酶的概念及特点.ppt

Enzyme第第一一节节 酶酶的的概概念念及及特特点点 一、 酶的概念 生物体内的反应是在很生物体内的反应是在很温和温和的条件（如温和的温度、接近中性的的条件（如温和的温度、接近中性的pHpH）下进行的，）下进行的，而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件 酶的概念酶的概念—酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂  一、 酶的概念酶是酶是但但酶发挥其催化作用并不局限于活其催化作用并不局限于活细胞内，在胞内，在许多情况下，多情况下，细胞内胞内产生的生的酶需分泌到需分泌到细胞外或胞外或转移到移到其它其它组织器官中器官中发挥作用，如胰蛋白作用，如胰蛋白酶、脂、脂酶、淀粉、淀粉酶等水解等水解酶把由把由细胞内胞内产生并在生并在细胞内胞内发挥作用的作用的酶称称为胞内胞内酶，，而将而将细胞内胞内产生后分泌生后分泌细胞外起作用胞外起作用的的酶叫胞外叫胞外酶￿ ￿ 一、 酶的概念 在本章在本章节中把中把酶所催化的反所催化的反应称作称作酶促反促反应，，发生化学反生化学反应前的物前的物质称底物称底物（（substrate）），而反，而反应后生成的物后生成的物质称称产物（物（product）。

￿ ￿ 二、 酶的特性 1. 酶具有共同于一般催化剂的特征v用量少用量少; ;v只能催化热力学上允许的反应只能催化热力学上允许的反应; ;v不改变反应的平衡点，而只能缩短时间催化机理都是降低反应所不改变反应的平衡点，而只能缩短时间催化机理都是降低反应所需的活化能需的活化能酶促反应酶促反应酶促反应酶促反应的速度比的速度比的速度比的速度比非酶促反应非酶促反应非酶促反应非酶促反应通常要快通常要快通常要快通常要快10107 7~10~1014 14 倍倍倍倍如如如如此此此此高高高高的的的的催催催催化化化化效效效效率率率率使使使使生生生生物物物物体体体体内内内内含含含含量量量量甚甚甚甚微微微微的的的的酶酶能能能能催催催催化化化化大大大大量量量量的的的的物物物物质质转转化 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征v 催化效率极高催化效率极高用简单的实验证明酶的催化效率：用简单的实验证明酶的催化效率：用简单的实验证明酶的催化效率：用简单的实验证明酶的催化效率：铁铁屑屑屑屑 肝糜肝糜肝糜肝糜 肝糜肝糜肝糜肝糜( (煮煮煮煮) ) 2 H2O2 2 H2O + O2 二、 酶的特性 1000109 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征 铂：催化许多反应，包括有机反应铂：催化许多反应，包括有机反应H H+ +：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等酶：只作用于结构近似的分子，甚至酶：只作用于结构近似的分子，甚至 只催化一种化合物。

只催化一种化合物v 专一性很强专一性很强 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征v 酶对环境条件极为敏感酶对环境条件极为敏感v 酶活性可以调控酶活性可以调控 酶酶催催化化的的专专一一性性(specificity)(specificity)是是指指酶酶对对它它所所催催化化的的反反应应及及其其底底物物具具有有的的严严格格的的选选择择性性通通常常一一种种酶酶只只能催化一种或一类化学反应能催化一种或一类化学反应由由酶酶对对底底物物选选择择的的严严格格程程度度，，可可将将酶酶的的专专一一性性分分为为多多种类型：种类型： 三、酶的专一性的类型 1. 1. 1. 1. 绝对专业性绝对专业性绝对专业性绝对专业性——除一种底物外，酶都不能催化其它除一种底物外，酶都不能催化其它除一种底物外，酶都不能催化其它除一种底物外，酶都不能催化其它反应的特性反应的特性反应的特性反应的特性 三、酶的专一性的类型 2 2 2 2 相相相相对对对对专专专专一一一一性性性性——酶酶酶酶能能能能催催催催化化化化在在在在结结结结构构构构上上上上类类类类似似似似的的的的一一一一系系系系列列列列化化化化合合合合物物物物反应特怔。

反应特怔反应特怔反应特怔A A 基基团团专专一一性性(group (group specificity)specificity)—在在催催化化A-BA-B化化合合物物中中，，酶酶对对其其中中的的一一个个基基团团具具有有高高度度甚甚至至是是绝绝对对专专一一性，而对另一个基团则具有相对专一性的特性性，而对另一个基团则具有相对专一性的特性 三、酶的专一性的类型 2 2 2 2 相相相相对对对对专专专专一一一一性性性性——酶酶酶酶能能能能催催催催化化化化在在在在结结结结构构构构上上上上类类类类似似似似的的的的一一一一系系系系列列列列化化化化合合合合物物物物反应特怔反应特怔反应特怔反应特怔 三、酶的专一性的类型 B B 键键专专一一性性(bond (bond specificity)specificity)—在在催催化化A-BA-B化化合合物物中中，，酶酶对对A,BA,B基基团团的的结结构构要要求求不不严严，，而而要要求求有有一一定定的的化学键便能进行催化反应特性化学键便能进行催化反应特性C C 立立体体专专一一性性(stereo (stereo specificity)specificity)—一一种种酶酶只只能能对对一一种种立立体体异异构构体体起起催催化化作作用用，，对对其其对对映映体体则则全全无无作作用用的特性。

的特性a a. .立体异构专一性立体异构专一性: : 三、酶的专一性的类型 C C 立立体体专专一一性性(stereo (stereo specificity)specificity)—一一种种酶酶只只能能对对一一种种立立体体异异构构体体起起催催化化作作用用，，对对其其对对映映体体则则全全无无作作用用的特性B.B.几何异构专一性几何异构专一性 : : 三、酶的专一性的类型  三、酶的专一性的类型 Summry绝对专一性绝对专一性一种酶只能催化一种底物如一种酶只能催化一种底物如6-磷磷酸葡萄糖磷酸酯酶酸葡萄糖磷酸酯酶立体专一性立体专一性一种酶只能对一种立体异构体起催一种酶只能对一种立体异构体起催化作用相对专一性相对专一性键专一性键专一性一种酶只作用于一定的化学一种酶只作用于一定的化学键，对键两侧的基团无要求键，对键两侧的基团无要求基团基团专一性专一性不仅要求底物具有一定的化不仅要求底物具有一定的化学键，还对键某一侧的基团学键，还对键某一侧的基团有选择性如磷酸单酯酶有选择性如磷酸单酯酶第二节第二节 酶的结构与活性酶的结构与活性 1. 酶的组成成分结合酶结合酶 —— 除蛋白质外，还有非蛋白质成分除蛋白质外，还有非蛋白质成分 即即 全酶全酶全酶全酶 = = = = 酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白 + + + + 辅因子辅因子辅因子辅因子由酶的组成成分，酶可分为两类：由酶的组成成分，酶可分为两类：单纯酶单纯酶 —— 仅由蛋白质组成仅由蛋白质组成辅基辅基 —— 与酶蛋白结合较紧密，常常以与酶蛋白结合较紧密，常常以共价键共价键共价键共价键结合，结合，小分子有机物及金属离子小分子有机物及金属离子辅因子有两种辅因子有两种：：辅酶辅酶 —— 与酶蛋白结合较松弛与酶蛋白结合较松弛, ,小分子有机物小分子有机物一一. . 酶的结构酶的结构  2. 酶的聚合状态单体酶单体酶 —— 酶蛋白仅有一条多肽链。

酶蛋白仅有一条多肽链寡寡聚聚酶酶 —— 酶酶蛋蛋白白是是寡寡聚聚蛋蛋白白质质，，由由几几个个至至几几十十个亚基组成，以非共价键连接个亚基组成，以非共价键连接多多酶酶复复合合体体 —— 由由几几个个酶酶聚聚合合而而成成的的复复合合体体一一般般由由在在系系列列反反应应中中功功能能相相关关的的酶酶组组成成，，有利于一系列反应的连续进行有利于一系列反应的连续进行由酶的聚合状态，酶可分为三类：由酶的聚合状态，酶可分为三类：一一. . 酶的结构酶的结构  3. 同工酶指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶不同点不同点：体外：理化性质：体外：理化性质 体内：催化特性、分布的部位、生物学功能体内：催化特性、分布的部位、生物学功能 每组同工酶中各种酶的异同：每组同工酶中各种酶的异同：相同点相同点：催化相同的化学反应：催化相同的化学反应, ,大多数是寡聚酶大多数是寡聚酶一一. . 酶的结构酶的结构 同工酶的定义：同工酶的定义： 3. 同工酶以乳酸脱氢酶为例以乳酸脱氢酶为例一一. .酶的结构酶的结构乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 (lactate dehydrogenase(lactate dehydrogenase，，LDH)LDH) 3. 同工酶一一. . 酶的结构酶的结构 LDH是1959年发现的第一个同工酶。

  由4个亚基组成的寡聚酶，亚基分为M型和H型  因此可以装配成五种四聚体：H4(LDH1)、H3M(LDH2)、H2M2(LDH3)、HM3(LDH4、M4(LDH5)   不同的LDH分布在不同组织中例如，脊椎动物心脏中主要是 LDH1，而骨骼肌的则是LDH5 3. 同工酶 对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非常对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非常重要；是代谢调节的一种重要方式重要；是代谢调节的一种重要方式同工酶的作用：同工酶的作用：同工酶物理性质差异：同工酶物理性质差异：1.1.AaAa组成和顺序不同组成和顺序不同2.2.催化特性不同催化特性不同3.3.电泳行为不同电泳行为不同4.4.组织、器官中分布不同组织、器官中分布不同5.5.生理功能不同生理功能不同一一. . 酶的结构酶的结构  3. 同工酶一一. . 酶的结构酶的结构 不同组织中的LDH同工酶的电泳图谱  3. 同工酶一一. . 酶的结构酶的结构  研究同工研究同工研究同工研究同工酶酶的意的意的意的意义义：：：：   是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传等方面的有力工具   研究蛋白质结构和功能的好材料。

  在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用价值  指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位接有关的部位1 1）酶活性中心的组成：）酶活性中心的组成：由一些氨基酸残基的侧链基团组成由一些氨基酸残基的侧链基团组成对于结合酶，辅因子常常是活性中心的组成部分对于结合酶，辅因子常常是活性中心的组成部分这些基团在一级结构上可能相距很远，甚至可这些基团在一级结构上可能相距很远，甚至可能不在一条肽链上，但在蛋白质空间结构上彼能不在一条肽链上，但在蛋白质空间结构上彼此靠近，形成具有一定空间结构的区域此靠近，形成具有一定空间结构的区域二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性The structure of a glycogen phosphorylase monomer 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心（（2 2）酶的活性中心的特点）酶的活性中心的特点二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性Substrates typically lose waters of hydration 水合作用 in the formation of the ES complex 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心（（2 2）酶活性中心的特点）酶活性中心的特点2. 2. 都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，但不是刚性的，而具有一定的柔性状，但不是刚性的，而具有一定的柔性3. 3. 活性中心为非极性的微环境，有利于与底物的结合活性中心为非极性的微环境，有利于与底物的结合二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性1. 活性中心在活性中心在酶分子分子总体体积中只占相当小的部分中只占相当小的部分（（约1% 2%），相当于），相当于2 3个氨基酸残基个氨基酸残基 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心（（2 2）酶活性中心的特点）酶活性中心的特点4. 底物与底物与酶通通过形成形成较弱弱键力的次力的次级键相互作用并相互作用并结合到合到酶的活性中心的活性中心￿ ￿二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性5. 酶的活性部位并不是和底物的几何的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻形正好吻合，而是在合，而是在酶与底物与底物结合的合的过程中，底物分子或程中，底物分子或酶分子或它分子或它们两者的构象同两者的构象同时发生一定生一定变化后才化后才相互契合，相互契合，这时催化基催化基团的位置也正好的位置也正好处于所催于所催化底物的敏感化学化底物的敏感化学键部位部位￿ ￿ 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心结合部位结合部位：底物在此与酶分子结合。

一个酶的结：底物在此与酶分子结合一个酶的结合部位又可以分为各种亚位点，分别与底物的不合部位又可以分为各种亚位点，分别与底物的不同部位结合同部位结合催催化化部部位位：：底底物物的的敏敏感感键键在在此此被被打打断断或或形形成成新新的的键键，，从从而而发发生生一一定定的的化化学学反反应应一一个个酶酶的的催催化化部部位可以不止一个位可以不止一个二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性（（2 2）有关酶活性中心的几个术语）有关酶活性中心的几个术语 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心 有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位——调节中心调节中心 调调节节中中心心可可以以与与小小分分子子的的代代谢谢物物相相结结合合，，使使酶酶分分子子的的构构象象发发生生改改变变，，从从而而影影响响酶酶的活性这种作用叫的活性这种作用叫变构效应变构效应( (又叫别构效应又叫别构效应) )；； 具有具有变构效应变构效应的酶叫的酶叫变构酶变构酶，，引起变构的小分子物质叫引起变构的小分子物质叫变构剂变构剂( (调节物调节物) )。

二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 1. 1. 酶酶的活性中心的活性中心的活性中心的活性中心 使酶活性升高的变构叫正变构，此时的变构剂叫使酶活性升高的变构叫正变构，此时的变构剂叫正变构剂正变构剂( (正调节物正调节物) )；； 使酶活性降低的变构叫负变构，此时的变构剂叫使酶活性降低的变构叫负变构，此时的变构剂叫负变构剂负变构剂( (负调节物负调节物) )二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 2. . 变变构构构构酶酶 变构构酶（（别构构酶））是是指指一一些些含含有有2个个或或2个个以以上上亚基基的的寡寡聚聚酶，，在在变构构酶分分子子上上，，别构构效效应剂的的调节部部位位一一般般远离离活活性性中中心心，，但但活活性性部部位位与与调节部部位位之之间或或者者活活性性部部位位之之间，，存存在在着着相相互互作作用用（（变构构效效应，，协同同效效应））调节物物与与酶分分子子的的调节部部位位结合合之之后后，，引引起起酶分分子子构构象象发生生变化化，，从从而提高或降低活性部位的而提高或降低活性部位的酶活性活性￿￿￿￿变构酶的特点：变构酶的特点：变构酶分子上除了变构酶分子上除了活性中心活性中心外，还有外，还有调节中调节中心心。

这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有的在不同的亚基上，有的在同一亚基上的在不同的亚基上，有的在同一亚基上变构酶的变构酶的 v-[S] v-[S] 的关系不符合米氏方程，所的关系不符合米氏方程，所以其曲线不是双曲线型以其曲线不是双曲线型已知的变构酶都是寡聚酶已知的变构酶都是寡聚酶二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 2. . 变变构构构构酶酶二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 2. . 变变构构构构酶酶别构酶动力学曲线A.为非调节酶的曲线  B.为别构酶的S形曲线 二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 2. . 变变构构构构酶酶完整的完整的酶分子分子￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿催化催化亚基基￿￿￿￿￿￿调节亚基基￿ ￿ (活性形式)                   (三聚体)       (二聚体) E.coli ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶 )中亚基排列及全酶与亚基的关系 二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 2. . 变变构构构构酶酶二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 3. . . . 诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶 诱导酶（（inducenzyme）是）是细胞内在正常状胞内在正常状态下下一一类很少存在或没有的很少存在或没有的酶，当，当细胞中因加入了胞中因加入了诱导物后而被物后而被诱导产生的生的酶，它的含量在，它的含量在诱导物存在下物存在下显著增高，著增高，这种种诱导物往往是物往往是该酶底物的底物的类似物或似物或底物本身。

底物本身 诱导酶是是20世世纪四十年代，微生物学工作者在四十年代，微生物学工作者在研究大研究大肠杆菌以葡萄糖和山梨糖醇杆菌以葡萄糖和山梨糖醇为培养基培养基时出出现二度生二度生长时发现的的. 二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 3. . . . 诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶 即第一次生即第一次生长的量与葡萄糖成比例，第二次生的量与葡萄糖成比例，第二次生长的量与山梨糖醇的量与山梨糖醇浓度成比例二度生度成比例二度生长现象是由象是由于一般大于一般大肠杆菌杆菌细胞内只有利用葡萄糖的胞内只有利用葡萄糖的酶，而不，而不含利用山梨糖醇的含利用山梨糖醇的酶因此对葡萄糖的利用不需要葡萄糖的利用不需要适适应，即可利用，而，即可利用，而对山梨糖醇的利用必需在山梨山梨糖醇的利用必需在山梨糖醇的糖醇的诱导下，生成能分解山梨糖醇的下，生成能分解山梨糖醇的酶才能才能进行，行，但但这种种诱导作用受到葡萄糖的阻遏，故必作用受到葡萄糖的阻遏，故必须在葡萄在葡萄糖消耗完后才逐糖消耗完后才逐渐利用山梨糖醇利用山梨糖醇￿ ￿二二. . 酶的结构与活性酶的结构与活性 3. . . . 诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶E.coli二度生长现象a：葡萄糖50 μg/mL，山梨糖醇150 μg/mL；b：葡萄糖100 μg/mL，山梨糖醇100μg/mL；C：葡萄糖150μg/mL；山梨糖醇50 μg/mL）。