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上传者: jjkk 2011-07-14 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《03 _ppt》,可适用于自然科学领域,主题内容包含酶第章酶ChapterEnzyme第章酶ChapterEnzyme重点与难点:酶的活性中心与酶的催化机理活化能辅酶与维生素米氏常数的意义可逆性抑制作符等。

酶第章酶ChapterEnzyme第章酶ChapterEnzyme重点与难点:酶的活性中心与酶的催化机理活化能辅酶与维生素米氏常数的意义可逆性抑制作用酶原的激活同工酶变构酶酶的共价修饰酶的概念酶的概念目前将生物催化剂分为两类:酶、核酶(脱氧核酶)酶是一类对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。Enzymes:Biologicalmacromoleculesthatactascatalystsforbiochemicalreactionsalthoughalmostallarecomposedofprotein,catalyticallyactiveRNAmoleculeshavebeenrecentlydiscovered第一次提出酶(enzyme)的名称第一次提出酶(enzyme)的名称EduardBuchner(Germany)TheNobelPrizeinChemistryforhisbiochemicalresearchesandhisdiscoveryofcellfreefermentation(发酵)证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精称为enzyme。第一节酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme第一节酶的分子结构与功能TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme酶的不同形式:酶的不同形式:单体酶(monomericenzyme):仅具有三级结构的酶。寡聚酶(oligomericenzyme):由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系(multienzymesystem):由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶(multifunctionalenzyme)或串联酶(tandemenzyme):一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合多种不同催化功能存在于一条多肽链中这类酶称为多功能酶。一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)Holoenzyme:Anintactenzymecontainingallofitssubunitsandanynecessarycofactorswithfullenzymaticactivityapoenzyme:Theproteinportionofanenzyme,exclusiveofanyorganicorinorganiccofactorsorprostheticgroupsthatmightberequiredforcatalyticactivityCofactor:AsmallmoleculerequiredforenzymeactivityItcouldbeorganicinnature,likeacoenzyme,orinorganicinnature,likeametalliccation全酶分子中各部分在催化反应中的作用:全酶分子中各部分在催化反应中的作用:金属离子是最多见的辅助因子金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密提取过程中不易丢失。金属激活酶(metalactivatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需但与酶的结合不甚紧密。酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质需要金属离子的一些酶金属离子酶Mo黄嘌呤氧化酶FeFe细胞色素酶、过氧化氢酶类、过氧化物类CuCu细胞色素氧化酶、氨酸酶Zn碳酸酐酶、羧肽酶Mg激酶类、磷氨酸酶Mn精氨酸酶、超氧化物歧化酶Na质膜ATP酶(也需K和Mg)K丙酮酸激酶(也需Mg和Mn)金属离子的作用:参与催化反应传递电子在酶与底物间起桥梁作用稳定酶的构象中和阴离子降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程在反应中传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。第十八章维生素P第十八章维生素P维生素(vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的但在生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。Vitamin:Anorganicsubstancerequiredinsmallquantitiesinthedietofsomemammals,essentialforlifebutnotsynthesizablebytheorganism Mostvitaminsfunctionasacomponentofacoenzyme大部分的辅酶与辅基衍生于维生素。维生素的重要性就在于它们是体内一些重要的代谢酶的辅酶或辅基的组成成分。特点:既不供给能量也不构成组织成分体内不能合成或合成甚微必须由食物供给需要量很少但不可缺少(ugmgd)功能:参与体内物质代谢与调节参与辅酶组成调节物质代谢(VitB族)维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素有VitA、VitD、VitE和VitK四种。水溶性维生素有VitBVitBVitPPVitBVitBVitC泛酸生物素叶酸等。脂溶性维生素Vit别名生理功能缺乏症A视黄醛合成视紫红质夜盲症、干眼病D钙化醇促进钙磷吸收佝偻病、软骨病E生育酚抗氧化治疗习惯性流产K凝血Vit合成凝血因子凝血时间延长某些辅酶(辅基)在催化中的作用辅助因子分类(按其与酶蛋白结合的紧密程度)辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松可用透析或超滤的方法除去。辅基(prostheticgroup):与酶蛋白结合紧密(共价结合)不能用透析或超滤的方法除去在反应中不能离开酶蛋白如FAD、FMN、生物素等。coenzyme:AnorganiccofactorrequiredfortheactionofcertainenzymesoftencontainsavitaminasacomponentProstheticGroup:ProstheticgroupisthesameasthecoenzymebutaretightlyboundtotheenzymeWhentheyaresplitoff,theenzymeismostlydenaturedExamplesincludeflavinnucleotidesandheme二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位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。必需基团(essentialgroup)必需基团在酶的一级结构上可能相距很远但在空间结构上彼此靠近。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。酶的活性中心(activecenter)特点:必需基团相对集中活性中心内的必需基团位于活性中心以外维持酶活性中心应有的空间构象和(或)作为调节剂的结合部位所必需。活性中心外的必需基团组氨酸残基的咪唑基、丝氨酸残基的羟基、半胱氨酸残基的巯基以及谷氨酸残基的γ羧基是最常见的必需基团。酶的活性中心对结合酶来说辅酶或辅基参与酶活性中心的组成。activecenter(Activesite)Theregionofanenzymemoleculethatcontainsthesubstratebindingsiteandthecatalyticsiteforconvertingthesubstrate(s)intoproduct(s)usuallyasmallportionofthetotalenzymemolecule溶菌酶(Lysozyme)的活性中心及其作用机理溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心是一裂隙可以容纳肽多糖的个单糖基(ABCDEF)并与之形成氢键和vanderwaals力。催化基团是位Glu位Asp位Asp和位Trp是结合基团。三、同工酶三、同工酶同工酶(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。Isozymes:Multipleformsofanenzymethatcatalyzethesamereactionbutdifferfromeachotherintheiraminoacidsequence,substrateaffinity,Vmax,tissueexpressionorregulatorypropertiesalsocalledisoenzymes定义根据国际生化学会的建议同工酶是由不同基因编码的多肽链或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。乳酸脱氢酶的同工酶举例乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)LDH的电泳行为心肌中以LDH含量最多LDH对乳酸的亲和力较高因此它的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解以供应心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是LDHLDH对丙酮酸的亲和力较高因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸以促进糖酵解的进行。举例BBBMMMCK(BB)CK(MB)CK(MM)脑心肌骨骼肌肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶CK是二聚体酶两种亚基:M型(肌型)和B型(脑型)三种同工酶第二节酶的工作原理TheMechanismofEnzymeAction第二节酶的工作原理TheMechanismofEnzymeAction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。一般情况下对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同能缩短反应达到平衡所需的时间。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶与一般催化剂的共同点:一、酶促反应的特点(一)酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高~倍比一般催化剂高~倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。酶的催化效率可用酶的转换数(turnovernumber)来表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。酶的催化效率比一般催化剂高的实例如:HOHOO酶催化为molFe催化为mol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。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。酶的特异性(specificity)(二)酶促反应具有高度的特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同酶的特异性可大致分为以下种类型:根据酶对其底物结构选择的严格程度不同酶的特异性可大致分为以下种类型:绝对特异性(absolutespecificity):只能作用于特定结构的底物进行一种专一的反应生成一种特定结构的产物。相对特异性(relativespecificity):作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereospecificity):作用于立体异构体中的一种。绝对特异性酶举例:脲酶只水解尿素而不能水解甲基尿素。绝对特异性酶举例:脲酶只水解尿素而不能水解甲基尿素。立体异构特异性酶举例:乳酸脱氢酶只作用于L乳酸而对D乳酸无作用。组HOCHCOOH组HOOCCHOHL()乳酸D()乳酸(与LDH契合)(不能在LDH中的三点结合)精精“三点附着理论”解释:L乳酸脱氢酶的催化作用特异性立体异构特异性酶举例:乳酸脱氢酶只作用于L乳酸而对D乳酸无作用。(三)酶促反应的可调节性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。对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等酶蛋白容易变性失活二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率(一)酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样加速反应的作用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)实现的。活化能:底物分子从初态转变到活化态所需的能量。活化能:使低能(底物)分子达到活化状态(过渡态)所需要的能量。Activationenergy: Thedifferenceinenergybetweenthatoftheactivatedcomplexandthatofreactants,theenergythatmustbesuppliedtothereactantsbeforetheycanundergotransformationtoproduct化学反应:ABA……BCD反应物(初态)中间产物(过渡态)产物(终态)活化能也就是底物分子从初态转化成过渡态所需的能量酶加速化学反应的机制是能够极大地降低反应的活化能诱导契合作用使酶与底物密切结合(二)酶底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态酶底物复合物(过渡态)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(inducedfit)。羧肽酶的诱导契合模式邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应从而提高反应速率。邻近效应与定向排列:酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”酶反应在此疏水环境中进行使底物分子脱溶剂化(desolvation)排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥防止水化膜的形成利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surfaceeffect)。表面效应使底物分子去溶剂化疏水环境介电常数低加强极性基团间的作用。电荷环境在酶活性中心附近往往有一电荷离子可稳定过渡态的离子(三)酶的催化机制呈多元催化作用一般酸碱催化作用(generalacidbasecatalysis)共价催化作用(covalentcatalysis)亲核催化作用(nucleophiliccatalysis)酶活性中心提供H或提供H受体使敏感键断裂的机制称酸碱催化。酸催化(-OH、-NH、=NH、COOH、-SH)AHB碱催化(失电子态)ECOOAECOOHECOOH、 酸碱催化共价催化共价催化酶活性中心亲电基团或亲核基团与底物形成一个反应活性很高的共价中间物同时参与底物敏感键断裂的机制称共价催化。底物亲电中心:磷酰基(P=O)酰基(C=O)糖基(GluCOH)还有亲电基团Mg、Mn(有空轨道)酶活性中心金属离子的催化作用金属酶(metalloenzyme):Fe、Cu、Zn、Mn、Co金属激活酶(metalactivatedenzyme):Na、K、Mg、Ca()通过结合底物为反应定向()通过自身价数的改变参加氧化还原反应()屏蔽底物或酶活性中心的负电荷OH(有孤对电子)亲电催化亲核催化中间产物不稳定断裂相互结合形成产物酶复原。(不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。)、 亲核催化作用亲核基团如:SerOHCysSHHisN:第三节酶促反应动力学KineticsofEnzymeCatalyzedReaction概念研究各种因素对酶促反应速度的影响并加以定量的阐述。影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。※研究一种因素的影响时其余各因素均恒定。在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时通常测定其初始速度来代表酶促反应速度即底物转化量<时的反应速度。一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线在其他因素不变的情况下底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线关系。单底物、单产物反应酶促反应速率一般在规定的反应条件下用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速率取其初速率即底物的消耗量很小(一般在以内)时的反应速率底物浓度远远大于酶浓度。研究前提:当底物浓度较低时:反应速率与底物浓度成正比反应为一级反应。随着底物浓度的增高:反应速率不再成正比例加速反应为混合级反应。当底物浓度高达一定程度:反应速率不再增加达最大速率反应为零级反应中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说:(一)米-曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性MichaelisMentenequation:Theequationdescribingthehyperbolicdependenceoftheinitialreactionvelocity,v,onsubstrateconcentration,S,inmanyenzymecatalyzedreactions: v=VmaxSKmS年Michaelis和Menten提出反应速率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时的反应速率Vmax:最大反应速率(maximumvelocity)Km:米氏常数(Michaelisconstant)E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应而ES分解为E及P的反应为慢反应反应速率取决于慢反应即V=kES。()S的总浓度远远大于E的总浓度因此在反应的初始阶段S的浓度可认为不变即S=St。米-曼氏方程式推导基于两个假设:米-曼氏方程式推导过程:米-曼氏方程式推导过程:ES的生成速率=ES的分解速率则()变为:(Et-ES)S=KmES整理得:k(Et-ES)S=kESkES当反应处于稳态时:当底物浓度很高将酶的活性中心全部饱和时即Et=ES反应达最大速率Vmax=kES=kEt()将()代入()得米氏方程式:当S<<Km时反应为一级反应当S>>Km时ν=Vmax反应为零级反应当Km<S<Km时为混合级反应。(二)Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数(二)Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数Km值的推导Km与Vmax的意义当反应速率为最大反应速率一半时:Km值的推导Km=SKm值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度单位是molL。Km与Vmax的意义Km与Vmax的意义定义:Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。意义:Km是酶的特征性常数之一只与酶的结构、底物和反应环境(如温度、pH、离子强度)有关与酶的浓度无关。Km可近似表示酶对底物的亲和力同一酶对于不同底物有不同的Km值。Km值当k>>k时Km可近似表示酶对底物的亲和力Km愈大酶与作用物亲和力愈小Km愈小酶与作用物亲和力愈大km=(kk)kKmkkkm可以看作ES的解离常数kskkk)同一酶对于不同底物有不同的Km值)可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度:当S=Km时ν=Vmax此时即为最合适的测定酶活性所需的底物浓度。)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。Vmax定义:Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度与酶浓度成正比。Vmax:Themaximumvelocityofanenzymaticreactionwhenthebindingsiteissaturatedwithsubstrate意义:Vmax=KE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K。定义当酶被底物充分饱和时单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。turnovernumber:Thenumberoftimesanenzymemoleculetransformsasubstratemoleculepersec,underconditionsgivingmaximalactivityatsubstrateconcentrationsthataresaturating意义可用来比较每单位酶的催化能力。酶的转换数双倒数作图法(doublereciprocalplot)又称为林贝氏(LineweaverBurk)作图法(三)Km值与Vmax值可以通过作图法求取Hanes作图法在林-贝氏方程基础上两边同乘SSV=KmVmaxSVmax二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系在酶促反应系统中当底物浓度大大超过酶的浓度酶被底物饱和时反应速率达最大速率。此时反应速率和酶浓度变化呈正比关系。当S>>E酶可被底物饱和的情况下反应速率与酶浓度成正比。关系式为:V=kE当S>>E时Vmax=kE酶浓度对反应速率的影响三、温度对反应速率的影响具有双重性三、温度对反应速率的影响具有双重性温度对酶促反应速率具有双重影响。酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimumtemperature)。Optimumtemperature:Temperatureatwhichanenzymeoperatesatmaximalefficiency酶的最适温度与实验条件有关因而它不是酶的特征性常数。低温时由于活化分子数目减少反应速度降低但温度升高后酶活性又可恢复。四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH(optimumpH)。pH对某些酶活性的影响optimumpH:ThecharacteristicpHatwhichanenzymehasmaximalcatalyticactivity人体内大多数酶的最适pH在~之间。酶的最适pH不是酶的特征性常数。pH对酶促反应速度的影响其原因主要是由于pH的改变导致了酶的催化基团以及底物分子的解离状态改变或者导致了酶蛋白的变性。五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率酶的抑制剂(inhibitor)酶的抑制区别于酶的变性:抑制剂对酶有一定选择性引起变性的因素对酶没有选择性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。抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(noncompetitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同酶的抑制作用分为:有机磷化合物羟基酶解毒解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物巯基酶解毒二巯基丙醇(BAL)概念举例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。(一)不可逆性抑制剂主要与酶共价结合胆碱酯酶乙酰胆碱胆碱+乙酸乙酰胆碱堆积引起付交感兴奋症状:恶心呕吐多汗肌肉震颤瞳孔缩小巯基酶抑制剂重金属离子及砷为非专一性抑制剂。可用二巯基丙醇(BAL)解毒。(二)可逆性抑制作用(二)可逆性抑制作用抑制剂通常以非共价键与酶或酶底物复合物可逆性结合使酶的活性降低或丧失抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制类型概念竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心有些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-底物复合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。competitiveinhibition:AtypeofenzymeinhibitioncharacterizedbytheinhibitorbindingtotheactivesiteTheinhibitioncanbereversedbyincreasingtheconcentrationofsubstrateAcompetitiveinhibitorisusuallyastructuralanalogofthesubstrate定义反应模式特点抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度I与S结构类似竞争酶的活性中心动力学特点:Vmax不变表观Km增大。举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合不影响酶与底物的结合酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶底物抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。noncompetitiveinhibition:AtypeofenzymeinhibitionnotreversedbyincreasingthesubstrateconcentrationTheinhibitorbindstoasiteontheenzymeotherthantheactivesite定义反应模式特点抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合底物与抑制剂之间无竞争关系抑制程度取决于抑制剂的浓度动力学特点:Vmax降低表观Km不变。反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶底物复合物结合抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合使中间产物ES的量下降。这样既减少从中间产物转化为产物的量也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。Uncompetitiveinhibition–wheretheinhibitorbindstotheenzymewhenthesubstrateisalreadybound定义反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶底物复合物结合反应模式特点:抑制剂只与酶-底物复合物结合抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度动力学特点:Vmax降低表观Km降低。六、激活剂可加快酶促反应速率六、激活剂可加快酶促反应速率必需激活剂(essentialactivator)非必需激活剂(nonessentialactivator)定义使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为激活剂(activator)。种类第四节酶的调节TheRegulationofEnzyme第四节酶的调节TheRegulationofEnzyme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)变构酶通过变构调节酶的活性(一)变构酶通过变构调节酶的活性变构效应剂(allostericeffector)变构调节(allostericregulation)变构酶(allostericenzyme)变构部位(allostericsite)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。一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节变构酶的特点:变构酶的特点:变构酶分子中常含有多个(偶数)亚基酶分子的催化部位(活性中心)和调节部位有的在不同亚基也有的在同一亚基内当调节亚基或调节部位与变构剂结合后就可导致酶的空间构象发生改变从而导致酶的催化活性中心的构象发生改变而致酶活性的改变。allostericenzyme:Aregulatoryenzyme,withcatalyticactivitymodulatedbythenoncovalentbindingofaspecificmetaboliteorasmallmoleculeatasiteotherthantheactivesite.协同效应:当变构酶的一个亚基与其配体(底物或变构剂)结合后能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变这种效应就称为变构酶的协同效应。如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力增加则称为正协同效应反之则称为负协同效应。.协同效应:观察变构酶的底物浓度对酶促反应速度影响时可发现ν~S为一“S”形曲线。观察变构酶的底物浓度对酶促反应速度影响时可发现ν~S为一“S”形曲线。酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。变构调节举例:变构调节举例:RRCRRCCC(二)酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的(二)酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的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。covalentmodification:TheattachmenttoandremovalofchemicalgroupsfromanenzymeandtheconsequentchangeinthecatalyticpropertiesofthatenzymeCatalyticpropertiesofmanyenzymesarealteredbythecovalentattachmentandremovalofphosphorylgroups,whereasasmallernumberofothersundergoreversibleattachmentofAMPunitsfromATP共价修饰(covalentmodification)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互变常见类型酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。酶的磷酸化与脱磷酸化共价修饰的特点:共价修饰的特点:共价修饰的酶存在有(高)活性和无(低)活性两种形式共价键修饰放大效应(有瀑布或级联效应)磷酸化消耗ATP是体内经济、有效的快速调节方式。(三)酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶(三)酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体此前体物质称为酶原。在一定条件下酶原向有活性酶转化的过程。酶原(zymogen)酶原的激活Zymogenactivation:Theinactiveprecursorisconvertedtoactiveformbylimitedproteolysisandtheactivecenteroftheenzymeisformedorexposed酶原激活的机理酶原的激活过程自身激活作用:酶原受其本身激活产物的催化而激活的过程。酶原激活通常伴有酶蛋白一级结构的改变。肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶N端肽片段酶原激活的本质是酶活性中心形成或暴露的过程。胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的生理意义避免细胞产生的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保证体内代谢正常进行。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。二、酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节二、酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节诱导作用(induction)阻遏作用(repression)(一)酶蛋白合成可被诱导或阻遏(二)酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同(二)酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同溶酶体蛋白酶降解途径(不依赖ATP的降解途径)非溶酶体蛋白酶降解途径(又称依赖ATP和泛素的降解途径)第五节酶的命名与分类TheNamingandClassificationofEnzyme第五节酶的命名与分类TheNamingandClassificationofEnzyme一、酶可根据其催化的反应类型予以分类一、酶可根据其催化的反应类型予以分类氧化还原酶类(oxidoreductases)转移酶类(transferases)水解酶类(hydrolases)裂解酶类(lyases)异构酶类(isomerases)合成酶类(synthetases,ligases)根据酶反应的类型酶可分为六大类其排序如下:合酶与合成酶合酶与合成酶根据国际生化学会对酶的命名原则合酶属于裂合酶类而合成酶属于连接酶类。裂合酶类催化非水解方式断裂作用于其分子或原子团上留下双键或者相反在双键处加入某基团。当裂合酶类进行加成反应时也可称为“合酶”。连接酶类水解ATP或其他高能三磷酸化合物的焦磷酸键时偶联两个底物新合成的化合物往往具有基团转移势能只有这种酶才能称为“合成酶”。第六节酶与医学的关系TheRelationofEnzymeandMedicine第六节酶与医学的关系TheRelationofEnzymeandMedicine有些疾病的发病机理直接或间接和酶的异常或酶活性受到抑制相关。许多疾病也可引起酶的异常这种异常又使病情加重。激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。一、酶和疾病密切相关(一)酶的质、量与活性的异常均可引起某些疾病(二)酶的测定有助于对许多疾病的诊断(二)酶的测定有助于对许多疾病的诊断.酶活性测定和酶活性单位是定量酶的基础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率。酶促反应速率可在适宜的反应条件下用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度它反映在规定条件下酶促反应在单位时间(s、min或h)内生成一定量(mg、μg、μmol等)的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。在特定的条件下每分钟催化μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。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。kat与IU的换算:IU=kat国际单位(IU)催量单位(katal)复习题复习题名词解释:酶活性中心Km酶原与酶原激活酶的特异性同工酶全酶酶的必需基团问答题:酶与一般催化剂相比有何异同?酶特异性的种类及概念。Km的意义如何测定?酶的抑制作用有几种各有什么特点?举例说明竞争性抑制。什么是酶的别构调节?有何特点?何谓酶的共价修饰?有何特点?金属离子作为酶的辅助因子的作用有哪些?

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