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第3章酶 生物催化剂在生命活动中重要性 酶/生物催化剂的概念和化学本质 生物催化剂：是生物体内具有催化活性的物质。 酶：是指由活细胞产生的具有催化活性的蛋白质。 酶/生物催化剂的重要性 是生物体能够进行物质代谢，维持生命活动的必要条件 是许多疾病的发病机制和治疗的药理学基础 酶学研究简史 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1878年，Kühne首次提出Enzyme一词。 1897年，Eduard Buchner用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶 。 1982年，Cech首次发现RNA也有催化活性，提出核酶概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。 第一节酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme 酶的不同形式 单体酶：仅具有三级结构的酶。 寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。 多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。 多功能酶或串联酶：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。 一、酶的分子组成中常含有辅助因子 结合酶 (conjugated enzyme) 全酶分子中各部分在催化反应中的作用: 酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质 金属离子是最多见的辅助因子 小分子有机化合物 二、酶的活性中心 活性中心内的必需基团 三、同工酶 第二节 酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action 在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应； 只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。 （一）酶促反应具有极高的效率 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。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。 酶的特异性可大致分为以下3种类型： 绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。 相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立体异构体中的一种。 二、酶促反应的机制 诱导契合作用使酶与底物密切结合 2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心 第三节 酶促反应动力学 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 概念 研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。 影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。 一、底物浓度对酶促反应速度的影响 1.单底物、单产物反应； 2.酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示； 3.反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速率 4.底物浓度远远大于酶浓度。 中间产物 米－曼氏方程式推导过程： 稳态：ES的生成速率 = ES的分解速率 （二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数 Km值的推导 Km与Vmax的意义 Km与Vmax的意义 定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。 意义： 1. Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关。 2. Km可近似表示酶对底物的亲和力； 3. 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 Vmax 1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法 二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系 在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。 当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。 关系式为：V = k3 [E] 三、温度对反应速率的影响具有双重性 温度对酶促反应速率具有双重影响。 酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimum temperature)。 温度对淀粉酶活性的影响 酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。 酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。 四、pH 酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反