2酶

第三章酶第一节概述第二节分类与命名第三章酶第三节酶的作用机制第四节影响酶促反应速度的因素第五节调节酶类第六节酶活力的测定与表示第七节酶工程第八节维生素与辅助因子第三章酶第一节、概述概念：酶是活细胞产生的具有催化活性的蛋白质，有些RNA也有催化活性。一、作为生物催化剂的特点：1.高效率：比非酶反应要高108-1020，比非酶催化剂催化时要高107-1013，例如过氧化氢的分解，无催化剂时不反应，用Fe催化，其反应速度不大，如果用过氧化氢酶催化此反应，其速度会增加很多。2.高度专一性：无催化剂Fe过氧化氢酶速度不反应5mol/min5×106mol/min专一性绝对专一性相对专一性立体专一性基团专一性键专一性旋光异构专一性顺反异构专一性第三章酶相对专一性：基团专一性即酶对反应键一端的基团有绝对要求，而对另一端的基团则无特殊要求，如葡萄糖苷酶，可以催化水解糖苷键，并且要求键的一端为葡萄糖，而另一端可以是任意糖。绝对专一性：一种酶只催化特定的底物发生反应，如：脲酶只催化尿素分解：H2N—CO—NH2+H2O=2NH3+CO2葡萄糖其它单糖麦芽糖、果糖、葡萄糖葡萄糖其它单糖键专一性：酶对反应键两端的基团都没有特殊要求，如酯酶只要是酯键就可水解。RCOCR'O第三章酶立体专一性：顺反异构专一性，如琥珀酸脱氢酶只催化产生反式结构的丁烯二酸即延胡索酸。旋光异构专一性：L-氨基酸氧化酶只催化L-氨基酸氧化,而对D-氨基酸无作用3.对环境条件敏感酶的最佳作用条件是常温、常压、中性，如果条件发生改变，酶的催化活性则会降低。4.活性可调酶的活性可在调节因子的作用下发生变化。琥珀酸延胡索酸+2H+2e+-CH2COOHCH2COOHCCHCOOHHHOOC第三章酶二、酶的组成：根据组成，酶分为简单酶和结合酶简单酶：只由蛋白组成的酶，就是简单酶。结合酶：酶的组分中除了蛋白质外，还有其他非蛋白成分。辅助因子无机离子有机分子：辅酶、辅基辅基和辅酶实际上没有本质的区别，只是辅基与酶结合的作用力强，而辅酶与酶的结合力弱，实际上，辅酶只有在参与催化时才与酶结合。全酶酶蛋白（决定专一性和高效率）辅助因子（决定反应性质）第三章酶第二节分类与命名一、分类：酶分为六类2.转移酶类催化底物中基团（如：甲基、氨基、酰基等）转移的酶类。如谷丙转氨酶：1.氧化还原酶类AH2+BA+BH2如：乙醛氧化为乙酸COCH2CH2COOHCOOHCHCH2CH2COOHCOOHNH2COCOOHCH3CHCOOHCH3NH2++谷氨酸丙酮酸—酮戊二酸丙氨酸CH3—CHO+H2O—→CH3—COOH+2H++2e-第三章酶3.水解酶类催化底物的水解反应，如蛋白质的水解4.裂合酶类催化底物移去一个基团而形成双键，或结合一个基团而消去双键。如醛缩酶催化的反应F—1，6—2P甘油醛—3—P磷酸二羟丙酮COCHCOHCOHCH2OOHHCH2OHCHCCH2OOHOHCOCH2OHCH2O+PPPP蛋白质+H2O——→氨基酸第三章酶6.合成酶类催化各种合成反应，该过程是需能过程。如脂酰CoA合成酶催化的反应：5.异构酶类催化各种同分异构反应。如磷酸丙糖异构酶催化的如下反应CHCHOCH2OPO3H3OHCOCH2OHCH2OPO3H3甘油醛—3—P磷酸二羟丙酮RCOOH+SHCoARCOSCoA+OH2ATPAMP+PPi第三章酶二、命名：系统命名法：反应底物+反应性质，如果为两个底物，中间用：隔开，如：谷氨酸：丙酮酸氨基转移酶。习惯命名法：来源+底物+反应性质+酶，如：琥珀酸脱氢酶、木瓜蛋白酶。这个分类的顺序是不能改变的；在这6大类下面，由分有若干亚类，亚类又可分为亚亚类，每一个编号层次用一个数字表示，最后是这个酶的编号，所以一个酶可以有由4个数字组成的一个编号，如：乳酸脱氢酶的编号为：EC1.1.1.27第三章酶SEESES2.诱导契合学说E+SE·SE+P二、酶催化的过程：1.中间产物学说第三章酶一、活性中心：概念—酶分子上直接参与底物的结合并对其进行催化的区域。构成：立体结构、其组分的一级结构不连续，如核糖核酸酶活性中心的基团为：组119、组12、赖41基团功能：催化部位、结合部位必需基团：活性中心内必需基团（催化基团、结合基团）、活性中心外必需基团第三节酶的作用机制第三章酶3.过渡态中间产物学说在酶的催化底物向产物的转化过程中，会形成介于二者中间状态的中间产物RORCOEOHRORCOEOHROHRCOEO+E·S→E·S*→E·P→E+P第三章酶第三章酶羧肽酶A催化过程中的构象变化第三章酶酶催化机理E+SE･SE･S*E･PE+P酶催化过程的构象变化第三章酶ATP酶催化过程的构象变化A-核糖-p-p-p(ATP)A-核糖-p-p(ADP)+H2O第三章酶1.反应活化能：酶降低活化能的方式（形成E·S，经历与一般反应不同的途径）如过氧化氢分解，无催化剂时的活化能为75.31KJ/mol，胶态铂催化为46.02KJ/mol，而过氧化氢酶催化为20.92KJ/mol。活化能的降低提高了酶的催化效率。EEGSPA*(活化态)反应过程自由能三、降低反应活化能的因素：第三章酶2.与酶高催化效率（降低活化能）有关的因素：（1）邻近与定向：底物有聚集在活性中心的趋势，经实验证明活性中心的底物浓度是溶液中其他部位的6000倍；底物与活性中心是定向结合（2）底物敏感键扭曲变形，这种效应是说底物与酶结合以后，其电子云要发生重排，产生电子张力，使敏感键更加敏感，更易反应ESEEES第三章酶（3）共价催化：是指酶在催化过程中，酶与底物形成共价中间复合体的催化方式。如酯酶催化酯的水解就是如此。NHNCH2CH2SHCH2OH：：：酶分子上可以形成这种复合体的基团有两类，即亲核基团和亲电基团。亲核基团有组氨酸的咪唑基、半胱氨酸的硫氢基、丝氨酸的羟基，另外还有一些辅助因子，如TPP、CoA等亲电基团有金属离子、—NH3+等RORCOEOHRORCOEOHROHRCOEORCOEOHOHOH2第三章酶在这些基团中，咪唑基是最重要的酸碱催化基团，这是因为它在pH时的酸碱强度大，因为其pKa为6.0，即在生理条件下，一半为酸，一半为碱，第二是释放质子的速度快，其质子结合的半衰期只有10-10秒。广义酸性基团（质子供体）广义碱性基团（质子受体）—COOH—NH3+—SH—COOˉ—NH2—SˉOHNHNH+NHNHO-（4）酸碱催化：狭义酸碱：酸——H+碱——OH－广义酸碱：酸—能释放质子的化合物碱—能接受质子的化合物NHNNHNH++H+第三章酶+—水环境+—疏水环境（5）疏水微环境：酶在催化过程中，其活性中心为疏水环境，在这种环境中，电荷之间的作用力远远大于高电介环境，大大加强了酶的催化基团与底物分子间的作用力，因而有利于降低反应活化能。有机物的电介常数为7-10，而水的电介常数为80。第三章酶一、底物浓度：米氏方程(式中：Vm-最大反应速度Km-米氏常数[S]-底物浓度v-反应速度)][][SKmSVmv一级反应混合级反应零级反应[S]KmvVm[S]Km时Km+[S]Km][SKmVmv[S]Km时,Km+[S][S]v=Vm第四节影响酶促反应速度的因素第三章酶米氏常数的意义：物理意义：当v=½Vm时][][21SKmSVmVm][SKmKm的物理意义为“反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度”生物意义：Km是特征常数，如蔗糖酶的底物为蔗糖，Km为2.810-2，脲酶的底物为尿素,Km：2.510-2。倒数近似表示亲和力，1/Km越大，酶对底物的亲和力越大多个底物有多个Km值、最适底物的Km值最小，如己糖激酶的两个底物Km分别是葡萄糖1.510-4，果糖：1.510-3，这样葡萄糖为该酶的最适底物。用于计算][][2121SSKm][2121SKm即第三章酶米氏常数的得出：双倒数作图法VmSVmKmv1][111/[S]1/v1/Vm-1/Km二、酶浓度：[E]与v成正比[E]v当01vVmSVmKm1][1][11SKm第三章酶三、温度vt最适温度化学反应蛋白质变性原因：蛋白质的变性,化学反应温血动物一般为35-40℃，植物一般为40-50℃，但也有特殊的酶，如细菌淀粉酶在93℃下活力更高。最适温度，不是常数第三章酶原因：强酸、碱变性，中等酸碱度，酶分子和底物基团的解离。不同的酶其PH不同，如胃蛋白酶的为1.5，胰蛋白酶的为7.7，精氨酸酶为9.7，植物和微生物一般在4.5-6.5，动物一般在6.5-8.0。最适pHv强酸强碱中等酸碱四、pH最适pH,不是常数第三章酶1.概念：能提高酶活性的物质为激活剂2.种类（1）无机离子作用机理：a.稳定构象，如Ca是—淀粉酶的激活剂，它紧密地与酶分子结合，从而稳定了酶的高活力构象。b.结合底物，如Mg是ATP酶的激活剂，它可以将ATP的磷酸链结合于酶分子。ACH2OPOPOPOOOOOOO----Mg2+酶c.调节作用（2）有机分子作用机理：a.保护作用，如谷胱甘肽可以-SH的还原状态，EDTA可以络合重金属离子2GSH+—S—S———→GS—SG+2—SHb.调节作用，如ADP是多种需能、放能反应中酶的调节剂（3）蛋白分子调节分子五、激活剂第三章酶抑制可逆抑制不可逆抑制非专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制1.不可逆抑制：这类抑制剂与酶分子以很强的作用力（共价键、强离子键等）结合，使酶失活，且抑制剂不易被清除而使酶恢复活性。非专一性不可逆抑制：这类抑制剂可以抑制多数酶的活性。原因是抑制剂可以与酶分子上一类或几类常见基团如氨基、羧基、巯基等进行作用，所以他们可以作用大多数酶，因此他们的的作用没有专一性，如碘代乙酸就是这类抑制剂。酶—SH+I—CH2—COOH——→酶—CH2—COOH+HI六、抑制剂：概念：可以降低酶活性的物质称为抑制剂第三章酶专一性不可逆抑制：这类抑制剂只与一定酶活性中心的特定基团起作用，对酶有专一性的抑制作用。如有机磷杀虫剂抑制昆虫的乙酰胆碱酯酶就是这种方式。SerOHCH3COCH2N(CH3)3O+OCOCH3SerOPORSerOHRPOOHOHCH3COHOOHCH2N(CH3)3+SerOH有机磷杀虫剂乙酰胆碱胆碱乙酸胆碱酯酶第三章酶2.可逆抑制：这类抑制剂与酶分子以弱的作用力（弱离子键、氢键等）结合，使酶失活，但抑制剂容易被清除而使酶恢复活性，故称为可逆抑制。（1）竞争性抑制：I与S相似，竞争活性中心，增加[S]去除抑制，Vm不变Km变大酶(E)底物（S）抑制剂（I）E·SE·IE+SE·S—→E+P+IE·I1/[S]1/v1/Vm-1/Km[I]第三章酶+2H+2e+-HOOCCH2CH2COOHHOOCCCCOOHHH琥珀酸延胡索酸HOOC—CH2—COOH丙二酸琥珀酸脱氢酶（–）磺胺类药物可以抑制细菌体内四氢叶酸的合成蝶呤对氨基苯甲酸谷氨酸NNNNOHNH2CH2NHCONHCHCOOHCH2CH2COOH对氨基苯甲酸对氨基苯磺酰胺NH2COOHNH2SO2NH2如琥珀酸脱氢酶受丙二酸的抑制。对氨基苯甲酸+其它底物叶酸叶酸合成酶磺胺（－）第三章酶（2）非竞争性抑制：I与S不相似，活性中心之外，不能通过增加[S]去除,Km不变，Vm变小酶ISE+SE·S—→E+P+IE·I+S+IE·S·I1/[S]1/v1/Vm-1/Km[I]第三章酶(3)反竞争抑制：只有形成ES后I才能作用，ES形成加快，Km变小，Vm变小酶S酶SI酶IS+E+SE·S—→E+P+IE·S·I1/[S]1/v1/Vm-1/Km[I]第三章酶一、别构酶:结构：多亚基，两中心（活性中心、调节中心）酶激活剂S抑制剂低活性高活性第五节调节酶类活性中心调节中心别构效应：调节因子与别构酶调节中心结合后，使酶分子的构象得到稳定或发生变化，从而使酶的活性得到稳定或发生变化，这种效应叫别构效应第三章酶v[S]50调节效应：正调节，负调节调节物：底物—同促效应其它分子—异促效应多