酶学基础课件

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酶工程

EnzymeEngineering第二章

酶学基础

第一节

酶的分类、组成、结构特点和作用机制

第二节

酶作为催化剂的显著特点

第三节

影响酶活力的因素

第四节酶动力学和抑制作用第一节

酶的分类、组成、结构特点和作用机制

一、酶的分类二、酶的组成和结构特点三、酶的作用机制1、氧化还原酶(Oxidoreductase)参与体内产能、解毒和某些生理活性物质的合成包括脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等

AH2+BA+BH2

乳酸丙酮酸2、转移酶(Transferase)参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢和合成包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶等

AB+CA+BC丙氨酸α-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸谷丙转氨酶CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO3、水解酶(Hydrolase)体内外起降解作用脂肪酶、糖苷酶、肽酶等水解酶一般不需辅酶

AB+H2OAOH+BH5、异构酶(Isomerase)此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等

AB

+NH3+ATP+ADP+PiL-谷氨酸L-谷氨酰胺6、连接酶（合成酶）(LigaseorSynthetase)这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅助因子。分别形成C-O键（与蛋白质合成有关）、C-S键（与脂肪酸合成有关）、C-C键和磷酸酯键

A+B+ATPAB+ADP+Pi（或AB+AMP+PPi）

核酸酶(Ribozyme)核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应三、酶的作用机制

1、酶的作用过程2、酶与底物的结合模型3、与酶的高效率有关的因素1、酶的作用过程酶活性中心＋底物中间复合物产物＋酶活性中心

结合底物和将底物转化为产物的区域。通常是整个酶分子相当小的部分，它是由在线性多肽中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体

2、酶与底物的结合模型(1)

锁和钥匙模型(2)

诱导锲合模型

(2)诱导锲合模型3、与酶的高效率有关的因素(1)广义的酸碱催化(2)共价催化(3)邻近效应及定向效应(4)变形或张力(5)酶的活性中心为疏水区域(1)广义的酸碱催化能供给质子的物质即为酸，能接受质子的物质即为碱发生在细胞内的很多有机反应都是受广义的酸碱催化的酶蛋白中含有好几种可以起广义酸碱催化作用的功能基，如氨基、羧基、硫氢基、酚羟基、咪唑基等(3)邻近效应及定向效应邻近效应：底物的反应基团与酶的催化基团越靠近，其反应速度越快(4)变形或张力酶使底物分子中的敏感键发生变形或张力，从而使底物的敏感键更易于破裂(5)酶的活性中心为疏水区域酶的活性中心为酶分子的凹穴，此处常为非极性或疏水性的氨基酸残基特点：介电常数低，排出极性高的水分子，使得底物分子的反应键和酶的催化基团之间易发生反应，有助于加速酶催化反应第一节结束点击返回

第二节

酶作为催化剂的显著特点一、催化效率高二、反应条件温和三、专一性强四、酶活性的可调节性

三、专一性强键专一性基团专一性绝对专一性结构专一性旋光异构专一性几何异构专一性立体异构专一性四、酶活性的可调节性1、酶浓度的调节

2、激素调节

3、共价修饰调节

4、限制性蛋白酶水解作用与酶活力调控

5、抑制剂的调节

6、反馈调节

7、金属离子和其他小分子化合物的调节1、酶浓度的调节

诱导或抑制酶的合成调节酶的降解

例如：分解代谢中，β-半乳糖苷酶的合成，平时是处于被阻遏状态，当乳糖存在时，抵消了阻遏作用，于是酶受乳糖的诱导而合成。2、激素调节例如：乳糖合成酶＝催化亚基＋修饰亚基妊娠时，修饰亚基在乳腺生成。分娩时，由于激素水平急剧变化，修饰亚基大量合成，它和催化亚基结合，大量合成乳糖。3、共价修饰调节

通过酶催化进行一种酶分子上，共价地引入一个基团从而改变它的活性，引入的基团又可被第三种酶催化除去例如：磷酸化酶的磷酸化和去磷酸化大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的腺苷酸化和去腺苷酸化4、限制性蛋白酶水解作用与酶活力调控一种高特异性的共价修饰调节系统新生肽大都以无活性的前体形式存在，一旦生理需要，才通过限制性水解作用使前体转变为具有生物活性的蛋白质或酶，从而启动和激活各种生理功能，如酶原激活、血液凝固、补体激活等除了参与酶活性调节外，还起着切除、修饰、加工等作用5、抑制剂的调节

酶的活性受到大分子抑制剂或小分子抑制剂抑制，从而影响活力例如：胰脏的胰蛋白酶抑制剂(抑肽酶)－－大分子

2,3－二磷酸甘油酸，抑制磷酸变位酶－－小分子6、反馈调节

第一步反应的酶，往往可以被它的终端产物所抑制。这种对自我合成的抑制叫反馈抑制例如：异亮氨酸可抑制其合成代谢通路中的第一个酶－－苏氨酸脱氨酶7、金属离子和其他小分子化合物的调节K+、NH4+、Na＋、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Mn2+等激活作用抑制作用维持酶分子三、四级结构底物的结合和催化反应第二节结束催化效率高反应条件温和专一性强

酶活性的可调节性酶作为催化剂的显著特点结构专一性立体异构专一性酶浓度的调节

激素调节

共价修饰调节

限制性蛋白水解作用与酶活力调控

抑制剂的调节

反馈调节

金属离子和其他小分子化合物的调节第二节结束点击返回

第三节

影响酶活力的因素一、酶活测定二、酶活力的影响因素一、酶活测定1、原理

酶蛋白的存在量可以根据它催化所产生的效应即把底物转化为产物来进行测定。2、注意事项(1)了解催化反应总的反应式(2)分析程序能够测定底物的消失或产物的生成(3)是否需要辅助因子(4)最适pH、最适温度(5)必须不受底物供应不充分的限制3、常用方法分光光度法一、酶活测定4、酶活力单位

酶单位(U)：最适条件下，25℃，1min内转化1umol的底物转化为产物的酶量。开特(Kat)：酶活力国际单位(SI)，特定体系下，反应速度为每秒转化

1mol底物所需的酶量。

1umol/min=1U=16.67nKat二、酶活力的影响因素1、底物浓度2、酶浓度3、温度4、pH5、抑制剂与激活剂二、酶活力的影响因素1、底物浓度底物浓度对酶促反应速度的影响

二、酶活力的影响因素2、酶浓度酶浓度对酶促反应速度的影响

二、酶活力的影响因素3、温度温度对酶促反应速度的影响

二、酶活力的影响因素4、pHpH对酶促反应速度的影响

二、酶活力的影响因素5、抑制剂与激活剂抑制剂对酶促反应速度的影响

第三节结束酶活测定

酶活力的影响因素影响酶活力的因素原理注意事项常用方法酶活力单位底物浓度酶浓度温度pH抑制剂与激活剂第三节结束点击返回

第四节

酶动力学和抑制作用一、酶动力学二、酶的抑制作用三、不可逆抑制剂四、可逆抑制剂一、酶动力学

1、米－曼氏模式（Michaelis-Mentenmodel）一、酶动力学

2、双倒数作图（Lineweaver-Burk作图）求Km最常用的方法

二、酶的抑制作用1、概念

抑制剂：能使酶的催化活性降低或者丧失的物质。

抑制作用：在酶不变性的情况下，由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活性的降低或丧失。二、酶的抑制作用2、抑制程度的表示（以反应速度的变化来表示）

相对活力分数（残余活力分数）

a=Vi/Vo（Vo：不加抑制剂；Vi：加入抑制剂后，下同）相对活力百分数（残余活力百分数）

a%==Vi/Vo*100%抑制分数

指被抑制而失去活力的分数i=1-a=1-Vi/Vo抑制百分数

i%=(1-a)*100%==(1-Vi/Vo)*100%

通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数二、酶的抑制作用3、抑制作用的分类

不可逆抑制作用可逆抑制作用二、酶的抑制作用4、可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别

物理方法（透析、过滤等）

动力学方法

方法1方法2三、不可逆抑制剂1、非专一性不可逆剂

2、专一性不可逆剂

1、非专一性的不可逆抑制作用概念：抑制剂能和酶上的一类或几类基团反应(必需基团、非必需基团)

类型：酰化剂、烷化剂、含活泼双键的试剂、

亲电试剂、

氧化剂、

还原剂2、专一性不可逆抑制剂Ks型结合型不可逆抑制剂

Kcat型催化型不可逆抑制剂（自杀底物）四、可逆抑制剂1、竞争性抑制剂2、非竞争性抑制剂3、反竞争性抑制剂4、混合型抑制剂1、竞争性抑制剂定义：酶分子结合底物就不能结合抑制剂，结合抑制剂就不能结合底物，两者和酶的结合是相互排斥的。1、竞争性抑制剂

作用机理：

①

抑制剂与底物在结构上有类似之处

②

可能结合在底物所结合的位点（如结合基团）上，从而阻断了底物和酶的结合

③

降低酶和底物的亲和力药物（抑制剂）

被抑制的酶

竞争底物

临床应用及机理

磺胺药

二氢叶酸合成酶（细菌）

苯甲酸

抗菌作用（抑制四氢叶酸）

氨基蝶呤

二氢叶酸还原酶

二氢叶酸

抗白血病

5-氟尿嘧啶（5-FU）

尿嘧啶核苷磷酸化酶（胸腺嘧啶核苷磷酸化酶）

尿嘧啶（胸腺嘧啶）

抗癌作用（抑制核苷酸合成）

别嘌呤醇

黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤，次黄嘌呤

抗通风（抑制尿酸生成）

6-氨基已酸

纤溶酶

-赖氨酸-氨基酰

止血，抗纤溶（抑制纤溶酶）

苯丙胺（麻黄素）

单胺氧化酶

肾上腺素（去甲肾上腺素）

中枢兴奋，抗哮喘

竞争性抑制作用举例2、非竞争性抑制剂Ki=Ki’

定义：酶与底物、抑制剂可逆地独立地结合成无活性的三元复合物。3、反竞争性抑制剂定义：抑制剂不能和游离酶结合，只和酶－底物复合物结合成无活性的三元复合物。4、混合型抑制剂定义：抑制效果介于竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂之间。也称线性混合型抑制剂。第四节结束酶动力学

酶的抑制作用

不可逆抑制剂

可逆抑制剂米－曼氏模式双倒数作图非专一性不可逆剂专一性不可逆剂概念

抑制程度的表示抑制作用的分类可逆抑制和不可逆抑制作用的鉴别酶动力学和抑制作用竞争性抑制剂非竞争性抑制剂反竞争性抑制剂混合型抑制剂什么是酶（Enzyme）？什么是酶工程（EnzymeEngineering）？酶可分为哪几类？各自的反应通式是怎样？什么是酶的活性中心？酶的作用过程是怎样的？简述酶作为催化剂的特点。什么是酶活力？酶活力单位有哪些表示方法？酶活测定时需注意哪些事项？为何需要高的底物浓度？何为可逆抑制作用？何为不可逆抑制作用？请解释自杀性底物。简述可逆抑制剂的分类及特点。

思考题第四节结束点击返回

不可逆抑制作用抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失，不能用透析，超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶复活者，称为不可逆抑制作用。非专一性不可逆抑制作用