《考研生化酶》PPT课件.ppt

1、第八章 酶,第一节 通论 第二节 酶的命名及分类 第三节 酶的结构及催化作用机制 第四节 酶促反应的速度和影响因素 第五节 几种重要的酶 第六节 酶工程简介,第八章 酶,enzyme,第一节 通论,1783 年 Spallamzan 发现鸟的胃液能消化肉 1814 年 Kirchhoff发现稀酸对淀粉的加水分解作用【麦芽抽提液加入淀粉后能生成麦芽糖, 即麦芽抽提液中必定有能水解淀粉的水溶性物质ferment (酵素)】 1826 年Mitscherlich提倡水溶性酵素为 unorganized ferment 1830 年 Kuhle开始使用Enzyme这一术语 1833 年Payen Km

2、值小表示亲和程度大,酶的催化活性高，因此可以判断酶的最适底物。 4、催化可逆反应的酶正逆方向反应的Km是不相同的，测定细胞内Km和正逆方向反应的底物浓度，可大致推测正逆反应的效率，判断酶在细胞内的催化的主要方向。,3. 米氏常数的求法,1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax,4、双倒数作图法,斜率=Km/Vmax,-1/Km,1/Vmax,5、多底物的酶促反应动力学,（1）、序列反应（单置换反应） A、有序反应：A为领先底物。 E+A+BABEPEQ E+P+Q,5、多底物的酶促反应动力学,B、随机反应 特点是：底物A和B随机和酶结合，产物P和Q随机和酶脱离。,5、多底物的酶促反

3、应动力学,（2）、乒乓反应（双置换反应） 双置换反应的特点是：酶同A的反应产物（P）是酶同第二个底物结合之前释放出来，相应的酶转变E。,5、多底物的酶促反应动力学,双置换反应举例： 转氨基反应,5、多底物的酶促反应动力学,乒乓反应动力学方程,5、多底物的酶促反应动力学,乒乓反应动力学曲线图,5、多底物的酶促反应动力学,序列反应的底物动力学方程,5、多底物的酶促反应动力学,序列反应的底物动力学图,三. pH 对酶反应速度的影响,在一定的pH 下, 酶具有最大的催化活性,通常称此pH 为最适 pH。,四、 温度对酶反应速度的影响,一方面是温度升高,酶促反应速度加快。 另一方面,温度升高,酶的高级结

4、构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适温度。 在最适温度条件下,反应速度最大。,五、 抑制剂对酶反应速度的影响,能够和酶的必需基团结合，改变必需基团的结构和性质，从而引起酶活性的下降，甚至使酶的活性完全丧失的现象称酶的抑制作用。 能引起抑制作用的化合物则称为抑制剂。 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点： a.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。 b.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。,1、 抑制剂的作用方式,（1） 不可逆抑制 抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷

5、酸酯。,（2）、 可逆抑制,抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为两类,A、 竟争性抑制,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。,竟争性抑制,竟争性抑制,(2) 非竟争性抑制,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。

6、如某些金属离子（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。,(3)、反竞争性抑制作用,酶与底物结合后抑制剂才能和酶 结合,2可逆抑制作用的动力学特征,加入竞争性抑制剂后，Km 变大，酶促反应速度减小。,(1). 竞争性抑制,无抑制剂,竞争性抑制剂,1/Vmax,（2）、非竞争性抑制,不同类型抑制作用的米氏方程,六、激活剂的影响,（一）、凡能够提高酶活性，加速酶促化学反应的物质都称酶的激活剂（activator)。 （二）、激活剂的类型 1、无机离子 2、有机小分子 3、生物大分子,第十章、酶的作用机制和酶的调节一

7、、酶活力单位,1、酶活力单位：一般用活力单位U(Unit)表示，许多酶活力单位都是以最佳条件或某一固定条件下每分钟催化生成一微摩尔产物所需要的酶量为一个酶活力单位。 2、酶的比活力：是指每毫克酶蛋白所含有的酶活力单位数，它是酶制剂纯度的一个指标。 3、酶的收率：指纯化过程中酶活性的收率。 4、纯化倍数：指提纯后与提纯前酶比活力的比值。,1、 酶催化反应只能得到一种构型（L-型或D-型）的光学产物； 2、酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反应转化率降低，生产能力低等问题； 3、极端的pH、较高的温度和高盐浓度的反应体系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性； 4、大量的氧化还原酶、转氨酶等

8、需要反应物的辅助因子存在才能表现催化活性，从而限制了它们在许多有机合成反应中的应用； 5、酶通常在水溶液中实施其催化活性，对于大多数有机化学反应来说，使用的溶剂是非水溶性的有机溶剂。,二、酶催化反应的某些缺点,返回,三、几种重要的酶,（一）、单体酶，寡聚酶，多酶体系 1、单体酶：由一条多肽链构成的酶。大多数的水解酶。 2、寡聚酶：由两条及两条以上的多肽链构成的酶。如：糖代谢的酶。 3、多酶体系：由几个功能上相关的酶嵌合而成的酶的络合物。丙酮酸脱氢酶系。,（二）、同功酶：同一种属，同一个体的同一组织或不同组织中，具有不同分子形式，却能催化相同化学反应的酶。例：乳酸脱氢酶。 （三）、酶原及酶原激活

9、 1、酶原：没有催化能力的酶的前体。 2、酶原的激活：由没有催化能力的酶的前体转变为有催化能力的酶 的过程。 酶原的激活是酶的活性中心形成和暴露的过程。,3、酶原激活举例,胰蛋白酶的激活 在肠激酶的作用下切除N末端的六肽，形成酶的活性中心。,3、酶原激活举例,胰凝乳蛋白酶的激活 在切除第14、15和147、148四个氨基酸后，形成酶的活性中心。（疏水口袋）。,变构酶（别构酶 alloseric enzyme）： 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价地结合后发生构象的改变，进而改变酶的活性状态，称为变构调节。具有变构调节作用的酶称变构酶。,四、变构酶（别构酶 ）,（一）、变构酶（别构酶 ）

10、的结构特点,1、变构酶为寡聚酶，含有两个以上的亚基。 2、变构酶有催化亚基（具有结合底物的活性中心）和调节亚基（具有结合效应物的别构中心）。 3、变构酶的活性中心和别构中心也可能在同一亚基上。,（二）、变构酶（别构酶 ）具有变构效应,1、变构效应 调节物和变构酶别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶的活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而影响酶的活性。 2、效应物 能够引起变构效应 的物质 （1）、正效应物 （变构激活剂）效应物 的结合使酶的活性升高。 （2）、负效应物（变构抑制剂）效应物 的结合使酶的活性降低。,K型效应物 Vmax 不变 Km改变,V型效应物 Km不变

11、Vmax变化,（三）、变构酶（别构酶 ）的动力学,变构酶底物浓度反应速度的曲线不符合米氏双曲线，表现为S型曲线。,（四）、变构酶（别构酶 ）协同效应,协同效应 一个效应物分子和变构酶的变构中心结合后，对第二个效应物分子结合的影响。 同促效应 一个效应物分子和变构酶的变构中心结合后，影响另一相同的效应物和酶的另一结合部位。 异促效应 一个效应物分子和变构酶的变构中心结合后，影响另一不同的效应物和酶的另一结合部位。,1、序变(KNF)模型 当底物不存在时，酶只有一种构象，紧张态（T态）存在，对底物的亲和力小。当效应物和酶结合后，诱导T态向松弛态（R态）转变。和底物的亲和力高。,2、齐变（MWC）模

12、型 由于别构酶一般是寡聚酶，含有确定数目的亚基，个亚基占有相等的位置，因此，别构酶都有一个对称轴。别构酶所有亚基，全部呈不利于结合底物的紧张态（T态）存在，或者全部呈有利于结合底物松弛态（R态），两种状态之间的互变对于每一个亚基都是同时的、齐步发生的，个亚基在某一时刻均处于相同的状态，当底物和一个亚基结合后，使该亚基由T态转变为R态，则其它亚基也几乎同时转变为R态，不存在TR的过渡态。,五、核酶(ribozyme),（1）、核酶的发现 1982年Cech等在研究原生动物四膜虫rRNA基因转录时发现，转录产物rRNA的前体（大约4600个NT）很不稳定，在鸟苷和Mg2+存在的情况下，切除自身41

13、3个核苷酸的内含子而转变为成熟rRNA分子，而此过程是在无任何蛋白质酶存在的情况下发生的，证明了RNA具有催化功能。,（一）、核酶,核酶(ribozyme) 核酶一词用于描述具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多,有的能够切割RNA, 有的能够切割DNA, 有些还具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。 核酶（ribozyme）是具有催化功能的RNA分子。核酶又称核酸类酶、酶RNA、类酶RNA。 反应 大多数核

14、酶通过催化转磷酸酯和磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程。,A、RNA酶的活性，例：L19(395nt构成的线状RNA分子)能高度特异性地催化寡聚核糖核苷酸的切割。 B、RNA聚合酶的活性 例： L19能高度特异性地催化寡聚核糖核苷酸的连接。 C、氨酰酯酶的活性 例：L19能催化氨酰tRNA的水解。 D、具有肽基转移酶的活性 E、兔肌a葡萄糖分支酶的活性 例：31个核苷酸的RNA F、DNA酶的活性,（二）、核酶的功能,（三）、核酶的种类,A、催化分子内反应的核酶 自我剪接型 自我剪切型 B、催化分子间反应的核酶,（四）、核酶的作用举例,L 19的催化作用,自我剪接型,锤头结构核酶,

15、Symons在比较了一些植物病毒、拟病毒和卫星病毒自我剪切规律后，于1986年提出锤头结构的二级结构模型，由413个保守核甘酸和3个螺旋区构成，自我剪切活性依赖于结构和构象的完整，只要满足锤头状的二级结构和13个核甘酸的保守序列，剪切反应就会在锤头结构的的右上方GUN序列的3端自动发生。 1989Koizumi年等证明，只要保持11个nt的保守序列不变，剪切反应就可发生。1992年报道，10nt甚至3nt的核酶就有催化作用。,六、抗体酶(abzyme),1、抗体酶是具有催化作用的蛋白质,其本质上是免疫球蛋白,但是在易变区被赋予了酶的属性,又称为催化性抗体。 2、抗体酶研制的原理和途径 以酶的过

16、渡态类似物为半抗原，免疫动物产生了具有催化作用的抗体。,六、抗体酶(abzyme),3、抗体酶举例： 1986年Schultz和 Lerner以对硝基笨酚磷酸胆碱酯（PNPPC）作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。通过的单克隆抗体的筛选，成功的获得了一株MOPC167单抗，可使水解反应提高1.2104倍,以后又分离出另一株单抗酶T15。从此开创了单抗酶研究的新时代。,3、抗体酶举例,六、抗体酶(abzyme),4、抗体酶的应用前景 （1）、为蛋白质结构的研究提供了新手段。 （2）、在医学上可用抗体酶专一性的破坏病毒外壳蛋白质，清除血管内壁上存在的血块。 （3）、降解毒品的抗体酶，治疗毒瘾。,返回,七、酶工程简介,（一）、酶工程： 主要研究酶的生产、纯化、固定化技术，酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。