第四章第一节酶

第四章微生物的生理生理微生物的酶（组成，结构，分类，催化特征，影响酶活的因素）营养（微生物的化学组成，营养物及营养类型，营养物进入微生物的方式）产能代谢（呼吸类型，产能代谢与呼吸作用的关系，发光现象）2020/7/173第一节微生物的酶酶（enzyme）是由活细胞产生的，能在体内或体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。微生物的所有营养和代谢活动必须在酶的参与下才能正常进行。酶的组成有两类：一、酶的组成单成分酶全酶蛋白质蛋白质+小分子有机物+金属离子+小分子有机物蛋白质+金属离子蛋白质辅基和辅酶与酶蛋白结合不牢与酶蛋白结合牢固水解酶脱氢酶丙酮酸脱氢酶细胞色素氧化酶酶的各组分的功能：1.酶蛋白起加速反应作用；2.其他辅酶、辅基传递电子、原子和化学基团；3.金属离子除传递电子，还起激活剂作用。水溶性维生素：VB1、VB2、VB5、VB6、VC、VB12、泛酸、叶酸、肌醇。水溶性维生素与辅酶体内转变成辅酶几种辅酶和辅基：细胞色素酶、过氧化氢、过氧化物酶的的辅基，Fe2+→Fe3++e传递电子的作用。催化氧化还原反应。铁卟啉几种辅酶和辅基：脱酰基和转移酰基的反应，转移酶的辅酶。辅酶A（CoA或CoA-SH）CH3CO~SCoA泛酸烟酰胺酸腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺酸腺嘌呤二核苷酸磷酸。脱氢酶的辅酶，传递氢的作用。NAD和NADP（辅酶Ⅰ辅酶Ⅱ）NAD+→NADH2NADP+→NADPH2OHOHOCONH2NO-POO-OCH2ONNNNNH3OHOHOPOOCH2VppOH若为O~PO32-,则为NADP+维生素PP黄素单核苷酸，黄素腺嘌呤二核苷酸，氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶的辅酶。FMN和FADNNNHNCH2H3CH3COO(CHOH)3CH2OPOO-POO-OCH2ONNNNH3NOOHOHVB2AMPFMNFAD核黄素（VB2)线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，传递氢和电子。辅酶Q：泛醌OOCH3OCH3OCH3(CH2CHCCH2)nHCH3n=6-10起到传递甲酰基和羟甲基的作用。四氢叶酸：辅酶F,THFANNNNCH2NHCOOHH2NNHCHCH2COOHCH2COOHHH喋呤PABA（对氨基苯甲酸）Glu维生素B11Fe2+，铁卟啉Mg2+，叶绿素的辅基Co,Cu,Ni,Mo,ZnNa+、K+、Mg2+、Ca2+等。对酶有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。金属离子金属离子配体酶或蛋白Mn2咪唑丙酮酸脱氢酶Fe2+/Fe3+卟啉环，咪唑，血红素，含硫配体氧化-还原酶，过氧化氢酶Cu+/Cu2+咪唑，酰胺细胞色素氧化酶Co2+卟啉环变位酶Zn2+-NH3，咪唑，（-RS）2碳酸酐酶，醇脱氢酶Pb2-SHd-氨基-g-酮戊二酸脱水酶Ni2-SH尿酶二、酶蛋白的结构酶蛋白20种氨基酸组成氨基酸由肽键（-CO-NH-）连接形成多肽链，两条链或单链在卷曲时相邻的基团可以由氢键、盐键、脂键、范德华力及金属键相连接。酶蛋白呈现以下四级结构:注意：氨基酸序列不同，结构不同，功能不同1.一级结构：多肽链本身结构；2.二级结构：多肽链形成的初级结构，由氢键连接；二级结构三级结构四级结构3.三级结构：在二级结构基础上进一步扭曲形成的更复杂的结构，有氢键、盐键、脂键等；4.四级结构：由多个亚基形成。亚基：由一个或多个多肽链在三级结构的基础上形成。酶的活性中心指的是酶蛋白分子能与底物结合，并发挥催化作用的小部分氨基酸区。三、酶的活性中心酶的活性中心结合基团活性中心内必需基团催化基团活性中心外必需基团酶结构水解酶，氧化还原酶，异构酶，转移酶，裂解酶，合成酶；四、分类和命名按照催化的反应类型，分为六类按照酶催化的不同部位：胞外酶，胞内酶，表面酶；按酶作用的底物不同，分为：淀粉酶，脂肪酶，蛋白质酶，纤维素酶，核糖核酸酶。1961年国际酶学委员会（enzymecommission）提出的酶的命名和分类方法。系统名称（systematicname）——标明底物，催化反应的性质命名脂肪+H2O→脂酸+甘油脂肪水解酶习惯名称（recommendedname）（1）底物（2）反应性质（3）底物，反应性质（4）来源或其它特点五、酶的催化特性酶与一般催化剂的共同点?1.酶的作用具有高度的专一性一种酶只能催化一种或一类反应。酶的专一性绝对专一性相对专一性结构专一性立体异构专一性旋光异构专一性几何异构专一性锁钥学说（lockandKeytheory）1894年Fischer提出三点附着学说诱导契合学说（induced-fittheory）1958年Koshland提出3.反应条件温和：常温、常压、中性。4.敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活。5.催化效率高：反应速度是无酶催化或普通人造催化剂催化反应速度的103次方至1010次方倍。如：在同样条件下，只是催化剂不同，催化H2O2分解，用H2O2酶1秒可催化105mol，用FeCl3，1秒只催化10-5mol。六、影响酶活力的因素第一步:E+SES中间产物学说：第二步:ES→E+PV∝[ES]1913年Michaelis和Menten推导了米氏方程]S[K]S[Vvmmax酶作用高效率的机制?反应方程式:E+SESE+Pk1k2k3（一）米氏方程米氏常数的意义]S[K]S[Vvmmax酶促反应速度最大反应速度底物浓度米氏常数当反应速度等于最大速度一半时,即V=1/2Vmax，Km=[S]。米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。米氏常数的单位为mol/L。VmaxKm=(-1)[s]VKm越大底物与酶的亲和力越小，反应不完全；Km越小底物与酶的亲和力越大，反应趋于完全。VmaxKm=(-1)[s]VKm是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一组同工酶）的Km值，来判断是否为不同的酶。Km可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存在时，通过测定酶在不同底物存在时的Km值，Km值最小者，即为该酶的最适底物。mmaxmaxK11=+VV[S]V]S[K]S[Vvmmax方程取倒数后2020/7/1731酶活力单位1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定条件下（温度可采用25℃或其它选用的温度，pH等条件均采用最适条件），每1min催化1μmol/L的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位IU。这个单位称为国际单位。(二)酶活力测定1.酶活力与酶反应速度酶活力单位的新定义“催量”，Katal（开特），Kat。每秒催化一个1mol/L底物转化的所需酶量为1Kat。1Kat=6×107IU2020/7/17321.比活力，每毫克或每毫升酶液具有的酶活力。2.酶活力测定方法反应体系选择/反应条件确定反应物检测/酶活力计算化学分析、光吸收、量气法、酶分析法环境微生物基础教学课件天津工业大学1.酶浓度对酶促反应的影响[S][E]V∝[E]0酶浓度反应速度底物分子足够时，反应的速度和酶浓度成正比，但酶浓度过高时，速度逐渐不变。影响酶促反应因素在底物浓度低时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。2.底物的浓度02468101214161820020406080100ConcentrationofSubstrate(umol/L)RateofReaction(v)在实际中，底物浓度升高时，酶促反应速率降低。3.温度的影响温度升高,酶促反应速度加快。温度升高,酶的高级结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。102030405060708090020406080100TemperatureOCRelativeActivity(%)Q10表示温度每提高10℃，酶促反应速率提高的因数——1.4-2.0。4.pH值的影响反应速度pH最适pH68100酶的最适pH不是一个固定的常数，它受到底物的种类、浓度;缓冲液的种类、浓度;酶的纯度;反应的温度、时间等的影响。5.激活剂的影响什么是激活剂（activator）?无机离子金属离子，Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等阴离子：如Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、SO42-、PO43-等氢离子有机分子维生素C，半胱氨酸，疏基乙酸；生物大分子，蛋白激酶能够促使酶促反应速度加快的物质6.抑制剂的影响能够引起酶的抑制作用的化合物。什么是酶的抑制作用？什么是抑制剂？使酶的活性降低或丧失的现象。金属离子、CO、H2S、氟化物、染料、有机污染物等竞争性抑制抑制作用的方式不可逆抑制可逆抑制抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复。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。反竞争性抑制非竞争性抑制竞争性抑制增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除E+SESE+Pk1k2k3+Iki2ki1EIKm值增大，Vm值不变非竞争性抑制E+SESE+Pkm+IkiEI+S+IkiEISkm底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；底物浓度的改变对抑制程度无影响；Km值不变，Vm值降低E+SESE+P+IkiESI反竞争性抑制必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；动力学参数：Km减小，Vm降低。