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第三章第一节酶生物合成的调节PPT课件

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生物化学 第三章 酶(共65张PPT)

生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
概念: 抑制剂和底物的结构相似，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，使酶的活性降低。
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、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。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax

酶合成的调节

酶合成的调节

酶合成的阻遏Enzyme Repression：
1.终产物的阻遏：(end product repression):（ 反馈阻
遏) 即在合成代谢中，终产物阻遏该途径 所有酶的合成。 为基因表达的控制 。 如：色氨酸(Try)合成的调控(正调节)
Figure 5. Genetic organization of the Trp operon and its control elements
P = Promoter specific nucleotide sequence on DNA to which RNA polymerase binds to initiate transcription. (The promoter site of the lac operon is further divided into two regions, an upstream region called the CAP site, and a downstream region consisting of the RNAp interaction site. The CAP site is involved in catabolite repression of the lac operon.). If the Repressor protein binds to the operator, RNAp is prevented from binding with the promoter and initiating transcription. Under these conditions the enzymes concerned with lactose utilization are not synthesized.

酶学与酶工程第三章酶生物合成学生

酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
要有黑曲霉、米曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。 黑曲霉：黑曲霉，半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，
丛梗孢科，曲霉属真菌中的一个常见种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
米曲霉：半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，从梗孢科， 曲霉属真菌中的一个常见种。米曲霉菌落生长快， 10d直径达5~6cm，质地疏松，初白色、黄色，后变 为褐色至淡绿褐色。背面无色。分生孢子头放射状， 一直径150~300μm，也有少数为疏松柱状。分生孢 子梗2mm左右。
链霉菌
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
3．酵母菌 酵母菌(yeast)是—类单细胞微生物，但不同于细菌，
属于真核微生物。
酿酒酵母 球拟酵母 假丝酵母
拟酵母
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
4. 霉菌 霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉菌主
二、产酶微生物的来源
1．土壤中的产酶微生物 2．水体中的产酶微生物 3．空气中的产酶微生物 4．极端环境中的产酶微生物
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
三、产酶微生物的分离和筛选
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
第三章 酶的生物合成
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
第一节 微生物发酵产酶
微生物发酵产酶的优点： 1）微生物种类繁多； 2) 微生物生长周期短，繁育快； 3) 微生物易改造，可通过多种手段育种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Sciences
一、产酶微生物的种类 用于酶的生产的细胞必须具备几个条件 (1)酶的产量高 (2) 容易培养和管理 (3) 产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染 (4) 利于酶的分离纯化 (5) 安全可靠，无毒性

第三章第一节酶生物合成的调节

第三章第一节酶生物合成的调节
(4) 各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作用。
转录过程的特点
1、转录的不对称性
反义链 antisense strand（无意义链，负链） 有义链 coding strand（编码链，正链）
2、转录所需酶
转录过程
• 起始位点的识别 recognition • 转录起始 initiation • 链的延伸 elongation • 转录终止 termination • 转录后加工 modification
• 阻遏型操纵子
– 无诱导物——正常表达 – 有诱导物——转录受阻
（2）原核生物中酶生物合成的调节机制
a.分解代谢物阻遏作用 b.酶生物合成的诱导作用 c.酶生物合成的反馈阻遏作用
a.分解实代质谢：物cA阻M遏P通作过用启动基因对 酶生物合成例物：合进葡成行萄糖调阻节遏β控-半制乳糖。苷酶的生
是指容易利用的碳源 经过分解代谢产生的 物质阻遏某些酶（主 要是诱导酶）生物合 成的现象。
• 以mRNA为模板,合成一定结构的多肽链的过程 (翻译)，就是将mRNA分子中的核苷酸排列顺 序转变成蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
蛋白质合成的几个要素-遗传密码， nucleotide triplet codon
• mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组成的三联体代表 某种氨基酸或其它信息，称为密码子或三联密码。
60年代中期，在操纵子中还发现了另一个开关基因，称为启动基因。启 动基因位于操纵基因之前，二者紧密相邻。启动基因由环腺苷酸（cAMP）启 动，而环腺苷酸能被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖便通过抑制环腺苷酸而间 接抑制启动基因，使结构基因失活，停止合成半乳糖苷酶。
由此可知，结构基因同时受两个开关基因——操纵基因与启动基因的调 控。只有当这两个开关都处于开启状态时，结构基因才能活化。当培养基中 同时存在葡萄糖和乳糖时，葡萄糖通过抑制环腺苷酸而间接抑制启动基因， 并进而抑制结构基因，使细菌不产生半乳糖苷酶。这种情况下，细菌便会自 动优先利用葡萄糖，因为葡萄糖果是比乳糖更好的能源。

《酶生物合成的调节》课件

《酶生物合成的调节》课件
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01.
02.
03.
04.
05.
06.
酶具有高效性、专一性和稳 定性等特点
酶是一种生物催化剂，能够 加速生物化学反应的速度
酶在生物体内参与各种代谢过 程，如糖代谢、脂质代谢、蛋
白质代谢等
酶的缺乏或异常会导致代谢 紊乱和疾病发生
转录： DNA模板 链被RNA 聚合酶识 别并转录 成mRNA
酶生物合成调节在药物筛选 中的应用
酶生物合成调节在药物研发 中的作用
酶生物合成调节在药物合成 中的应用
酶生物合成调节在药物代谢 中的应用
酶生物合成调节 在生物制药中的 应用
酶生物合成调节 在生物能源中的 应用
酶生物合成调节 在生物环保中的 应用
酶生物合成调节 在生物农业中的 应用
农业：提高作物产量，改善作物品质 工业：提高生产效率，降低生产成本 环保：减少污染，降低能耗 医药：开发新药，提高药物疗效
翻译效率可以通过翻译起始、延伸和终止来调节
蛋白质稳定性可以通过蛋白质的降解和合成来调节
翻译水平调节在细胞内具有广泛的应用，如细胞分化、细胞周期和应激 反应等
转录后修饰：在 mRNA转录后进行 的修饰，如5'端加 帽、3'端加尾等
修饰类型：包括甲 基化、乙酰化、磷 酸化、泛素化等
பைடு நூலகம்
修饰作用：影响 mRNA的稳定性、 翻译效率和蛋白质 的活性
免疫球蛋白的合成调节实例： 抗体的产生、免疫应答等
基因克隆：通过 PCR技术将目标基 因克隆到载体中
基因表达分析：通 过RT-PCR、 Western blot等技 术分析基因表达情 况
蛋白质纯化：通过 亲和层析、离子交 换等技术纯化目标 蛋白质

生物化学 酶PPT

生物化学 酶PPT

1980s，Thomas R. Cech和Sidney Altman分别在四膜 虫的RNA前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中 发现：RNA具有催化作用，并提出了核酶的概念。
1994年，Gerald.F.Joyce等发现了具有催化活性的 DNA（为人工合成），称为脱氧核酶。
1989年度 诺贝尔化学奖
按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为： ① 辅酶(Coenzyme)：
与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤方法除去。
② 辅基(Prosthetic group)：
与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤法除去。
三、维生素与辅助因子
1. 定义：维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代 谢所必需的营养物质，人体的需要量极小（常以毫克 或微克计），但在体内不能合成或合成量很少，必须 由食物供给的一类小分子有机化合物。
组成的多酶复合物。 • 多功能酶：指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或 串联酶。
二、酶的分子组成
按照分子组成分为两种： 单纯酶：指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。
蛋白质部分：酶蛋白
结合酶
apoenzyme
非蛋白质部分：辅助因子 cofactor
尼克酸, NAD+; 尼克酰胺 NADP+
多种脱氢酶的辅酶(传递氢)
VitB6
吡哆醇 吡哆醛
磷酸吡哆醛 氨基酸脱羧酶和转氨酶的辅基
磷酸吡哆胺
吡哆胺
泛酸 遍多酸 CoA
酰基转移酶的辅酶
生物素 VitH 生物素 羧化酶的辅基
叶酸
FH4
一碳单位转移酶的辅酶
VitB12 钴胺素 甲钴胺素 甲基转移酶的辅酶

酶生物合成的调节

酶生物合成的调节

第三节酶生物合成的调节一、原核生物细胞中酶生物合成的调节二、真核细胞中酶生物合成的调节知识点Review生物中心法则与酶生物合成的关系酶的调节控制转录水平的调控转录产物的加工翻译水平的调节翻译产物的加工调节酶降解的调节细胞内组成型酶和调节型酶组成型合成蛋白质适应型或调节型蛋白质1 组成型酶：(constitutive)每一个生物细胞都可以在一定的条件下，合成几千种酶：有的酶在细胞中的量比较恒定，环境因素对这些酶的合成速率影响不大，这类酶称为~例：DNA聚合酶、RNA聚合酶等。

2 调节型酶：酶在细胞中含量变化较大，即其合成速率明显受到环境因素影响,这类酶称为~例：半乳糖苷酶一、原核生物细胞中酶生物合成的调节•原核基因组的一个典型特征：绝大多数的基因都按照功能的相关性组成基因群首尾连接。

•原核生物中酶生物合成的调节主要是转录水平的调节（transcriptional regulation）。

原核生物细胞转录水平的调节模式1.分解代谢物的阻遏作用2.酶生物合成的诱导作用3.酶生物合成的反馈阻遏作用分解代谢物阻遏作用是指某些物质(主要是指容易利用碳源)经过分解代谢产生的如解代谢物阻遏某些酶(主要是诱导酶)生物合成现象。

(一)分解代谢物的阻遏作用结果：cAMP-CAP复合物浓度随之降低，而启动基因上存在cAMP-CAP复合物的结合位点，这样在低浓度时，会影响到RNA聚合酶与启动子的结合。

酶的生物合成受到阻遏。

(二)酶生物合成的诱导作用Lactose operon操纵子（operon）•Jacob和Monod根据对lac Z,Y,A基因突变体的研究,于1961年提出了操纵子学说。

•其要点是:一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵位点组成一个转录单元。

这个单元就称其为操纵子。

调节基因产生的阻遏蛋白与操纵位点结合从而阻碍了结构基因转录成为mRNA;而诱导物又可以与阻遏蛋白相结合从而阻止阻遏蛋白与操作子的结合。

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3、蛋白质的合成(翻译)-Translation
翻译: 以RNA中mRNA为模板,按照其 核苷酸顺序所组成的密码指 导蛋白质的合成的过程.
SOD - blood Papain-Papaya Chymotrypsin-Pancrea …… organ/tissue/cell
Amylase from Bacillus Protease from Bacillus Phosphatase from Bacillus Glucoamylase from Aspergillus …… Plant cell culture Animal cell culture
• 优点：设备简单，操作方便。麸曲中酶的 浓度特别高，特别适用于各种霉菌的培养 和发酵产物。
• 缺点：劳动强度大，原料利用率低，生产 周期长。
2、液体深层发酵
• 将液体培养基置于生物反应器中，经过灭 菌、冷却后，接种产酶细胞，在一定的条 件下进行发酵，生产得到所需酶。
• 优点：机械化程度较高，技术管理较严格， 酶的产率较高，质量较稳定，产品回收率 较高。是目前酶发酵生产的主要方式。
人工操作，利用微生物的生命活动获
得所需的酶的技术过程。
细胞 培养 方式 不同
液体 深层 培养 发酵
固体 培养 发酵
固定化 细1、固体培养发酵
• 培养基以麸皮、米糠等为主要原料，加入 其他必要的营养成分，制成固体或半固体 的曲麸，经过灭菌、冷却后，接种产酶微 生物菌株，在一定条件下进行发酵，以获 得所需的酶。
tRNA作为氨基酸载体，并由其上的反密码子识别mRNA分子 上的密码子；
mRNA作为蛋白质合成的模板，由其分子上的三联体密码控 制蛋白质分子中氨基酸的排列顺序；
rRNA与蛋白质一起组成核糖核蛋白体（核糖体），作为蛋白 质生物合成的场所。
(3) 某些RNA具有生物催化活性，属于核酸类酶，在一定条件下， 可以催化有关的生化反应。
mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。
• Reverse translation 逆转录：以RNA为模板，在逆
转录酶的作用下，生成DNA的过程。
2、RNA的生物合成(转录)- Transcription
细胞内RNA的生物功能
(1) 在某些RNA病毒中，其所含的双链RNA作为遗传信息的载体。 (2) 在蛋白质的生物合成过程中，各种RNA起着重要的作用。
Few example
一、提取分离法
• 酶的提取：在一定的条件下，用适当的溶剂处 理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程。
• 主要提取方法：
– 盐溶液提取 – 酸溶液提取 – 碱溶液提取 – 有机溶剂提取等
注意选择适当 的溶剂！！！
• 优点：提取方法简单方便 • 缺点：
– 必须先获得含酶组织或细胞 – 受气候环境影响 – 若培养细胞则工艺路线变复杂 – 产品含杂质较多，分离纯化较困难
Reverse transcription
• Replication 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作
用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。
• Transcription 转录：以DNA为模板，按照碱基配对
原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA 链互补的RNA的过程。
• Translation 翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将
生成酶与启动子复合物
模板DNA 局部变性
DNA双螺旋部分解链
转录开始
σ因子释放
转录延伸
σ因子释放 核心酶移动 DNA双链解旋
核糖核苷酸互补 DNA双链重新缠绕
RNA链合成的终止
• RNA聚合酶到达终止密码子，RNA与酶从 DNA上脱离，RNA链合成终止
RNA前体的加工
剪切反应 剪接反应 末端连接反应 核苷修饰反应
• 优点：
– 生产周期短 – 酶的产率较高 – 不受资源限制
• 缺点：对发酵设备和工艺条件要求较高
三、化学合成法
是一种新兴技术
• 局限性
– 单体底物要求纯度高 – 成本高昂 – 只能合成已经清楚化学结构的酶
化学合成法新进展
• 模拟酶
第一节 酶生物合成过程及调节
1、中心法则-Central Dogma
适用范围
• 在动植物资源丰富的地区 • 从动物胰脏中提取各种胰蛋白酶，小肠中
提取碱性磷酸酶
二、生物合成法（发酵法）
• 利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的 生命活动而获得人们所需酶的技术。
依细胞 种类不同
微生物 植物细胞 动物细胞 发酵产酶 培养产酶 培养产酶
• 酶的发酵生产：经过预先设计，通过
(4) 各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作用。
转录过程的特点
1、转录的不对称性
反义链 antisense strand（无意义链，负链） 有义链 coding strand（编码链，正链）
2、转录所需酶
转录过程
• 起始位点的识别 recognition • 转录起始 initiation • 链的延伸 elongation • 转录终止 termination • 转录后加工 modification
Enzyme assembly,
promoter recognition, activator binding
Possible catalytic subunits
36.5 kDa
Role unknown (not needed in vitro)
151 155 11 kDa
Promoter specificity
Chapter 3 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
微生物发酵产酶
酶的生产：指通过各
种方法获得人们所需 酶的生产方法
的酶的技术过程
提取分离法 (Extraction)
生物合成法
化学合成法
(Biosynthesis) (chemicalsynthesis)
(32-90 kDa)
The E. coli RNA polymerase holoenzyme consists of six subunits: a2bb’ s.
转录的起始
全酶的形成 酶与模板结合
核心酶与σ因子结合成全酶
全酶与DNA模板结合生成不稳定复 合物，沿模板移动寻找到启动子
酶与启动子结合