Chap植物催化系统酶

Chap植物催化系统酶第1页/共64页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，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)。第2页/共64页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、酶作用的的特点第3页/共64页（一）高效率的催化活性比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013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。第4页/共64页反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能

一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变

活化能：底物分子从初态转变到活化状态所需的能量。第5页/共64页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）酶催化的专一性第6页/共64页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。第7页/共64页酶活力的调节（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。第8页/共64页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。第9页/共64页酶促反应的机理酶-底物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说(induced-fithypothesis)酶底物复合物E+SE+PES

酶与底物接近→结构相互诱导→变形和相互适应→结合。第10页/共64页目录第11页/共64页羧肽酶的诱导契合模式底物目录第12页/共64页酶的活性中心必需基团(essentialgroup)

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γ-羧基等。目录2.酶活力的调节第13页/共64页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(activecenter)第14页/共64页底物

活性中心以外的必需基团结合基团催化基团

活性中心

目录第15页/共64页酶活性的调节（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。第16页/共64页

酶原激活的机理酶原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心

一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下第17页/共64页-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SSSS组活性中心游离的六肽胰蛋白酶原的激活过程第18页/共64页胃蛋白酶原的激活第19页/共64页

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第20页/共64页（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值条件下进行第21页/共64页三、酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白

(apoenzyme)辅助因子(cofactor)

金属离子小分子有机化合物全酶(holoenzyme)结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)第22页/共64页*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-activatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。第23页/共64页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。第24页/共64页小分子有机化合物在催化中的作用

尼克酰胺（维生素PP之一）尼克酰胺（维生素PP之一）维生素B2（核黄素）维生素B2（核黄素）维生素B1（硫胺素）泛酸硫辛酸维生素B12生物素吡哆醛（维生素B6之一）叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）辅酶A（CoA）硫辛酸钴胺素辅酶类生物素磷酸吡哆醛四氢叶酸氢原子（质子）醛基酰基烷基二氧化碳氨基所含的维生素名称小分子有机化合物(辅酶或辅基)转移的基团尼克酰胺（维生素PP之一）尼克酰胺（维生素PP之一）维生素B2（核黄素）维生素B2（核黄素）维生素B1（硫胺素）泛酸硫辛酸维生素B12生物素吡哆醛（维生素B6之一）叶酸NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶I）NADP+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶II）FMN（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）辅酶A（CoA）硫辛酸钴胺素辅酶类生物素磷酸吡哆醛四氢叶酸氢原子（质子）醛基酰基烷基二氧化碳氨基一碳单位所含的维生素名称小分子有机化合物(辅酶或辅基)转移的基团第25页/共64页辅助因子分类（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

(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。第26页/共64页（一）酶的命名1.习惯命名法——推荐名称四、酶的命名与分类⑴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。⑵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。

第27页/共64页2.系统命名法——系统名称⑴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。⑵举例：乳酸脱氢酶的系统名称是L－乳酸：NAD＋氧化脱氢酶第28页/共64页（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，如谷氨酰胺合成酶第29页/共64页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第30页/共64页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]VVmax（一）底物浓度第31页/共64页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]VVmax目录第32页/共64页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。[S]VVmax目录第33页/共64页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[S]VVmax目录第34页/共64页米－曼氏方程式中间产物

酶促反应模式——中间产物学说E+Sk1k2k3ESE+P第35页/共64页※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(Michaelisequation)。[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──第36页/共64页米氏方程解释﹝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=VmaxKm第37页/共64页（二）Km与Vmax的意义①Km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=½VmaxKm＝[S]2＝Km+[S]VmaxVmax[S]Vmaxv[S]KmVmax/2第38页/共64页（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。第39页/共64页B）Km可近似表示酶对底物的亲和力K2+K3＝KmK1E+Sk1k2k3ESE+P当K2K3时，ES解离为E+S的速度大大超过生成E+P的速度，忽略K3，Km=K2/K1（ES解离常数Ks）。第40页/共64页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。第41页/共64页

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(turnovernumber)，即动力学常数K3。第42页/共64页（二）酶浓度当[S]＞＞[E]，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]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]酶浓度对反应速度的影响

第43页/共64页（三）温度对反应速度的影响酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC温度对淀粉酶活性的影响

第44页/共64页双重影响：温度升高，反应速度加快（T↑10℃,V↑1～2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35～40℃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。第45页/共64页（四）pH对反应速度的影响最适pH(optimumpH)：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4.5∽6.5；多数动物酶在6.5∽8.0。第46页/共64页0酶活性pH

pH对某些酶活性的影响

胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810第47页/共64页(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第48页/共64页

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第49页/共64页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)

第50页/共64页R-OOR-OOP+HO-E→P+HXR′-OXR′OO-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。第51页/共64页（二异丙基氟磷酸）第52页/共64页NCH3CH=NOH解磷定（PAM）NCH3CH=NOPOROR'O磷酰化PAM第53页/共64页

ClSHSAs-CH=CH.Cl+E→EAs-CH=CH.Cl+2HClClSHSLewisite巯基酶失活的酶二巯基丙醇（britishanti-LewisiteBAL）可与毒剂结合，使酶恢复活性。

SCH2-SHSHCH2-SEAs-CH=CH.Cl+CH-SH→E+CH-SSCH2-OHSHCH2OHAs-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第54页/共64页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

*类型第55页/共64页Ki：EI的解离常数，抑制常数EI不能转变成产物⑴竞争性抑制作用+IEIE+SE+PES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。第56页/共64页特点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