《酶学基础三》PPT课件
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08-酶-3 PPT资料共48页
(1)含义和反应式 抑制剂I和底物S对游离酶E的结合有竞争作用，
互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I。 同样已结合抑制剂的EI复合体，不能再结合S。
抑制剂对酶活性的影响
（2）特点：
① 抑制剂I与底物S在化学结构上相似，能与 底物S竞争酶E分子活性中心的结合基团.
例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸 的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
激活剂
抑制剂对酶活性的影响
凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变 性的物质称为酶的抑制剂(inhibitor)。使 酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、 强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用分 为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。
抑制剂对酶活性的影响
（一）不可逆性抑制作用(irreversible inhibition)
抑制剂对酶活性的影响
②抑制程度取决于抑制剂与底物的浓度比、 〔ES〕和〔EI〕的相对稳定性；
③加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。
抑制剂对酶活性的影响
（3）竞争性抑制剂的动力学方程
k1 E+S ES
k3 E+P
E+I
k2
〔E〕〔S〕
由米氏方程得：Km＝
〔ES〕
ki EI
①
Ki＝
〔E〕〔I〕 〔EI〕
抑制剂对酶活性的影响
抑制剂对酶活性的影响
2.专一性不可逆抑制
此属抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需 基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机 磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸 残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱 酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，乙酰胆碱不能及时分 解成乙酸和胆碱，引起乙酰胆碱的积累，使一些以 乙酰胆碱为传导介质的神经系统处于过度兴奋状态， 引起神经中毒症状。解磷定等药物可与有机磷杀虫 剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。
互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I。 同样已结合抑制剂的EI复合体，不能再结合S。
抑制剂对酶活性的影响
（2）特点：
① 抑制剂I与底物S在化学结构上相似，能与 底物S竞争酶E分子活性中心的结合基团.
例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸 的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
激活剂
抑制剂对酶活性的影响
凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变 性的物质称为酶的抑制剂(inhibitor)。使 酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、 强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用分 为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。
抑制剂对酶活性的影响
（一）不可逆性抑制作用(irreversible inhibition)
抑制剂对酶活性的影响
②抑制程度取决于抑制剂与底物的浓度比、 〔ES〕和〔EI〕的相对稳定性；
③加大底物浓度，可使抑制作用减弱甚至消除。
抑制剂对酶活性的影响
（3）竞争性抑制剂的动力学方程
k1 E+S ES
k3 E+P
E+I
k2
〔E〕〔S〕
由米氏方程得：Km＝
〔ES〕
ki EI
①
Ki＝
〔E〕〔I〕 〔EI〕
抑制剂对酶活性的影响
抑制剂对酶活性的影响
2.专一性不可逆抑制
此属抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需 基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机 磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸 残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱 酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，乙酰胆碱不能及时分 解成乙酸和胆碱，引起乙酰胆碱的积累，使一些以 乙酰胆碱为传导介质的神经系统处于过度兴奋状态， 引起神经中毒症状。解磷定等药物可与有机磷杀虫 剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。
第3章酶ppt课件精品文档
Km的意义:
a) Km是酶的特征性常数之一； b) Km可近似表示酶对底物的亲和力； c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
酶的天然底物(最适底物)：Km值最小的底物
Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应
速率，与酶浓度成正比。 意义：Vmax=k3 [E]
如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转 换数(turnover number)，即动力学常数k3。
作用。
一、酶催化反应的特点（特性）
（一）酶的催化效率极高
酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍， 比一般催化剂高107～1013倍。
酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。
酶的催化不需要较高的反应温度。
（二）具有高度特异性 酶的特异性 (specificity)
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。
酶蛋白 + 辅助因子 = 全酶
只有全酶才有催化活性
2.结合酶各组分的功能：
决定反应的特异性及其催化机制
蛋白质部分：酶蛋白
结合酶（全酶) (holoenzyme)
辅助因子
小分子有机化合物 金属离子
决定反应的性 质和反应类型
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
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
常见： His—咪唑基；Ser—羟基；Cys—巯基;Glu—γ-羧基
（2）活性中心外的必需基团
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。
活性中心以外 的必需基团
酶(生物化学)PPT课件
详细描述
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
酶学PPT教学课件
酶的专一性
概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学 结构的特殊要求和选择
类别：绝对专一性和相对专一性
绝对专一性和相对专一性
绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格， 只作用于一种底物，不作用于其它任何物质，如脲酶仅 作用于尿素。
相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述绝 对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化 学键。
S E
S Et ES
k1 k2
ES k3 P E
ES
[ES]生成速度：v1 k1Et ES S ，[ES]分解速度： v2 k2ES k3ES
米
当酶反应体系处于恒态时： v1 v2
氏 方 程 的 推 导
即： k1Et ES S k2ES k3ES
Et
S ES ES
诱导契合学说(induced-fit hypothesis)：酶的活性中 心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶 蛋白构象发生变化，这样就使使酶活性中心有关基团 正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的结合 而催化反应进行。
酶专一性的“锁钥学说”
酶专一性的“诱导契合学说”
第四节 酶促反43;S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
二、酶的活性中心
1、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接
有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性 部位（active site），参与构成酶的活性中心和维持酶 的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
消化道蛋白酶作用的专一性
酶的化学本质及类别
酶学基础PPT学习教案
A+B+ATP
AB+ADP+Pi（或AB+AMP+PPi）
+ NH3 + ATP
L-谷氨酸
+ ADP + Pi
L-谷氨酰胺
第8页/共77页
❖核酸酶(Ribozyme)
核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够 催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应
第9页/共77页
二、酶的组成和结构特点
锁和钥匙模型 诱导锲合模型
广义的酸碱催化 共价催化 邻近效应及定向效应 变形或张力 酶的活性中心为疏水区域
第22页/共77页
第一节结束
点击返回
第23页/共77页
第二节 酶作为催化剂的显著特点
一、 催化效率高 二、反应条件温和 三、 专一性强 四、 酶活性的可调节性
第24页/共77页
一、催化效率高
2、抑制程度的表示（以反应速度的变化来表示）
✓ 相对活力分数（残余活力分数）
a=Vi/Vo （Vo：不加抑制剂；Vi：加入抑制剂后，下同） ✓ 相对活力百分数（残余活力百分数）
a%==Vi/Vo*100% ✓ 抑制分数
指被抑制而失去活力的分数 ✓ 抑制百分数
i=1-a=1-Vi/Vo
i%=(1-a)*100%==(1-Vi/Vo)*100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数
是由几种酶彼此嵌合形成的复合体，多种酶进行连续反应的体系 大部分酶为复合蛋白质，称“全酶”
全酶 ＝ 酶蛋白 ＋ 辅因子（无机、有机） 有机：辅酶－－与酶蛋白结合松散
辅基－－与酶蛋白结合紧密
第10页/共77页
三、酶的作用机制
1、酶的作用过程 2、酶与底物的结合模型 3、与酶的高效率有关的因素
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• 3、极端的pH、较高的温度和高盐浓度的反应体 系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活
性；
• 4、大量的氧化还原酶、转氨酶等需要等计量反 应物的辅因子存在才能表现催化活性，从而限制
了它们在许多有机合成反应中的应用；
• 5、酶通常在水溶液中实施其催化活性，对于大
多数有机化学反应来说，使用的溶剂是非水溶性
S
能 量 水 平
E+S
E1
ES
E2
所需的自
G
由能，单
位J/mol。
P+ E
反应过程
医学PPT
4
本 课 件 由 西 华 大 学 生 物 工 程 学 院 车 振 明 制 作
• 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底 物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键 和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间 物。
• 其结果使底物的价键状态发生形变或极 化，起到激活底物分子和降低过渡态活 化能作用。
2.酶活力的表示方法
活力单位：规定条件（最适条件）下
，一定时间内催化完成一定化学反应量所
需的酶量。
国际单位（U）:指在最适条件下，1分
钟内催化1微摩尔(umol)底物的酶量，或是
转化1微摩尔(umol)底物中的有关基团的酶
量。
1Kat = 6×107 U
Katal：指在最适条件下，每秒钟催化
1mol底物转化所需的酶量。简称Kat。
医学PPT
5
3、影响酶催化的有关因素
(1)底物与酶的靠近及定向 (2) “张力”和“形变” (3) 酸碱催化 (4) 共价催化 (5) 金属离子催化作用
医学PPT
6
3、影响酶催化的有关因素
(1)底物与酶的靠近及定向
• 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活 性中心，一方面底物在酶活性中心的有效 浓度大大增加，有利于提高反应速度；
3.活性中心
Ser195, His57, Asp102，构成一个氢键
体系, His57成为桥梁。
医学PPT
20
（二）作用机理 1.通过电荷转移，使Ser有更强的亲核力； 2. 放出产物P1,N末端； 3. 形成产物P2， C 末端；
底物 结合底物
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形 成 共 物价
复 21合
ES
His57 质子供体
2）亲电催化
亲电基团：Zn2+ 、Fe3+ 、Mg2+ 等
医学PPT
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医学PPT
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(5) 金属离子催化作用
提高水的亲核性能
• 金属离子可以和水分子的OH-结合，使 水显示出更大的亲核催化性能。
医学PPT
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电荷屏蔽作用
❖ 电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。 • 多种激酶(如磷酸转移酶)的底物是Mg2+-ATP复合
• 酶促反应：E + S === ES EP
E + P
• 反应方向, 即化学平衡方向,主要取决于反应自
由能变化H。
• 而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能
Ea。
• 催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到
提高反应速度的作用
医学PPT
3
活化能：
在一定温 度下， 1mol底物 全部进入 活化状态
入过渡态。
医学PPT
10
医学PPT
11
(3) 酸碱催化：
一般都是广义的酸－碱催化方式。
广义酸－碱催化是指通过质子酸提
供部分质子,或是通过质子碱接受部分
质子的作用，达到降低反应活化能的
过程。
+
-COOH3,,
-N -SHH,
-CO - O..2 ,, ---S N,H
+
OHHN NH
O- :N NH
• 另一方面，由于活性中心的立体结构和相 关基团的诱导和定向作用，使底物分子中 参与反应的基团相互接近，并被严格定向 定位，使酶促反应具有高效率和专一性特 点。
医学PPT
7
医学PPT
临近效应
8
医学PPT
定向效应
9
(2) “张力”和“形变”
底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变 化的酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力” 甚至“形变” ，从而促使酶－底物中间产物进
医学PPT
26
注意： 以上的酶单位定义中，如果底物（S） 有一个以上可被作用的化学键，则一 个酶单位表示1分钟使1μmol有关基 团转化的酶量。如果是两个相同的分 子参加反应，则每分钟催化2μmol底 物转化的酶量称为一个酶单位。 在“U”和“kat”酶活力单位的定 义和应用中，酶催化底物的分子量必 须是已知的，否则将无法计算。
物。
O
O
O
-O
POPO
-
-
O 2+ O
PO O-
CH2
O
A
Mg
H HH
H OH OH
医学PPT
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1.1.6.酶催化机理的实例
(一)E的特点
胰凝乳蛋白酶: (EC3.4.4.5)
1.241个AA残基组成，分子量25000
2.专一性
AA－AA－AA－AA1 AA2－AA－AA－AA
N端
芳香族AA
C端
广义氢的供体
医学PPT
广义氢的受体
12
组氨酸的咪唑基：
（1） pI值约为6.7-7.1，在接近中性的 条件下，一半以广义酸的形式存在，另 一半以广义碱的形式存在，因而它既能 作为质子供体，又能作为质子受体，有 效地进行酸碱催化。
（2）咪唑基供出和接受质子的速度很
快，其半衰期短，小于0.1毫微秒。所
以许多酶活性中心都有组氨酸残基。
医学PPT
13
酶分子中可作为酸碱催化的功能基团
医学PPT
14
(4) 共价催化
某些酶在催化过程中，能通过共价 键与底物结合成不稳定的酶-底物复 合物，这个中间产物很容易变成过渡 中间物，反应的活化能大大降低。
医学PPT
15
1）亲核催化
指酶分子中具有非共用电子对的 亲核基团攻击底物分子中具有部分正 电性的原子，并与之作用形成共价键 而产生不稳定的过渡态复合物，活化 能降低。
的有机溶剂。
医学PPT
24
1.3.酶活力的概念及其测定
（一）酶活力的概念及表示方法
1.概念： 检测酶含量及存在，很难直接用
酶的“量”（质量、体积、浓度）来 表示，而常用酶催化某一特定反应的 能力来表示酶量，即用酶的活力表示 。
酶催化一定化学反应的能力称酶活 力，酶活力通常以最医学适PPT 条件下酶所催25
酶学基础（三）
医学PPT
1
1.1.5 酶促反应的机制 1. 酶－底物复合物的形成
(1)中间产物学说：
E+S k1
ES k2
E+P
k-1
(2) 酶与底物结合特点：
1）可逆的、非共价的结合；
2）底物只与酶的活性中心结合；
3）酶与底物结合是通过一种
C-N键断裂
氨基产 物释放
R-NH2
医学PPT
水 亲 核 攻 击
22
羧基产 物释放
四面体中间 物的瓦解
H2O
医学PPT
胰凝乳蛋白 酶催化反应 的详细机制
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后续酶催化反应的某些缺点
1、 酶催化反应只能得到一种构型（L-型或D-型） 的光学产物；
• 2、酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反 应转化率降低，生产能力低等问题；