生物化学PPT课件：酶

发展史
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立 酶是蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化 活性的天然RNA—Ribozyme。
酶催化进行的反应——酶促反应 底物、产物(P50)
能 量 水 平
E1
ES
E2
E+S
G
途径进行，降低反应所
需活化能，所以能加快 反应速度。
P+ E
反应过程
中间产（络合）物学说
• 第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合 物。当底物分子在酶作用下发生化学变化 后，中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S P + E • 许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E －S复合物形成的速率与酶和底物的性质有 关。 • （中间产物很不稳定，存在时间非常短暂）
酶专一性的“诱导契合学说”
三、 酶高效催化的因素
(1)临近效应、定向效应： 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； 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。 (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－底物中间产物进入过渡态。
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
胰凝乳 蛋白酶
胃蛋白酶
弹性蛋白酶 胰蛋白酶

相对专一性
酶的专一性
结构专一性
（表6-3）
绝对专一性
立体异构专一性
7
相对专一性（relative specificity）
①族专一性（基团专一性） A — B 作用于一类或一些结构很相似的底物。
②键专一性 CAH2—OHB
α-葡萄糖
5
OH
苷酶
OHO
O
1
O
R
+H2O
OH
酯酶：R—C—O—R′ + H2O
脂肪（：水）水解酶
16
（二）酶的命名
2、惯用名： 通常只取一个较重要的底物名称和作用方式。
乳酸：NAD+氧化还原酶
乳酸脱氢酶
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类 型。如水解蛋白的酶称蛋白酶，水解淀粉的酶叫？？
有时为了区分同一类酶还在前面加上来源。 如胃 蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等
17
氧转水 裂异合
12
（一）酶的分类：
1. 氧化还原酶：催化氧化还原反应的酶。
AH2 + B
A + BH2
（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
（2）氧化酶类 ①催化底物脱氢，氧化生成H2O2： ②催化底物脱氢，氧化生成H2O：
（3）过氧化物酶
（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）
13
（一）酶的分类
1个 Fe3+ 每秒能催化6×10-4个 H2O2的分解
同一反应，酶催化反应的速度比一般催化剂的反应
速度要大106～1013倍(表6-1）。
6
2．酶的特性：——生物催化剂
（1）催化效率极高
（2）高度的专一性：
酶对底物具有严格的选择性称为酶的专一（特异）性。 如：蛋白酶只能催化蛋白质的水解，酯酶？？ 淀粉酶？？

三、调节酶
调节酶
变构酶
➢ 某些物质结合酶活 性中心外的部位
➢ 酶的构象发生改变
➢ 酶的活性发生改变
共价修饰酶
➢ 需要其他酶的催化
➢ 某些化学基团可逆 结合酶
➢ 酶的活性发生改变
（一）变构酶
变构调节：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，改变酶 的催化活性的调节方式
指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。 如Ser的羟基，His的咪唑基，Cys的巯 基，Asp、Glu的侧链羧基等
活性中心与必需基团有什么关系呢？
活性中心外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团
活性中心
必需基团
活性中心内 的必需基团
结合基团（与底物相结合） 催化基团（催化底物变成产物）
➢米氏常数（Km）
Km：当酶反应速度达到最大反
应速度的一半时的底物浓度，单
位mol/L。即：
v Vmax 2
, Km
S
Km
酶反应速度与底物浓度的关系曲线
意义： (1)Km是酶的特征性常数之一；
Km 只与酶的性质有关, 与酶的浓度无关 (2)Km可近似表示酶对底物的亲和力（反比） (3)同一酶对于不同底物有不同的Km值。
已 糖 激 酶 的 活 性 中 心
酶活性中心的特点
在酶分子整个体积中只占很小的一部分 是一个三维实体，是酶分子表面的一个裂隙 或裂缝 底物通过较弱的键结合到酶分子上形成酶和 底物的复合物（ES）(有利于产物形成)。 活性中心有结合底物的专一性,酶活性中心具 有柔性或可运动性
（二）酶的分子结构
2、必需基团(essential group)

H3C N
(pyridoxal)
H3C
N
吡哆醇 (pyridoxol)
CH2NH2
HO
CH2OH
H3C
N
吡哆胺 (pyridoxamine)
CHO
HO
CH2O— P 〔磷酸吡哆醛， PLP〕
H3C
N
吡哆醇氧化酶
吡哆醇
吡哆胺转氨酶
吡哆醛
吡哆胺
ATP
AD磷P酸吡哆醇
磷酸吡哆醇 氧化酶
ATP
激酶
ADP
磷酸吡哆醛
第一节 概述
酶
活细胞生成的、对其特异底物起高效
催化作用的蛋白质.
生物催化剂、调节剂(化学反应、代谢途 径、生物功能)、治疗剂(疾病)
功能异常即患病
酶的化学本质
大多数酶是蛋白质
1926年James.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为
蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。
酶是蛋白质的证据
ATP
磷酸吡哆胺转
ADP
氨酶
磷酸吡哆胺
功能：
作为辅酶参加多种代谢反响，包括脱羧、转 氨、氨基酸内消旋、Trp代谢〔包括Trp→ nicotinamide〕、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基 酸的代谢和氨基酸的脱水等。
缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害。
(六) 生物素
生物素〔维生素B7〕为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊 烷环结合而成，并有一个C5酸支链。
无催化剂时:
Eact = 18000卡/mol
胶态靶催化:
Eact = 11700卡/mol
H2O2催化:
Eact = 2000卡/mol
从1800卡/mol↘

2021/7/24
9
酶的专一性
是指酶对参与反应的底物有严格的选择性，即一种酶仅能作用于一 种底物，或一类分子结构相似的底物，发生某种特定类型的化学反 应，产生特定的产物。
专一性一般有四种类型：
（1）绝对专一性
是指一种酶仅催化一个特定的反应。例如，脲酶只能催化尿素的水 解反应；
（2）基团专一性
是指一种酶只作用于含有特定官能团的分子。如磷酸酶只水解特定 底物分子上的磷酸基团；
2021/7/24
12
2021/7/24
胰凝乳蛋白酶的活性中心
13
解释酶专一性的三种模型： （1）锁与钥匙学说
（2）诱导契合学说 （3）“三点附着”模型
2021/7/24
14
2021/7/24
“锁与钥匙”模型
15
2021/7/24
“诱导契合”模型
16
2021/7/24
己糖激酶的诱导契合
17
病毒性肝炎——谷丙转氨酶 心肌梗塞——谷草转氨酶、肌酸激酶、LDH（H4） 急性胰腺炎——淀粉酶、脂肪酶
2021/7/24
22
酶的分类及其实例
2021/7/24
23
个人观点供参考，欢迎讨论
第八章 酶学概论
2021/7/24
1
提纲
一． 酶的化学本质 二． 酶的催化性质
1. 酶与非酶催化剂的共同性质 2. 酶催化的特有性质
三. 酶的分类和命名
2021/7/24
2
酶的定义
酶就是由细胞合成的，在机体内行使催化功能 的生物催化剂。
没有酶的反应
2021/7/24
有酶催化的反应
3
酶的化学本质
2021/7/24

辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系
辅助成分 作 用 维生素组分 核苷酸组 分
NAD+（辅酶Ⅰ）
NADP+（辅酶Ⅱ） CoA-SH（辅酶A） FH4（四氢叶酸） 磷酸吡哆醛/胺
焦磷酸硫胺素TPP 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
递氢（脱氢酶）
转移酰基 转移一碳单位 转移氨基（转 氨酶）、羧基 （脱羧酶） 转移醛基
第四章 酶与生物催化剂
第一节 概 述
主要内容：介绍酶的概念、作用 特点和分类、命名，讨论酶的结 构特征和催化功能以及酶专一性 及高效催化的策略，进而讨论影 响酶作用的主要因素。对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生 物催化剂。 定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可 缺少的受多种因素调节控制的具有催化 能力的生物催化剂。 酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力 学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应 到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3.通过降低活化能加快化学反应速度。
第四节 反应动力学
底物浓度的影响 酶浓度的影响 温度、pH的影响 抑制剂、激活剂的影响
一、底物浓度的影响
1、一种现象：酶被底物饱和 2、一种假说：酶-底物复合物中间产物学说 3、米氏方程：
V m a x [S ] V= K m + [S]
（1）v-[S]曲线：近似双曲线 （2）[s]<<Km([S]很小时)，v与[s]成正比
二、共价调节酶 三、酶原(zymogen；proenzyme)激活
无活性的酶前体转变为有活性的酶的过程
四、同工酶(isoenzyme)
同工酶：分子结构、理化性质、免疫特性等 不同，但可以催化相同的化学反应的一组酶。
【经典举例】乳酸脱氢酶：由四个亚基组成，亚

NAD+ (烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) 和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅 酶II )是维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要 脱氢酶的辅酶。
NH2
CONH2 O- O- N
N+ O
CH2OPOPOCH2
N O
OO
N N
OH OH
OH OH(OPO3H2)
⑤ 维生素B6和磷酸吡哆醛 维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。
(2)传递氢（递氢体）：如 硫辛酸；
FMN/FAD、NAD/NADP、C0Q、
(3)传递酰基体：如 C0A、TPP、硫辛酸； (4)传递一碳基团：如 四氢叶酸；
(5)传递磷酸基：如 ATP，GTP；
(6)其它作用： 转氨基，如 VB6 ；传递CO2，如 生物素。
维生素和辅酶
维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类小分子 有机物质。
NH2 N
ClCH2 N+
H3C N
S
CH3 CH2CH2 OH
焦磷酸硫胺素(TPP)是脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸或α–酮
戊二酸的氧化脱羧反应，所以又称为羧化辅酶。
NH2 N
ClCH2 N+
H3C N
S
CH3
OO
CH2CH2 O P O P OH
OH OH
② 维生素B2和黄素辅酶 维生素B2又称核黄素，由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪
(1)活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间 局限（部位）。
结合部位(Binding site)：酶分子中与底 物结合的部位或区域
一般称为结合部位。
催化部位(Catalytic site): 酶分子中促使底物发生化 学变化的部位称为催化部 位。

一个酶的活性中心不是一 个点、一条线或一个面， 而是一个空间部位。 酶活性中心的氨基酸残基 在一级结构上可以相距较 远，但通过肽键的盘绕折 叠，在空间结构中都处于 邻近位置。
酶活性中心的必需基团
酶活性中心含有多种不同的基团，其中 一些基团是酶的催化活性必需的，称为 必需基团。 在酶的催化过程中，这些必需基团与底 物分子通过非共价力等方式，起催化作 用。
按照酶活性部位的功能，分为
1.结合部位：是活性中心，决定酶的专一性 结合部位在空间形状和氨基酸残基组成上有利于与底物形 成复合物使参加化学变化的反应基团相互接近并定向。 2.催化部位：是活性中心，决定酶的催化能力 酶的催化部位与结合部位重叠或者靠近。催化部位含有多 种具有活性侧链的氨基酸残基，如Ser,His,Asp,Cys等，及 辅酶和金属离子。作用是使底物的价键发生形变或极化， 降低过渡态活化能。 3.调控部位：不是酶的活性中心，调控部位的作用是调节 酶促反应的速率或方向。可以与底物以外的分子发生某种 程度的结合，引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或 抑制作用。
米氏常数Km
Km=(k2+k3)/k1
Vmax [S] v K m [S]
当反应速率等于最大速率一半时，即v=1/2vmax 米氏方程可以表示为Km=[S]，Km的物理意义 是当酶促反应初速度达到最大反应速率一半时 的底物浓度，单位为浓度单位.
米氏常数Km是酶学研究中的重要数据
1. 不同的酶具有不同的Km值，它是酶的一个重 要的物理常数。只与酶的性质有关，与酶的浓度 无关。 可以用来鉴别酶。
酶活力
即酶活性，指酶催化某一化学反应的能 力
酶活力的大小可以用在一定条件下所催 化的某一化学反应的反应速率来表示.
单位时间内底物的减少量或产物的增加量

操作项目ph68磷酸缓冲液ml050505唾液淀粉酶溶液ml37沸水3ph对唾液淀粉酶活性的影响操作摇匀置37水浴中反应每隔1分钟从第2号管中取出1滴反应液于白瓷板上加碘液检查反应进行情况直至反应液不再变色即可停止反应取出所有试管
动物生物化学实验
实验四 影响酶活性的因素
1
一、实验目的
通过对唾液淀粉酶活性的观察，验证 温度、pH、激活剂、抑制剂等对酶活性 的影响。
9
4.激活剂和抑制剂对唾液淀粉酶活性的影响
取试管3支，按下表操作
操作
管号
1
23Βιβλιοθήκη 1% NaCl(ml)1
0
0
1% CuSO4(ml)
0
1
0
蒸馏水(ml)
0
0
1
唾液淀粉酶溶液(ml)
1
1
1
1%淀粉溶液(ml)
1
1
1
摇匀，37℃水浴反应1min左右即可用碘液检查1号试管淀粉水 解程度，待1号试管的反应液不再变色时取出所有试管。分别向各 管滴加1滴碘液，观察比较各管颜色深浅，并解释。
1% NaCl
5
2. 器材
恒温水浴锅 电炉 白瓷板
6
四、实验操作
1. 唾液淀粉酶的制备
取干净的水杯，盛上蒸馏水。 用蒸馏水漱口。 口含约20ml蒸馏水，1-2分钟后，吐入一干净烧 杯中，棉花过滤。
7
2. 温度对唾液淀粉酶活力的影响
取3支试管，按下表操作：
操作项目
1%淀粉溶液(ml) pH6.8磷酸缓冲液(ml) 唾液淀粉酶溶液(ml)
10
五、实验结果
1. 根据实验结果，说明各种因素对唾液淀 粉酶活性的影响情况。
2. 结合课堂讲授理论，解释之。

态，要么都是T态。 在溶液中，两种构象可以相互转变，并处于动态的平衡中，
但转变的方式为齐变，即构成它们的亚基要么一齐从R态变成 T态，要么一齐从T态变成R态。
序变模型
该模型认为同一个酶分子既有R亚基，又有T亚基，也就是 溶液中的R态酶（R4）和T态酶（T4）之间存在多种混合 体（R3T1、R2T2、R1T3），各种状态的酶处于动态平衡 之中。
解释别构酶别构效应和与底物 结合的协同效应的两个模型
齐变模型（MWC模型） 序变模型（KNF模型）
齐变模型
该模型认为构成别构酶的亚基能够以两种不同的构象形式存在，
一种构象为R态，另外一种构象为T态。在一个特定的酶分 子内部，构成亚基之间的相互作用致使每一个酶分子的 每一个亚基在某一个时候采取同一种构象，即要么都是R
某些凝血因子的水解激活
调节蛋白的激活或抑制
某些蛋白质能够作为配体与特定的酶结合而调节被 结合酶的活性，这些调节酶活性的蛋白质称为调节 蛋白，其中，激活酶活性的调节蛋白称为激活蛋白 ，抑制酶活性的蛋白称为抑制蛋白。抑制蛋白通常 结合在酶的活性中心阻止底物与活性中心结合而达 到抑制的效果。
蛋白酶与蛋白酶抑制剂
别构调节最多出现在代谢途径中的反馈抑制（feedback inhibition），有时候还有
前馈激活（feed-forward activation）和底物激活（substrate activation）。
酶活性的反馈抑制
别构调节最多出现在 代谢途径中的反馈抑 制，它是指一条代谢 途径（通常是合成代 谢途径）的终产物作 为别构抑制剂抑制代 谢途径前面限速酶的 活性，因此也被称为 终产物抑制。
各种CDK与其周期蛋白搭档
抑制蛋白对酶活性的抑制
吸烟对α1-抗胰蛋白酶的损伤