酶与酶分子工程分解.ppt

酶与酶分子工程 酶 酶分子工程 酶是生物催化剂 酶的化学本质：绝大部分的酶是蛋白质，有些酶是核酸和酶蛋白组成的复合体，极少数酶是核酸。 端粒酶(telomerase) ，由结合蛋白、RNA和催化亚基3个部分组成 核酶(ribozyme)，具有酶催化活性的RNA 一、酶的化学本质与特性 第一节 酶 酶催化特性 酶促反应具有极高的效率 酶促反应具有高度特异性（专一性） 作用条件温和（酶易失活） 酶活力的可调节性 有些酶的活力与辅助因子有关 ： 酶催化和非酶催化的共同之处 1、降低反应所需的活化能 2、加快反应速度 3、不改变化学平衡 二、酶的结构与功能 （一）酶蛋白与辅酶 单纯酶：只含酶蛋白 对底物特异性较低，多由一条肽链组成 结合酶：酶蛋白+辅助因子=全酶 对底物的特异性较高，常由多条肽链组成 细胞内催化代谢反应的酶多数属于结合酶 辅酶（Co-enzyme）：与酶蛋白疏松结合的辅助因子； 辅基（prosthetic）：与酶蛋白紧密结合的辅助因子。 （二）必需基团和活性中心 组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基及某些氨基酸的羧基或氨基等 酶分子上必需基团比较集中并构成特定空间构型的区域，能与底物特异性地结合并将底物转化为产物，这一区域称为活性中心(active center)或活性部位(active site ） （三）无活性结构转变为活性结构—— 酶原的激活 胰蛋白酶原激活作用示意图 酶原在一定条件下，受特异因素或酶的作用，转化成有活性的酶，称为酶原的激活。 酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程 N端的一个6肽被水解切除 （四）同工酶 同工酶（isozyme）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。 生物进化的结果。 各型同工酶对同一代谢物起相同的反应，从而保证了不同器官有相同的代谢过程；又由于各型同工酶对同一反应的平衡点不同，从而保证了不同器官及同一器官有方向相反的同一反应。 乳酸脱氢酶是四聚体酶，该酶亚基有两型：骨骼肌型（M型）和心肌型（H型），这两型亚基以不同的比例组成五种同工酶（LD1～LD5）。心肌主要含LD1，催化乳酸氧化脱氢生成丙酮酸，与心肌能利用乳酸供能的代谢特点相适应；骨骼肌主要含LD5，它催化丙酮酸还原加氢成乳酸，也与骨骼肌在供氧不足时能依靠糖酵解供能相适应 三、酶催化作用的机制 （一）降低活化能 活化分子：所含能量已达到能参与反应的那些分子 活化能：使作用物分子由一般状态转化为活化状态所需的能量 化学反应能阈：使化学反应能够进行所必须达到的最低能量水平 （二）中间复合物的形成 在酶促反应中，底物首先和酶分子上的特殊部位即活性中心相结合，形成酶-底物中间复合物，此复合物再分解为产物和游离的酶。 （三）诱导契合假说 酶与底物之间的结合不是锁与钥匙式的机械关系，而是在酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合，这过程称为酶-底物结合的诱导契合假说(induced-fit hypothesis) 四、酶促反应动力学 酶促反应速率影响因素：酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等 在酶促反应中，能直接或间接地对酶的必需基团发挥作用，导致酶活性降低或消失的作用称为酶的抑制作用，具此作用的物质称为酶的抑制剂(inhibitor)。 细胞代谢物，外源物质 酶抑制作用两种主要类型： 不可逆的（irreversible） 可逆的（reversible） （一）不可逆性抑制作用 抑制剂不可逆地与酶结合，通常是与酶的某些必需基团以共价键连接，将必需基团进行化学修饰，从而引起酶活性的丧失。 Ser残基的-OH，Cys残基的-sH 化合物二异丙基氟磷酸(DIPF)是神经毒气的组分，在乙酰胆碱酯酶的活性部位与Ser残基作用，不可逆地抑制酶，阻滞神经冲动的传导 （二）可逆性抑制作用 抑制剂可逆地与酶结合，通常以非共价键与酶和(或)酶-底物复合物结合，使酶活性降低或丧失，采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去。 竞争性抑制作用 抑制剂与酶活性部位结合 非竞争性抑制作用 抑制剂与酶活性部位之外的必需基团结合 反竞争性抑制作用 抑制剂只与酶-底物复合物结合，而不与游离酶结合 五、酶活性调节 （一）别构调节(allosteric