王镜岩生化课件4酶ppt课件.ppt

4.1 酶可以按催化的反应类型分类 4.2 比活是酶纯化程度的指标 4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡 4.4 酶催化作用发生在活性部位 4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制 4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程 4.7 可逆抑制剂通过非共价键与酶结合 4.8 不可逆抑制剂共价修饰酶 4.9 酶促反应的速度受pH的影响 4.10 丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征 4.11 调节酶一般都是寡聚体 4.12 某些酶具有组织或器官特异性,4 酶,酶是非常有效的和特异性高的生物催化剂酶催化反应条件温和、常温、常压酶催化的反应比相应的没有催化剂的反应快103～1017倍例如在0℃时，1mol过氧化氢酶能使5106 mol H2O2分解为H2O和O2；而在同样条件下，每克离子铁只能使610－4mol H2O2分解，酶比铁离子快了1010倍 酶作用的特异性分为绝对特异性、相对特异性和立体异构特异性 绝对特异性是指酶只能催化一种或两种结构极相似的化合物的反应，如脲酶只水解尿素而相对特异性是指酶可作用于一类化合物或一种化学键，如脂肪酶或酯酶催化酯键水解，对酯键两侧的基团要求不严格，对很多有机酸和醇（或酚）形成的酯键都能水解。

立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结构才能被催化这种异构性包括光学异构性和几何异构性 光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用例如精氨酸酶只水解L-精氨酸生成L-鸟氨酸和尿素，而对D-精氨酸没有作用 几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，-、-构型有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不起作用4.1 酶的命名和分类是根据酶催化的反应 将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型： 1. 氧化还原酶：催化氧化－还原反应其中的大多数酶称之脱氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶 2. 转移酶：催化基团转移反应其中许多转移酶需要辅酶通常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶 3. 水解酶：催化水解反应这是特殊的一类转移酶，水作为转移的基团的受体4. 裂合酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反应，或裂解，生成一个双键在裂解酶催化的可逆反应中，裂解酶催化一个底物加到第二个底物的一个双键处催化细胞内的加成反应的裂解酶常命名为合成酶 5. 异构酶：催化异构化反应。

这类反应是最简单的酶促反应，因为这些反应只有一个底物或一个产物 6. 连接酶：催化两个底物的连接反应或称之交联反应这类反应通常需要输入能量，例如腺苷三磷酸ATP连接酶也常称之合成酶4.2 比活是酶纯化程度的指标 酶活性也称为酶活力，是指酶催化指定化学反应的能力 酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示 比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化数据,4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡 一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示 E＋S＝ES＝E＋P 可以用相应反应历程图表示a.无酶催化的反应,b.酶催化的反应,无催化,催化,反应剂,产物,自 由 能,活化能,过渡态,自由能变化,自 由 能,纵坐标表示自由能（G），横坐标为反应过程从图中可以看到，S和P都含有一定的自由能，即处于称为基态的一种稳定的状态S和P之间的平衡反映了它们的基态自由能的差别，它们之间存在着象座“ 山 ” 的能障，反应的底物必须提高能量水平才能跨越能障 “ 山 ”顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可以转化为 S 或 P从反应物的基态到达过渡态所需要的能量称为反应的活化能S→P的活化能用ΔG0 S→P，P→S的活化能用ΔG0 P→S表示。

而ΔG0 代表由S到P的整个标准自由能变化一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降低酶分子一般都很大，但酶中真正起催化作用的部位只是酶分子中某一部位，该部位称为酶的活性部位，活性部位是酶结合和催化底物的场所 活性部位是一个三维空间结构；通常位于酶蛋白的两个结构域或亚基之间的裂隙，或位于蛋白质表面的凹槽 活性部位是多肽链折叠形成的一个特殊的空间结构，一些在氨基酸序列相距很远的氨基酸残基经折叠会靠近，有的就是活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用 对活性部位没有直接贡献的其它部位是形成和稳定酶天然结构所需要的当然酶的其它功能还包括调节功能和指导酶正确定向于细胞中的信号部分4.4 酶催化作用发生在活性部位,4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制 4.5.1 几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制 在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式 在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转移完成的酶利用在细胞接近中性pH条件下可以给出或接受质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸或强碱溶液的生物环境。

由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的pK值是6到7，所以它是一个在中性pH下用于质子转移的理想的基团天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催化剂，因为这些羧基解离的pKα值近似为4用B：表示一个碱，或一个质子受体，而用BH＋表示相应的共轭酸，一个质子的供体一个质子受体可以通过除去一个质子切断C-H键形成一个负碳离子也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个C-N键的断裂，通过B：在中性溶液中除去水分子的一个质子后产生的一个等价的OH－来完成4.5.2 许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化进行的 共价催化是第二种类型的化学催化模式，主要通过一个底物或底物的一部分与催化剂形成共价键催化基团的转移反应在酶作用下的共价催化中，一个底物的一部分首先转移到酶上，然后再转移到第二个底物上例如基团X从分子A-X转移到分子B上就是经共价ES复合物X-E，按如下两个步骤进行的 A-X＋E ＝ A＋X-E X-E＋B ＝ B-X＋E A-X ＝ B-X,4.5.3 底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用 1. 底物靠近和定向于酶的活性部位 显然活性部位处的底物浓度越高越有利于反应。

底物（也包括辅助因子）的敏感键逐渐靠近活性部位的催化基团，为的是定向于催化基团以便容易形成过渡态 2. 底物变形 许多活性部位开始与底物并不相适合，但为了结合底物酶的活性部位不得不变形（诱导契合）以适合底物一旦与底物结合，酶可以使底物变形，使得敏感键易于断裂和促使新键形成4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程,酶促反应动力学简称之酶动力学，主要研究酶促反应的速度以及其它因素，例如抑制剂等对反应速度的影响 在酶促反应中，如果底物的量远远超过酶量，则反应速度与酶浓度成正比酶浓度,反应速度,如果固定酶浓度，改变底物浓度，酶促反应的速度与底物浓度有什么样关系呢？ 在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应，反应速度与底物成直线关系 当底物浓度处于中间范围时，相对于底物的反应是混合级反应当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应过渡 在高浓度底物下，酶被底物饱和，反应相对于底物是零级反应反应速度与底物浓度无关酶被底物饱和时的速度称之最大反应速度Vmax， 当底物浓度[S]逐渐增大时，速度相对于[S]的曲线为一双曲线酶浓度固定，反应速度与底物浓度之间的关系,底物浓度,零级反应,一级反应,双曲线方程可以写成： Vmax[S] ＝—————— （4.2） Km＋[S] 该方程称为Michaelis-Menten方程（米氏方程），其中 Km 值称之米氏常数，Vmax是酶被底物饱和时的反应速度。

米氏常数Km是酶促反应速度为最大酶促反应速度值一半时的底物浓度这可通过用[S]取代米氏方程（4.2）中的Km证明，通过计算可得＝Vmax /2酶（E）催化底物（S）在酶活性部位裂隙中先形成一个酶-底物复合物（ES），底物与酶短暂反应转化为一个产物（P）的双分子反应起始时的反应可以写作（把酶看作一个反应分子）： k1 kcat E＋S → ES → E＋P （4.1） k－1 方程中的速度常数k1为 S 和 E 的结合常数，k－1是ES的解离常数kcat为第二步反应的速度常数，也称为催化常数（或转换数）由ES转换为游离的酶和产物的反应是用单箭头表示的这是因为在刚开始的时候，生成的产物非常少，所以可逆反应（ES → E＋S）可以忽略当底物浓度非常大时，反应速度接近于一个恒定值在曲线的这个区域，酶几乎被底物饱和，反应相对于底物S是个零级反应就是说再增加底物对反应速度没有什么影响 （饱和时）＝Vmax＝[E][S]0＝[E]total＝ cat[ES] （4.3） 速度常数等于催化常数 cat饱和时，所有的E都是以ES存在。

方程（4.3）中还有另一个简单的关系式： Vmax＝ cat [E]total 从中得出： cat＝Vmax / [E]total催化常数是Vmax除以起始的酶浓度[E]total或除以在饱和条件下每秒每摩尔酶催化下转化成产物的底物的摩尔数  cat的单位是s－1 cat的倒数是完成一个催化过程所需要的时间，所以催化常数可以衡量一个酶促反应的快慢4.6.1米氏方程的推导 假定存在一个时间周期，在此期间 S 结合 E的速度与 ES 解离的速度相同此时[ES]是个恒定值，因为 ES 解离为 E＋S 或 E＋P 的速度等于由 E＋S 形成 ES 的速度由E＋S 形成 ES的速度取决于游离酶的浓度，即等于[E]total－[ES]可写成： （－1＋ cat ）[ES]＝ 1（[E]total－[ES]）[S] （4.4） 整理方程，将速度常数集中在一边，并定义为米氏常数Km （－1＋ cat ） （[E]total－[ES]）[S] —————— ＝ Km ＝ ———————— （4.5）  1 [ES] 从方程（4.5）：Km[ES]＝（[E]total－[ES]）[S] [ES]（Km＋[S]）＝[E]total[S],[E]total[S] [ES]＝ ———— （4.6） Km＋[S] 由于酶促反应速度取决于ES转换为E＋P的速度。

＝ cat[ES] （4.7） 将方程（4.6）代入（4.7），  cat [E]total[S] ＝ —————— （4.8） Km＋[S] 因为 cat [E]total＝Vmax，代入方程（4.8），就得到了米氏方程 Vmax[S] ＝—————— （4.9） Km＋[S],（－1＋ cat ） —————— ＝ Km  1 如果 cat比 1或－1小得多， cat可以忽略，Km就变成了 －1 / 1 ，这是 ES 解离为E＋S的平衡常数 同样Michaelis和Menten假定ES与E＋S处于快速的平衡中， Km就是 ES 的解离常数因此 Km是 E 对 S 的亲和力的量度如果 Km的值越小，表明 E 与 S 结合的越紧密 如果一个酶可作用几个底物，例如己糖激酶对葡萄糖的Km值为1.。