05第五章酶.

1拓展探究我们生活中的酶生物催化剂蛋白质：enzymes，催化体内99%以上的反应核酸：ribozyme，小于1%第五章酶一、什么是酶(一)酶是由活细胞产生的，对特异底物具有高效催化作用的蛋白质。又称生物催化剂。(二)生物催化剂分为两类酶核酶(脱氧核酶)(三)被酶催化的物质称底物(substrate,S)，催化所生成的物质称产物(product,P)。(Enzyme)(一)单体酶：仅具有三级结构的酶。(二)寡聚酶：由多个相同或不同亚基组成的酶。(三)多酶体系：由不同功能的酶聚合形成的多酶复合体。(四)多功能酶或串联酶：具有多种不同催化功能的多酶体系称为多功能酶。二、酶的不同形式一、酶的化学组成(二)结合酶(conjugatedenzyme)，即全酶(一)单纯酶(simpleenzyme)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)只有蛋白质部分，无辅助因子的酶即单纯酶。第一节概述(outline)1.辅助因子类型(1)辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。(2)辅基(prostheticgroup)：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。2.结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥催化作用。3.全酶各部分在催化反应中的作用(1)酶蛋白决定反应的特异性。(2)辅助因子决定反应的种类与性质。4.金属酶(metalloenzyme)其金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。5.金属激活酶(metal-activatedenzyme)其金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。6.金属离子的作用(1)稳定酶的构象。(2)参与催化反应，传递电子。(3)在酶与底物间起桥梁作用。(4)中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。7.小分子有机化合物的作用反应中起运载体作用，传递电子、质子或其他基团。Ｂ族维生素与辅酶或辅基的关系维生素辅酶或辅基转移的基团维生素B1(硫胺素)焦磷酸硫胺素(TPP)醛基维生素B2(核黄素)黄素单核苷酸(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氢原子(质子)氢原子(质子)维生素PP(尼克酰胺)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+，辅酶Ⅰ)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+，辅酶Ⅱ)氢原子(质子)氢原子(质子)维生素B6(吡哆醛，吡哆胺)磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺氨基泛酸辅酶A酰基生物素生物素二氧化碳叶酸四氢叶酸一碳单位维生素B12钴胺素辅酶类一碳单位1.习惯命名法——推荐名称(1)依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。(2)依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。(3)综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。2.系统命名法——系统名称二、酶的命名与分类(一)酶的命名(二)酶的分类1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases)3.水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类(lyases)5.异构酶类(isomerases)6.合成酶类(ligases,synthetases)三、酶活性(一)酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。(二)酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。(三)酶的活性单位1.国际单位(IU)在特定的条件下，每分钟催化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。2.催量单位１催量(kat)是指在特定条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。3.kat与IU的换算：1IU=16.67×10-9kat第二节酶催化作用的特点(TheCharacteristicofEnzyme-CatalyzedReaction)酶与一般催化剂的共同点是：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。酶是蛋白质或核酸，又具有一般催化剂所没有的特征。一、高度的催化效率酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。二、高度的特异性酶的特异性(specificity)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。根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3种类型。(一)绝对特异性(absolutespecificity)一种酶只能作用于一种特定的底物，生成一种特定的产物。(二)相对特异性(relativespecificity)：一种酶可作用于一类化合物或一种化学键。(三)立体结构特异性(stereospecificity)一种酶只能作用于一种立体异构底物。三、酶催化活性的可调节性(一)对酶生成与降解量的调节。(二)酶催化活性的调节。(三)通过改变底物浓度对酶进行调节等。酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。四、酶催化活性的不稳定性酶的本质是蛋白质，凡是影响蛋白质生物学活性的因素都能影响酶的活性。活性中心或称活性部位(activesite)，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。一、酶的活性中心(activecenter)(一)什么是活性中心(MechanismandAdjustmentofEnzyme-CatalyzedReaction)第三节酶的作用机制及调节1.活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。2.活性中心外的必需基团(二)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。++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二、酶原与酶原的激活(一)酶原有些酶在细胞内合成或初分泌时无活性，此无活性前体称为酶原。(二)酶原的激活酶原在一定条件下，水解掉一个或几个短肽，形成或暴露出活性中心，转化为有活性酶的过程。(三)激活过程特定的肽链水解酶原分子构象发生改变酶的活性中心形成在特定条件下赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活过程(四)酶原激活的意义1.避免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。2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶的抗酶物质。三、酶促反应的机制(一)活化分子与活化能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1.活化能：底物分子从基态转变到活化态所需的能量。2.活化分子：从基态转变到活化态的底物分子。酶底物复合物E+SE+PES酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说。(二)诱导契合假说酶的诱导契合动画(三)邻近效应与定向排列酶必须与底物靠近并方向正确才能发生反应。(四)多元催化酶是两性电解质，具有酸、碱双重性质。有利于酶与底物结合，提高催化效率。(五)表面效应活性中心位于酶分子表面，有利于酶与底物的接触。四、酶活性的调节酶活性的调节（快速调节）酶含量的调节（缓慢调节）调节方式调节对象：关键酶(一)变构调节(allostericregulation)一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。3.变构效应剂(allostericeffector)变构激活剂变构抑制剂1.变构酶(allostericenzyme)2.变构部位(allostericsite)(二)共价修饰调节1.共价修饰(covalentmodification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。2.常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化－SH与－S－S互变第四节影响酶催化作用的因素主要是研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。研究一种因素的影响时，其余各因素均为恒定。酶浓度底物浓度pH温度抑制剂激活剂影响因素(influencingfactorofEnzyme-CatalyzedReaction)EEEEEEEEEEEE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。V[S]一、底物浓度对反应速度的影响表示SaV[S]EEEEEEEEEEEE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。bV[S]当底物浓度高达极大时反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。EEEEEEEEEEEEc(一)米－曼氏方程式中间产物1.酶促反应模式——中间产物学说E+Sk1k2k3ESE+P※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Ｋm：米氏常数ＶVmax[S]Km+[S]＝──2.米－曼氏方程式(1)Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比，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。1.Km值Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。2.Km值的意义(1)Km是酶的特征性常数之一。(2)Km可近似表示酶对底物的亲和力。(3)同一酶对于不同底物有不同的Km值。(二)Km值及其意义二、酶浓度对反应速度的影响(一)当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。(二)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(一)双重影响温度升高，酶促反应速度升高；酶本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低。三、温度对反应速度的影响(二)最适温度酶促反应速度最大时的环境温度。(三)应用意义温度ºCV0.51.02.01.50102030405060温度对淀粉酶活性的影响如低温麻醉、生物样本的低温保存、高温高压灭菌等。四、pH对反应速度的影响0VpHpH对某些酶活性的影响胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810(一)强酸、强碱可使酶变性失活。(二)最适pH酶催化活性最大时的环境pH。(三)体内大部分酶最适pH为中性，但胃蛋白酶与胰蛋白酶例外。五、激活剂对反应速度的影响(一)激活剂(activator)1.必需激活剂(essentialactivator)对酶促反应不可缺少的激活剂。2.非必需激活剂(non-essentialactivator)缺少时酶仍有催化活性的激活剂。使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。如金属离子(Mg2＋)和小分子化合物(胆盐)。六、抑制剂对反应速度的影响1.酶的抑制剂(inhibitor)(一)抑制剂与抑制作用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。2.抑制作用的类型(1)不可逆性抑制(irreversibleinhibition)(2)可逆性抑制(reversibleinhibition)：①竞争性抑制(competitiveinhibition)②非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)③反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)(二)不可逆性抑制作用1.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；抑制剂不可用透析、超滤等方法去除。(1)有机磷中毒有机磷物质抑制羟基酶活性，可用解磷定(PAM)解毒。(2)重金属离子及砷中毒抑制巯基酶活性，可用