04酶与生物催化剂..ppt

第三章 酶与生物催化剂 刘新文 北京大学医学部生化与分子生物学系 第一节 一般概述 酶的化学本质：蛋白质 酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。 目前将生物催化剂分为两类： 酶 、 非酶生物催化剂 （核酶，脱氧核酶等） 第二节 酶分子的结构特点 一、分子组成 1、酶的分类 单体酶：只有一条多肽链 寡聚酶：具有多条多肽链 多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生物催化活性，由多酶体系在进化中基因融合形成 单纯酶、结合酶 酶蛋白 (apoenzyme) ：多肽；决定特异性、高效性 辅助因子(cofactor)：非蛋白组分；递氢、电子、基团；决定反应类型、性质 全酶 (holoenzyme) 2、结合酶的组成成分 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合牢固，不能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子 辅酶(coenzyme): ：与酶蛋白结合不牢固，能用透析等简单方法与酶蛋白分离的有机小分子。 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） 递氢（脱氢酶） 尼克酰胺（Vpp, B5） AMP NADP+（辅酶Ⅱ） CoA-SH（辅酶A） 转移酰基 泛酸（B3） FH4（四氢叶酸） 转移一碳单位 叶酸（B11） 磷酸吡哆醛/胺 转移氨基（转氨酶）、羧基（脱羧酶） 吡哆醛/胺（B6） 焦磷酸硫胺素TPP 转移醛基 硫胺素（B1） 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD 递氢（脱氢酶） 核黄素（B2） AMP FMN（黄素单核苷酸） 二、活性中心(active site) 必需基团：活性中心的必需基团、活性中心以外的必需基团 活性中心：底物结合部位＋催化部位 活性中心是酶与底物结合并表现催化作用的空间区域，大多由肽链上远隔的氨基酸残基提供必需基团，经肽链盘绕折叠，使之在三维空间相互接近，构成特定的空间构象，起催化中心作用。在结合酶中，辅基与辅酶也参与活性中心的组成。 三、空间结构的灵活性与调节酶 1、别构酶与别构调节 2、共价调节酶与化学修饰调节 3、同工酶（isoenzyme） 4、酶原激活 第三节 酶促反应的特点及机理 二、酶促反应的特点 1、高效：降低活化能 2、特异：绝对特异、相对特异、立体异构特异 3、易失活 4、受调控 5、活力常与辅助成分有关 一、一般催化剂的共性 三、酶促反应的机制 1、特异性和灵活性的机理 （1）诱导契合形成酶-底物复合物：相互诱导、形变 （2）邻近效应及定向排列 （3）多元催化：酸碱催化、共价催化（亲核、亲电子攻击） （4）表面效应（低价电区域）：排除水分子干扰 2、高效性的机理 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： （1）v-[S]曲线：近似双曲线 （2）[s]Km([S]很小时)，v与[s]成正比 （3）[s]Km([S]很大时)，v＝Vm，酶被底物饱和 米氏常数Km： 酶的特征性常数； 物理意义：反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度； 近似等于酶-底物复合物的解离常数； 可用作酶与底物亲和能力的度量指标：Km越大、亲和力越小；Km越小、亲和力越大 （4）v＝(1/2)Vm时，[s]＝Km 二、酶浓度的影响：正比 三、温度影响：最适温度 四、pH值影响：最适pH 五、抑制剂影响 竞争性抑制：丙二酸；磺胺药，等 1、不可逆抑制剂 2、可逆抑制剂 非竞争性抑制 反竞争性抑制 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制 结合部位 活性中心 活性中心以外 活性中心以外 抑制剂结合组分 E E、ES ES 增加底物浓度 消除抑制 不能消除抑制 不能消除抑制 对Vm的影响 不变 降低 降低 对Km的影响 增加 不变 降低 第五节 调节酶 调节对象：关键酶 一、别构酶（allosteric enzyme，变构酶） 酶分子通过活性中心以外的特异调节位点与小分子调节物（效应物）结合后，酶分子的构象改变，从而调节酶活性 1、结构特点： （1）多数为寡聚蛋白，具有多个亚基 （2）双中心：活性中心、调节中心（别构中心） （3）调节物多为小分子 （4）动力学特点：不符合米氏方程，v-[S]曲线为S形 （5）调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 （6）稳定特性：室温稳定，0℃不稳定 二、共价调节酶 四、同工酶(isoenzyme) 三、酶原(zymogen；proenzyme)激活 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，亚基有两种类型（H型和L型），组成