酶化学Word格式文档下载.docx

酶化学Word格式文档下载.docx

《酶化学Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酶化学Word格式文档下载.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

10-4的H2O2分解。

2.高度专一性

一种酶只能作用于某一类或某一种特定物质。

类别：

绝对专一性：

除一种底物外，酶都不能催化其它反应的特性。

（淀粉酶）

相对专一性：

（键、基团）酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。

（酯酶）

催化的水解，与R和R'

无关。

立体化学专一性：

有些酶只能催化底物的一种立体化学结构。

蛋白水解酶通常只对L-型氨基酸构成的肽键起作用。

3、反应条件温和，对环境变化敏感

酶促反应的条件一般要求在常温、常压、生理酸碱度等温和的条件下进行。

高温或其它苛刻的理化条件，将引起酶的失活

4、酶活性的可调控性

底物浓度、产物浓度以及环境条件的改变，都可能影响酶的活性。

包括抑制剂调节、反馈调节、共价修饰调节、酶原激活、激素控制等。

三、酶的化学本质与组成。

1、酶的化学本质

（1）大多数酶是蛋白质，具有蛋白质的性质。

含N量为16%；

两性电解质；

会变性沉淀，丧失酶活力；

具有蛋白质一、二、三、四级结构；

是生物大分子物质，具有胶体性质，不能通过透析膜等；

受蛋白酶水解而失活，水解最终产物是氨基酸。

许多酶的aa顺序已被陆续测定

（2）少数酶是核酸。

近年来不断研究发现少数核糖核酸也具有一些催化活性。

2、酶的组成

（1）单纯蛋白酶：

除蛋白质外，不含其它物质。

如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶。

（2）结合蛋白酶：

由蛋白质和辅助因子组成。

全酶＝酶蛋白+辅助因子。

如脱氢酶、转氨酶、碳酸酐酶及其他氧化还原酶类。

蛋白酶：

决定酶的专一性和催化高效性。

辅助因子：

可以作为载体，传递电子、原子和某些化学基团。

辅助因子有两类：

辅酶：

与蛋白酶结合疏松、用透析的方法就可以除去的小分子有机物。

辅基：

与蛋白酶结合紧密，用透析方法不容易除去的小分子有机物。

一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，组成一种结合蛋白酶。

催化一种底物，向着一个方向进行。

一种辅酶，则可以和若干种酶蛋白结合，组成若干种结合蛋白酶。

催化若干底物发生同一类型的反应。

在全酶中，酶蛋白决定了反应底物的种类，而辅助因子决定底物的反应类型。

3、酶的结构

分为三类

（1）单体酶：

只有一条多肽链。

这类酶很少，一般都是水解酶。

（2）寡聚酶：

由几个至几十个相同或不同的亚基组成。

亚基间以非共价结合，易分离、变性。

多数酶属于这类酶。

分子量从35000到几百万。

（3）多酶复合体系：

由几种酶彼此嵌合形成的复合体。

每种酶都具有独立的催化功能。

有利于一系列反应的连续进行，提高催化效率，便于调控。

第二节酶的命名与分类

一、酶的分类

1．氧化还原酶类

催化底物进行氧化还原反应的酶类。

2．转移酶类

催化底物之间进行基团转移或交换的酶类。

3．水解酶类

催化底物发生水解反应的酶类。

4．裂解酶类

催化一个底物断裂为两个产物或两个底物结合成为一个产物的酶类。

从左向右进行的是裂解反应，由右向左进行的是合成反应，所以又称为裂合酶。

5．异构酶类

催化各种同分异构体之间的相互转变，即分子内部基团的重新排列的酶称为异构酶类。

6、合成酶类

催化两个分子合成一个分子的酶类。

这类反应要消耗ATP等高能磷酸键。

二、酶的命名

1、习惯命名法

（1）底物+反应类型+酶：

乳酸脱氢酶、丙酮酸羧化酶（丙酮酸＋CO2＋ATP＋H2O→草酰乙酸＋ADP＋Pi），谷丙转氨酶：

（2）底物+酶：

只是针对水解酶类。

淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶。

有时在底物前加上酶的来源，如胃蛋白酶、唾液淀粉酶等。

2．系统命名法：

（1）包括：

酶的系统名称和分类编号。

《酶学手册》EC1.1.1.27L-乳酸：

NAD氧化还原酶

（2）系统底物1：

底物2：

底物3+反应类型。

如：

L-乳酸：

NAD氧化还原酶。

若底物之一为水，则可省去。

（2）酶的编号。

分别表示国际酶学委员会（EnzymeCommision）。

前三个数字表示所属大类、亚类、亚亚类，最后一个数字为亚亚类中的顺序号。

1.1.1表示氧化还原酶，作用与-CHOH-基团；

受体是NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）NADP+

1.1.2表示氧化还原酶，作用与-CHOH-基团；

受体是细胞色素。

1.1.3表示氧化还原酶，作用与-CHOH-基团；

第三节酶催化反应的机理

一、酶的催化作用与活化能

1、酶降低了化学反应所需要的活化能。

活化能指：

一般分子成为能参加化学反应的活化分子所需要的能量

底物分子→活化分子→参与反应。

基本论点：

2、酶促反应速度与活化分子数目成正比。

活化分子越多，反应速度越快。

3、增加活化分子数的途径有：

（1）、外加能量：

通过ATP供给能量。

加热，供给能量。

（2）、降低活化能：

活化能越低，活化分子越多，反应速度越快。

二、中间产物学说

1913年米契尔夫（Michaelis）和曼吞（Menten）提出的中间产物学说。

1、基本论点：

（1）无催化剂酶存在时

S→P

（2）有催化剂酶催化时

即中间产物学说认为，所有的酶促反应都会形成一个不稳定的中间产物，从而将整个反应分两步进行，每一步仅需较少的活化能。

中间产物学说已获得可靠的实验数据，中间产物存在也已经得到证实。

三、酶的活性中心

1、酶分子中能与底物分子直接结合，并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心（活性部位）。

2、酶的活性中心包括催化部位和结合部位。

结合部位：

负责与底物分子结合，具有高度专一性。

1~5个AA组成。

催化基团：

负责催化反应，具有特有的催化性质。

2-3个AA组成。

活性中心的氨基酸残基在空间结构上十分邻近，但一级结构上可以相距甚远。

当酶蛋白变性时，空间结构解体，活性中心破坏，酶就失去活力。

3、活性中心外的基团，维持酶的空间结构。

四、、“诱导-契合”理论

1、1890年，艾米尔•费歇尔提出“锁和钥匙学说”。

不切实际的。

2、1964年，科施兰德提出“诱导-契合学说”

酶活中心的结构有一定灵活性，在和底物接触之前，二者不是完全契合的，当底物与蛋白酶结合时，产生了相互诱导，酶蛋白分子的立体结构发生一定改变，使反应所需的催化部位和结合部位正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶和第五完全契合，酶反应才能高速度地进行。

五、酶原的激活

1、酶原：

某些酶在细胞内合成或初分泌时没有活性，这些不具催化活性的酶的前身称为酶原。

2、酶原激活：

指将不具活性的酶原转变为有活性的酶的过程。

又称为活化过程或激活过程。

比较典型的例子胰蛋白酶原的激活。

第四节影响酶促反应速率的因素——酶促反应动力学

一、酶促反应速率的测定

1、酶促反应速率，可用单位时间内底物浓度的减少量或产物的生成量来表示。

表示酶的活力。

酶活力：

指单位时间内酶催化某一化学反应的能力表示酶的催化能力。

⏹人的能力：

能办多大的事

⏹酶的活力：

能催化多快的反应

2、在实际测定中，多用产物浓度的增加的初速度作为酶活力的量度。

3、酶促反应的速度随着反应时间的延长而逐渐减弱。

酶促反应的速度与反应进行的时间有关，随着时间延长，酶促反应的速度逐渐减弱。

原因:

（1）底物浓度减少，产物浓度增加。

（2）部分酶的变性失活。

PH、温度等微环境的变化使酶的活性失活。

二、酶浓度对酶浓度对酶促反应速率的影响

1、一定条件下酶促反应速率与酶浓度成正比。

（1）一定条件：

（1）底物充足

（2）反应条件不变（3）应系统中不含有抑制酶活性的物质时，

（2）应用：

是酶活力测定的依据。

2、实际生产中，酶浓度如过高，既浪费又影响产品质量。

三、底物浓度对酶促反应速率的影响

1、底物浓度影响酶促反应速率

（1）、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。

（2）、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。

底物浓度逐渐增加时，酶活中心与底物结合数目

减少；

把酶的活性中心都被底物分子结合时的底物浓度称饱和浓度。

当底物浓度足够大时，反应速度不再增加，达最大速度；

为零级反应

（3）、底物浓度与酶促反应速率的关系曲线图。

--------酶促反应动力学曲线。

2、米氏方程式

米氏方程表示整个反应中底物浓度和反应速率关系。

V—反应速率；

Vmax—最大反应速度

[S]—底物浓度；

Km—米氏常数

（1）在底物浓度很低时

Km>

>

[S]，米氏方程式中分母中[S]一项可忽略不计。

反应速率与底物浓度成正比，符合一级反应

（2）在底物浓度很高时。

V=Vmax

[S]>

Km，米氏方程式中，Km项可忽略不计。

即反应速率与底物浓度无关，符合零级反应。

3、米氏常数的意义

（1）Km值的物理意义：

Km值是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，它的单位是mol/L。

当V=Vmax/2时；

Km=[S]

（2）Km值的生物学意义

①Km是酶的特征性常数之一；

与酶的种类有关，与酶的浓度无关。

通过测定Km的数值，可鉴别酶，但是必须在统一的实验条件下进行，即一定的底物、一定的PH、一定的温度条件而言。

②Km可表示酶对底物的亲和力；

Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低;

Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。

Km值小的底物一般称为该酶的最适底物或天然底物。

（3）Km与米氏方程的实际用途。

（1）可以根据反应速率的要求，求出应加入底物的浓度。

（2）可以根据已知底物的浓度，求出反应速率。

课后题第10题。

4.米氏常数的求法（不讲）

通常采用双倒数作图法。

具体操作：

①将米氏方程式变为其倒数，即为:

②以1/[S]为横坐标，以1/[V]为坐标表作图。

其中1/[S]是变量，可以自己设定；

1/[V]可以通过特殊的方法测定。

km和Vmax是未知常数。

当χ=0时，即1/[S]=0时，y=b即1/[V]=1/Vmax可以求出Vmax;

当y=0时，即1/[V]=0时，0=Km/（Vmax•[S]）+1/Vmax-------Km=-1/[Vmax]•[Vmax]•S

四、温度对酶促反应速率的影响

（1）酶促反应速度随温度升高而加速；

温度过高会发生变质而失去活性。

温度系数（Q10）化学反应中，温度每增10℃反应速率增加的倍数。

酶促反应的Q10为1-2，一般化学反应为2-3.

（2）酶的最适温度，指酶的活力最大（酶促反应最快）时的温度范围。

动物酶35~40℃

植物酶40~50℃

微生物大部分40~50℃

个别高温菌100℃以上

有利于知道酶在什么温度条件下工作。

（3）酶的稳定温度：

是指在一定时间和条件下，酶不发生或极少发生变性失活的温度范围。

可用于酶的保存过程中。

（4）酶的最适温度和稳定温度并非固定不变的。

①酶的最适温度常受到其他条件的影响而改变。

如随反应时间的改变而改变。

②加入保护剂可使酶的稳定温度范围改变。

③同种不同来源的酶，最适和稳定温度可能不同。

五、pH对酶促反应速率的影响

酶是两性化合物，pH对其活性影响很大。

1、酶反应的最适pH：

通常将酶表现最大活力（酶促反应最快）时的pH值。

最适pH因酶而异，大多数酶最适pH在4.5~8.0左右

动物体内的酶最适pH多在6.5-8.0之间，植物和微生物多在4.5-6.5之间。

2、稳定pH范围：

是指酶在这个pH范围内不发生或极少发生变性失活现象。

3、酶的稳定pH和最适pH不是固定不变的。

酶的稳定pH和最适pH不是固定不变的，底物种类及浓度不同，缓冲液浓度种类不同也会影响最适PH的变化。

加入酶的保护剂也会改变酶的最适和稳定PH范围。

同种不同来源的酶，最适和稳定pH可能不同

4、pH影响酶活力的原因。

第一，pH影响酶分子的构象。

第二，pH影响酶分子活力中心上必须基团的解离或底物的解离。

六、激活剂对酶促反应速率的影响

1、激活剂：

指能够提高酶的活力或酶的稳定性物质。

如CL-可提高酶的活性。

某些蛋白质大分子

酶的激活剂多为无机离子或或小分子有机物。

（1）无机离子：

阳离子：

K+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+等

阴离子：

Cl-、Br-等

在酶与底物的结合过程中起桥梁作用

（2）小分子有机物：

①某些还原剂（Vc、Cys、GSH）：

保护酶活性中心的-SH

②金属螯合剂：

EDTA（乙二胺四乙酸）：

解除重金属抑制

2、与辅助因子不同，激活剂不是酶的组成成分。

3、使用激活剂注意

激活剂对酶的作用具有一定的选择性；

激活剂之间有时会相互影响。

激活剂的浓度有一定的范围，超出此范围，可能会得到相反的效果。

七、抑制剂对酶促反应速率的影响

1、酶的抑制作用：

由于酶的活性中心的化学性质发生改变而引起酶活力降低或丧失的作用。

能够引起抑制作用的化合物称为抑制剂（用I表示）。

酶的抑制作用很重要，有机体往往只有一种酶被抑制，就会使代谢不正常，导致疾病，严重时甚至使机体死亡。

对生物有剧毒的物质大都是酶的抑制剂，如氰化物抑制细胞色素氧化酶，胆碱酯酶的直接抑制剂，毒扁豆碱抑制胆碱酯酶。

有很多抑制剂已被用于杀虫、灭菌和临床治疗，因此研究抑制剂的抑制作用，可为新药设计提供依据，也是酶活中心及代谢途径的研究办法。

2、酶的抑制作用主要是抑制剂破坏或改变了酶的活性中心，妨碍了中间产物的形成或分解。

药物、抗生素、毒物、抗代谢等都是酶的抑制剂。

抑制作用的分类

（1）．不可逆的抑制作用

抑制剂与酶的活性中心以共价键结合，结合后很难解除抑制，酶活性难以恢复，引起酶的永久性失活。

随抑制剂浓度的增加抑制作用增强，直至酶的活性完全被抑制。

重要的不可逆抑制剂：

①高浓度的重金属盐；

②有机磷/汞/砷化合物、③氰化物、④硫化物、⑤CO、⑥碘乙酸、碘乙酰胺等。

多为剧毒物质

如何紧急救治呢？

喝鸡蛋清、生牛奶→彻底洗胃（+5mg去甲肾上腺素）

血液透析（清除游离状态毒物）

找特效药（解磷定）

（2）可逆的抑制作用

抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时丧失，抑制剂可以通过物理方法被除去，酶的活性部分或全部恢复。

①竞争性抑制作用

抑制机理：

抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶－底物中间产物的形成，使酶的活性降低。

消除方法：

加入大量的底物，提高底物的竞争能力。

生物碱麻醉----竞争性替代

生物碱：

吗啡、海洛因、可卡因、尼古丁

利用竞争性抑制是药物设计主要思路。

②非竞争性抑制　　

抑制剂与底物没有结构相似的关系，底物与抑制剂同时在酶的不同部位与酶结合，从而引起酶分子构象变化，使中间物不能进一步分解为产物，从而降低了酶活性。

由于这类抑制剂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。

这种抑制作用不能用增加底物浓度的方法来消除。

⏹S和I对E没有竞争作用。

E与I结合后，还可与S结合；

E与S结合后，也可再结合I，但是ESI三元中间产物不能进一步分解为产物，导致酶促反应被抑制。

某些金属离子（Cu2+、Ag+）等，可通过透析方法除去。

3、抑制剂的种类：

重金属离子、一氧化碳、硫化氢、氰化物、碘乙酸、砷化物、氟化物、生物碱、染料、麻醉剂等等。

酶的抑制剂一般具备以下特点：

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；

c.可与酶的其它部位结合，改变活性中心的结构，使中间产物不能分解。

第五节酶的活力测定

一、酶的活力和活力单位

1．酶活力

指单位时间内酶催化某一化学反应的能力，表示酶的催化能力。

酶活力大小用催化某一反应的反应速率（初速率）来表示。

酶反应速度可用单位时间内，单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。

单位是浓度/单位时间。

2、酶的活力单位

活力单位＝速度单位

国际单位（IU）：

1IU=1μmol/min每min催化1μmol底物的酶量

催量单位（katal）：

1kat=1mol/s每s催化1mol底物的酶量

习惯单位：

（U）①1U=1g/h每h催化1g底物的酶量

②1U=1μg/min每min催化1μg底物的酶量。

酶活力单位：

一个酶活力单位指在一定条件下，一定时间内，将一定量的底物转化为产物所需的酶量。

酶量国际单位（IU）：

在酶作用的最适条件下，25℃，1min内将1微摩尔的底物转化为产物的酶量，也称为称为标准单位。

Katal（Kat）单位：

在最适条件下，1秒内可使l摩尔底物转化为产物的酶量定为1Kat。

习惯单位U:

在最适条件下，1h（min）内可使lg（μg）底物转化为产物的酶量定为1U。

3、酶的比活力

（1）酶的比活力是指每毫克酶蛋白所含酶的活力单位数。

（2）酶的比活力表示每单位蛋白的催化能力。

对于同一种酶来说，酶的比活力越高，说明酶的纯度越高。

（3）酶的比活力可以用来表示酶制剂的纯度。

在实际应用中，可以用来计算酶促反应所需要的酶量。

某蛋白酶的比活力是250IU/mg，若想催化酪蛋白水解为酪氨酸的速度是1500umol/min，请问需要多少质量的蛋白酶。

二、测定酶活力的两种方式

基本原理：

酶活力即酶催化化学反应的能力，也就是催化化学反应发生的速度。

1．测定完成一定量反应所需要的时间

在一定条件下，在待测的酶液中加入一定量的底物，测定此底物全部作用完或部分作用所需的时间来计算酶活力。

活力大小与作用时间成反比。

例如：

课本100页。

2．测定一定时间内所起的化学反应量

根据在一定条件下，化学反应量与酶的活力成正比来测定的。

为得到准确结果，反应应在最适条件下进行，使酶是影响反应速率的唯一因素。

作业题：

107页。

第六节酶活性的调节

一、酶原的激活

二、变构调节与别构酶

1、变构调节：

效应物分子可逆地、非共价地结合到酶的非催化部位，改变酶的构象，进而改变酶的活性的调节方式。

变构调节作用由于变构剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象。

变构效应剂：

酶催化的底物、代谢中间物、代谢终产物。

2、类型：

变构激活剂：

使酶活性增强的效应剂。

变构抑制剂：

3、变构酶：

指受变构调节的酶.

特点：

（1）变构酶包括活性中心和变构中心

①活性中心：

结合部位和催化部位。

②变构中心：

特殊的调控部位。

（2）变构酶含有多个亚基。

活性中心和别构中心在空间上没有关联，但会相互影响；

活性作用和变构作用存在协同效应。

三、酶的共价修饰调节

1、共价修饰

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

（1）磷酸化与脱磷酸化（最常见）：

在蛋白质肽链上可逆的共价结合磷酸基团。

（2）乙酰化和脱乙酰化：

在蛋白质肽链上可逆的共价结合乙酰基团。

（3）甲基化和脱甲基化：

在多肽链上可逆的结合甲基。

（4）腺苷化和脱腺苷化：

在多肽链上可逆的结合腺苷酸。

四、同工酶、诱导酶

1、同工酶（isoenzyme）是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。

一般为寡聚蛋白酶。

2、诱导酶：

根据酶的合成与代谢的关系，把酶分为：

结构酶：

指细胞中天然存在的酶，其含量较为稳定，受外界的影响小。

诱导酶：

指细胞中加入特定诱导物（S或S类似物）后诱导产生的酶，其含量在诱导物存在下显著增高。

⏹诱导酶的生成受诱导物和遗传基因的双重控制

⏹如：

微生物的半乳糖苷酶、水稻的硝酸还原酶

⏹