导图社区 第三章酶与酶促反应
生物化学与分子生物学第三章 酶与酶促反应,酶的活性中心(所有酶都具有)是酶分子执行其催化功能的部位,酶具有高效性、专一性和作用条件温和、受调控 等催化特点。
编辑于2023-10-05 09:17:43 江西酶与酶促反应
酶的分子结构与功能
酶的分子组成中常含有辅助因子
1.单纯酶(simple enzyme):仅含有一条肽链的酶称为单纯酶(不含辅助因子) 2,掇合酶(conjugated enzyme):由酶蛋白和辅助因子共同构成的酶 3多酶复合体(multienzyme complex):是具有不同催化功能的酶彼此聚合形成的一个结构和功能上的整体 4多功能酶(multifunctional enzyme):由于基因融合,形成由一条多肽链组成却具有多种不同催化功能的酶 5.辅助因子(cofactor):分为辅酶和辅基以及金属离子等(多为小分子的有机化合物或金属离子,决定酶促反应的类型)
全酶指具备酶蛋白、辅助因子的有催化活性 的酶。酶的无活性前体叫做酶原(酶原激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程)。
辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作 用特点不同可分为辅酶和辅基。辅酶多通过非共价键与 酶蛋白相连,这种结合比较疏松(可以用透析法或超滤法去除),辅基则与酶蛋白形成共价键,结合较 为紧密。(酶蛋白和辅助因子两部分组成结合酶/全酶)
全酶由酶蛋白和辅助因子组成,在催化反应时,二者所起的作 用不同,其中酶蛋白决定酶的专一性和高效率,辅助因子起传 递电子、原子或化学基团的作用。
变构酶分子通常是含有多个亚基的寡聚酶,单体 酶仅由一条肽链构成。
在酶促反应中,辅酶作为底物接受质子或基团后离开酶 蛋白,参加另一酶促反应并将所携带的电、质子或基 团转移出去,起运载体的作用
1,酶蛋白决定特异性及催化机制聘,决定全酶的类型 2.辅因子决定酶促反应类型 3.一种酶蛋白可结合一种辅因子 4,一种辅因子可结合多种酶蛋白 5.有些酶可同时含多种不同辅助因子,如— ☆细胞色素氧化酶:(血红素)+(Cu/Cu2+) ☆琥珀酸脱氢酶:(Fe2+)+(FAD) 【←辅助因子—一谁都能上,人尽可夫(辅)】
活化能是指在一定温度下,1mol反应物从 基态转变成过渡态所需要的自由能,即过渡 态中间物比基态反应物高出的那部分能量
酶的活性中心(所有酶都具有)是酶分子执行其催化功能的部位
酶的活性中心是酶分子中能与底物结合并催化底物转变为产物的三维结构区域, 活化的酶均具有活化中心
酶的活性中心包括结合部位和催化部位两个功能部位,其中结 合部位直接与底物结合,决定酶的专一性,催化部位是发生化 学变化的部位,决定催化反应的性质。
常见的酶活性中心的必需基团有丝氨酸残基的羟基 、组氨酸残基的咪唑基以及酸性氨基酸如谷 氨酸、天冬氨酸的残基是羧基等。半胱氨酸的巯 基也属于常见的酶活性中心必需基团,但胱氨酸不存在 巯基。
酶原是无活性的酶前体。酶原激活的实质是酶的活性中心形成或暴露
酶原是酶的无活性前体,这是因为其活性中心未 形成或未暴露,通过蛋白酶的水解作用可使酶原 的活性中心暴露/结合,转变为有活性的酶。
酶原的激活是在激活剂通过水解作用,使酶原分子的一 段或几段肽水解脱落从而形成、暴露活性中心过程
同工酶催化相同的化学反应
同工酶(isoenzyme或isozyme)是指催 化相同的化学反应,但酶的分子结构、理化性质乃至免 疫学性质不同的一组酶”
酶具有高效性、专一性和作用条件温和、受调控 等催化特 点。
酶是活细胞产生的,具有催化活性的蛋白质。
酶的工作原理
酶具有不同于一般催化剂的显著特点
酶对底物具有极高的催化效率(相对于无机催化剂也是)
酶对底物具有高度的特异性(专一性) (酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及催化机制)
1.绝对专一性(一对一)
乳酸脱氢酶催化L乳酸脱氢
乳酸脱氢酶(LDH)是四聚体,它由H和M亚基组成,有5种 同工酶,其中LDH1含量最丰富的是心肌组织。
LDH135心骨肝。CK123脑心骨。
心肌组织中LDH1和LDH2 含量最高,LDH3 含量极少,无LDH4和LDH5 ,故当 心肌病变时,LDH1和LDH2释放入血,血清中这两种同 工酶含量升高。
“有些具有绝对特异性的酶只能催化底物的 一种光学异构体或一种立体异构体进行反应。例如乳酸 脱氢酶仅催化L—乳酸脱氢生成丙酮酸,而对D—乳酸无作 用”
2.相对专一性(多对一)
消化道中各种蛋白酶对肽键的专一性
酶的活性与酶的含量具有可调节性
酶具有不稳定性
酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能
酶与底物结合形成中间产物
1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
3.表面效应使底物分子去溶剂化
机制呈现多元催化作用酶的催化
“体内一些代谢物可与某些酶的活性中心外 的某个部位非共价可逆结合,引起酶的构象改变,从而 改变酶的活性,酶的这种调节称为酶的别构调节,亦曾 称为变构调节。受别构调节的酶称为变构酶,引起别构 效应的物质称为别构效应剂。
由于多亚基之间存在正协同效应或负协 司效应,因此其反应动力学不遵守米氏方程(
由多个相同或不同的肽链(即 亚基)以非共价键连接组成的酶称为寡聚酶, 变构酶是一种寡聚酶
细胞根据内外环境的变化而调整细胞内代 谢时,主要是通过对催化限速反应的调节酶(亦称为关 键酶)的活性进行调节而实现的。
酶促反应动力学
与酶催化的高效率有关的因素有邻近效应、定向效应、诱导应 变、共价催化等活性中心酸碱催化。
酶促反应速率可受多种因素的影响,如酶 浓度E、底物浓度S、pH、温度T、抑制剂I及激活剂A等”
别构效应:又称为变构效应,是体内代谢产物与蛋白质结合 改变蛋白质的构象,导致蛋白质生物活性改变的现象。
邻近效应:亦见于酶促反应中,酶在反应中将诸多底物结合 到活性中心,使他们相互接近并形成有利于反应的正确定向关 系,从而提高反应速率,称邻近效应。
多元催化作用包括酸碱催化作用和共价催化。 1.酸碱催化: 令质子转移 2.共价催化: 亲核催化(自己释放出电子去找底物的正电 性集团~形成瞬时共价键 亲电催化(自己的亲电基团去找底物的电子 ~形成共价键
底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
米一曼方程揭示单底物反应的动力学特性
Km与Vmax是重要的酶促反应动力学参数
Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度
Km是酶的特征性常数 (温度和pH不是特征性常数)
Km越小,酶对底物的亲和力越大。Km的值并非固定不变,它与酶的结 构、底物结构、反应环境的pH值和离子强度有关,因此 同一底物,不同的酶有不同的Km值,而同一种 酶,不同的底物也有不同的Km值,但是与酶浓度无关
Km值在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
Km越大,表示 酶对底物的亲和力越小; Km越小,酶对底物的亲和力越 大。
Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
酶的转换数:当酶被底物完全饱和时(Vmax),单位时间内每个酶分子( 或活性中心)催化底物转变成产物的分子数
Km与Vmax 常通过林—贝作图法求取
当[S]很低时,随[S]的增加而升高,呈一级反应(曲线的a段);随着[S]的不断增加上升的幅度不 断变缓,呈现出一级反应与零级反应的混合级反应(曲线的b段);再随着[S]的不断增加,以至于所 有酶的活性中心均被底物所饱和w便不再增加,此时v达最大反应速率(maximum velocity, ),此 时的反应可视为零级反应(曲线的c段)(图3—1)。
底物饱和时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
温度对酶促反应速率的影响具有双重性
pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率
抑制剂可降低酶促反应速率
不可逆性抑制剂与酶共价结合
可逆性抑制剂与酶非共价结合
1.竞争性抑制剂:与底物竞争结合酶的活性中心(活性中心底物结合基团)
丙二酸和戊二酸都是琥珀酸脱氢酶的 竞争性抑制剂。
竞争性抑制剂和酶的底物在结构上相似
2.竞争性抑制剂:结合活性中心之外的调节位点(结合部位并非酶的活性中心)
3,反竞争性抑制剂:结合位点由底物诱导产生(促进ES结合,反其道而行之)
4.不可逆性抑制剂和酶活性中心 的必需基团共价结合,使酶失活…低浓度的重金属离子 (Hg+、Agt、P6+等)As+等可与巯基酶分子中的巯 基结合使酶失活”
不可逆抑制(有机磷抑制胆碱酯酶,重金属离子使巯基酶失 活、路易士气抑制巯基酶; 竞争性抑制(丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶;磺胺类抑制二氢蝶酸 合酶; 非竞争抑制(亮氨酸抑制精氨酸酶,毒毛花苷G(哇巴因)抑制 钠/钾ATP酶,麦芽糖抑制a淀粉酶; 反竞争抑制(苯丙氨酸对胎盘型碱性磷酸酶的抑制) 竞争抑制:Km增加, Vmax不变 非竞争抑制:Km不变,Vmax下降 反竞争抑制:Km下降,Vmax下降
激活剂可提高酶促反应速率
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂
1.必需激活剂:为酶的活性所必需
2非必需激活剂:不是酶的活性所必需
酶的调节
酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节(质变)
(一)别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性
别构调节是由于别构效应剂与酶的活性中心外的某个部位非共价可逆结合而改变酶的活性
(二)酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价可逆结合来实现
酶的共价修饰有多种形式,其中 最常见的形式是磷酸化和去磷酸化。
(三)酶原需要通过激活过程才能转变为有活性的酶
酶原:无活性的酶的前体 酶原激活:酶原转变为有活性的酶 激活的本质:酶活性中心形成或暴露 酶原存在的意义:保护机体
(四)酶原异常激活实例:急性胰腺炎
酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节(量变)
细胞也可通过改变酶蛋白合成与分解的速率来调节酶的含量, 进而影响酶促反应速率。
(一)酶蛋白合成可被诱导或阻遏(产生过程缓慢持久)
(二)酶的降解与一般蛋白质降解途径相同(短平快)
酶的分类与命名
酶与底物结合形成酶—底物复合物,具有邻近效应和定向排列、表面效应,并呈现多元催化作 用。
酶分为6大类:氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类
含有腺嘌呤的:(有A的就成) NAD+, NADP+, CoA, FAD
酶在医学中的应用
不可逆性抑制作用:有机磷酸酯农药抑制的酶是胆碱酯酶, 抑制酶活性中心的羟基,通过特异 地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合,使胆碱 酯酶失活,导致乙酰胆碱堆积,产生M样和N样症状。
正常情况下,在组织细胞内发挥催化作用的酶在血清中 含量甚微。当细胞受损,细胞内酶释放入血时, 血清中相应的酶活性会出现升高。如急性肝炎时血清丙 氨酸转氨酶(ALT)的活性升高,急性胰腺炎时血、尿淀 粉酶的活性升高等。
体液中酶活性的改变可作为疾病的 诊断指标”
如图