急剧增高，将大大加速(ji s)酶促反应的速度。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物达到过渡态时，酶对底物的亲和力最大

17、，使反应活化能降低，容易将底物转化为产物。酶促反应的速度。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物达到过渡态时，酶对底物的亲和力最大，使反应活化能降低，容易将底物转化为产物。 第65页/共70页第六十五页，共70页。7. 酶动力学测定常常是测定反应的起始速度。酶促反应的第一步是形成非共价的酶酶动力学测定常常是测定反应的起始速度。酶促反应的第一步是形成非共价的酶-底物复合物。酶促反应相对于酶浓度是一级反应，相对于底物浓度的变化表现出典型的双曲线特征。当酶被底物饱和时达到最大反应速度底物复合物。酶促反应相对于酶浓度是一级反应，相对于底物浓度的变化表现出典型的双曲线特征。当酶被底物饱和时

18、达到最大反应速度Vmax 。米氏。米氏(Michaelis-Menten)方程描述了这样方程描述了这样(zhyng)的动力学行为。的动力学行为。8. 米氏常数米氏常数Km等于最大反应速度一半时的底物浓度，等于最大反应速度一半时的底物浓度，Km是酶的特征常数。通过双倒数作图法很容易获得是酶的特征常数。通过双倒数作图法很容易获得Km和和Vmax。酶的催化常数（。酶的催化常数（kcat）或转换数等于每个酶分子（或是每个活性部位）每秒钟转换底物（转换成产物）的最大分子数，在数值上）或转换数等于每个酶分子（或是每个活性部位）每秒钟转换底物（转换成产物）的最大分子数，在数值上kcat等于等于Vmax除以总

19、酶浓度。当除以总酶浓度。当kcat很小可以忽略时，很小可以忽略时，Km是酶对底物亲和力的量度：是酶对底物亲和力的量度：Km越小，表明酶对底物亲和力越大。越小，表明酶对底物亲和力越大。第66页/共70页第六十六页，共70页。 9. 酶促反应速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制（酶促反应速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制（Km增加，而增加，而Vmax不变）、反竞争性抑制（不变）、反竞争性抑制（Km和和Vmax都成比例地减少）、非竞争性抑制（都成比例地减少）、非竞争性

20、抑制（Vmax减少，减少，Km不变）；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共价结合。利用不可逆抑制剂处理酶，有可能获得活性部位氨基酸残基的信息和解释不变）；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共价结合。利用不可逆抑制剂处理酶，有可能获得活性部位氨基酸残基的信息和解释(jish)酶催化的机制。酶催化的机制。 10. 酶促反应受酶促反应受pH和温度的影响，大多数酶都存在一个最适和温度的影响，大多数酶都存在一个最适pH和最适温度，但最适和最适温度，但最适pH和最适温度都不是酶的特征常数。在最适和最适温度都不是酶的特征常数。在最适pH和最适温度下酶促反应具有最大反应速度，大多数酶的反应速度和最适温度下酶促

21、反应具有最大反应速度，大多数酶的反应速度-pH以及反应速度以及反应速度-温度曲线是钟形曲线。温度曲线是钟形曲线。 第67页/共70页第六十七页，共70页。 11. 许多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合适的条件下酶原通过有选择的蛋白水解被激活，这一过程称为酶原激活。血液凝固取决于酶原激活的级联反应和许多凝血因子。级联反应是一个信号放大的过程。许多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合适的条件下酶原通过有选择的蛋白水解被激活，这一过程称为酶原激活。血液凝固取决于酶原激活的级联反应和许多凝血因子。级联反应是一个信号放大的过程。 12. 某些酶是调节细胞内代谢速度的关键酶。在反馈抑制中，途径的终产物往往抑制该途径的第一个酶。一些称为别构酶的调节酶的活性受到特殊的调节剂调节，调节剂可逆地结合在别构酶的调节部位（常常是