生物化学--第四章 酶..ppt
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1、生物化学-第四章 酶.Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 酶的一般性质酶的一般性质一、酶是生物催化剂一、酶是生物催化剂酶是由活细胞产生的,具有催化活性和高度专酶是由活细胞产生的,具有催化活性和高度专一性的特殊生物大分子。包括蛋白质和核酸。一性的特殊生物大分子。包括蛋白质和核酸。二、酶的催化特性二、酶的催化特性一般特性一般特性1.加快反应速度,而本身在反应前后没结构和性质的加快反应速度,而本身在反应前后没结构和性质的改变。改变。2.只缩短反应
2、达到平衡所需要的时间而不改变反应平只缩短反应达到平衡所需要的时间而不改变反应平衡点。衡点。特殊性特殊性1.酶催化效率高酶催化效率高比非催化高比非催化高1081020倍,比非生物催化剂高倍,比非生物催化剂高1071013倍。倍。2.酶具有高度专一性酶具有高度专一性酶对反应的底物和产物都有极高的专一性,几乎没有酶对反应的底物和产物都有极高的专一性,几乎没有副反应发生。副反应发生。3.酶易失活酶易失活常温、常压,中性常温、常压,中性pH环境下反应。环境下反应。4.酶的催化活性可被调节控制酶的催化活性可被调节控制酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共价修饰、激素酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共价修饰
3、、激素控制等。控制等。三、酶的化学本质三、酶的化学本质绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质证据:证据:1.酸水解的产物是氨基酸,能被蛋白酶水解酸水解的产物是氨基酸,能被蛋白酶水解失活;失活;2.具有蛋白质的一切共性,凡是能使蛋白质具有蛋白质的一切共性,凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性;变性的因素都能使酶变性;3.1969年,人工合成牛年,人工合成牛胰核糖核酸酶。胰核糖核酸酶。少数酶是少数酶是RNA(核酶,(核酶,ribozyme)第二节第二节 酶的组成和结构特点酶的组成和结构特点一、一、酶的组成酶的组成单纯酶类:单纯酶类:仅由蛋白质组成仅由蛋白质组成结合酶类:结合酶类:包括酶蛋白(包括酶蛋
4、白(apoenzyme)和辅因子)和辅因子(cofactor),),酶蛋白与辅因子组成完整的酶蛋白与辅因子组成完整的全酶全酶,单,单纯的酶蛋白无催化功能。纯的酶蛋白无催化功能。全酶全酶(holoenzyme)=酶蛋白酶蛋白+辅因子辅因子酶的辅因子酶的辅因子主要有金属离子和有机化合物。主要有金属离子和有机化合物。金属离子金属离子:Fe2+、Fe3+、Zn2+、Cu+、Cu2+、Mn2+、Mn3+、Mg2+、K+、Na+等。等。有机化合物有机化合物:NAD+、NADP+、FAD、生物素等。、生物素等。辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合较松,可透析除去。:与酶蛋白结合较松,可透析除去。辅基辅
5、基(prostheticgroup):与酶蛋白结合较紧。:与酶蛋白结合较紧。根据酶蛋白质分子的特点,将酶分为:根据酶蛋白质分子的特点,将酶分为:单体酶:单体酶:仅有一个活性中心,由一条或多条共价仅有一个活性中心,由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。相连的肽链组成的酶分子。牛胰牛胰RNase124aa单链单链鸡卵清溶菌酶鸡卵清溶菌酶129aa单链单链胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶三条肽链三条肽链寡聚酶:寡聚酶:由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。单独的亚基一般无活性。单独的亚基一般无活性。含相同亚基的寡聚酶:含相同亚基的寡聚酶:苹果酸脱氢酶(鼠肝),苹果酸脱氢酶
6、(鼠肝),2个相同的亚基个相同的亚基含不同亚基的寡聚酶:含不同亚基的寡聚酶:琥珀酸脱氢酶(牛心),琥珀酸脱氢酶(牛心),2个亚基个亚基多酶复合体:多酶复合体:多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续反应的体系。反应的体系。大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成:大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成:丙酮酸脱氢酶(丙酮酸脱氢酶(E1)以二聚体存在以二聚体存在29600二氢硫辛酸转乙酰基酶(二氢硫辛酸转乙酰基酶(E2)70000二氢硫辛酸脱氢酶(二氢硫辛酸脱氢酶(E3)以二聚体存在)以二聚体存在25600012个个E1二聚体二聚体249600024个个E2单体单体2470
7、0006个个E3二聚体二聚体1256000总分子量:总分子量:560万万一、酶的分类一、酶的分类1.氧化还原酶氧化还原酶Oxido-reductase氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢还原反应。主要包括脱氢酶酶(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)。AH2+BA+BH2如如:乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。第三节第三节 酶的分类和命名酶的分类和命名2.转移酶类转移酶类Transferase转移酶催化基团转移反应,即将一个底物分子的转移酶催化基团转移反应,即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。基团或
8、原子转移到另一个底物的分子上。A-RCAC-R如:谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。如:谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。3.水解酶类水解酶类Hydrolase水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。ABH2OA-HB-OH如:脂肪酶如:脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应:催化的脂的水解反应:4.裂合酶类裂合酶类Lyase裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。子形成双键的反应及其逆反应。A-BA+B如:延胡索酸水合酶催化的反应。如:延胡索酸水合酶催化的反应。5.异构酶类异构酶类Isomerase
9、异构酶催化各种同分异构体的相互转化,即异构酶催化各种同分异构体的相互转化,即底物分子内基团或原子的重排过程。底物分子内基团或原子的重排过程。AB如:如:6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。6.合成酶类合成酶类Synthetase能够催化能够催化C-C、C-O、C-N以及以及C-S键的形成反键的形成反应。这类反应必须与应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。A+B+ATPA-B+ADP+Pi如如:丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸丙酮酸+CO2草酰乙酸草酰乙酸每一大类又分为若干亚类每一大类又分为若干亚类乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC
10、1.1.1.27二、酶的命名二、酶的命名(1)国际系统命名法(国际系统命名法(systematicname)是以酶所催化的整体反应为基础,规定每一种酶的名是以酶所催化的整体反应为基础,规定每一种酶的名称应当明确称应当明确标明酶的底物及催化反应的性质。标明酶的底物及催化反应的性质。如:如:谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸-酮戊二酸酮戊二酸+丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶(2)习惯命名法(习惯命名法(recommendedname)根据酶的作用底物及其所催化的反应类型来命名。根据酶的作用底物及其所催化的反应类型来命名。第四节第四节 酶的活性中心及专一
11、性酶的活性中心及专一性一、酶的活性中心一、酶的活性中心酶的活性中心(酶的活性中心(activecenter):):酶分子中能直酶分子中能直接与接与底物分子结合底物分子结合,并,并催化底物化学反应催化底物化学反应的部位。的部位。结合基团结合基团(Bindinggroup)催化基团催化基团(catalyticgroup)结合部位:结合部位:酶分子中酶分子中与底物结合的部位。与底物结合的部位。决定酶的专一性决定酶的专一性。催化部位:催化部位:催化底物催化底物敏感键发生化学变化敏感键发生化学变化的基团,的基团,决定酶的催决定酶的催化能力化能力。组成活性中心的氨基酸残基的侧链在一级结组成活性中心的氨基酸
12、残基的侧链在一级结构上可能相距很远,但在空间结构上相互靠近,构上可能相距很远,但在空间结构上相互靠近,形成活性区域。形成活性区域。酶活性中心的基团属于酶活性中心的基团属于必需基团必需基团,必需基团还包,必需基团还包括对酶表现活力所必需的基团,如括对酶表现活力所必需的基团,如Ser的羟基、的羟基、Cys的巯基、的巯基、His的咪唑基等,它们起维持酶分子空间的咪唑基等,它们起维持酶分子空间构象的作用。构象的作用。必需基团必需基团:直接参与对底物分子结合和催化的基直接参与对底物分子结合和催化的基团以及参与维持酶分子构象的基团。团以及参与维持酶分子构象的基团。二、酶的专一性二、酶的专一性1.结构专一性
13、(结构专一性(structurespecificity)绝对专一性:绝对专一性:只能作用于一个底物,或只催化只能作用于一个底物,或只催化一个反应。一个反应。如:麦芽糖酶只作用于麦芽糖,脲酶只催化尿素如:麦芽糖酶只作用于麦芽糖,脲酶只催化尿素水解。水解。分为分为结构专一性和立体异构专一性。结构专一性和立体异构专一性。键专一性:键专一性:只对底物分子中其所作用键要求严只对底物分子中其所作用键要求严格。格。O如:如:R-C-O-RRCOOH+ROH酯酶酯酶F基团专一性:基团专一性:要求底物具有一定的化学键,而且要求底物具有一定的化学键,而且对键的某一端所连基团也有一定要求。对键的某一端所连基团也有一
14、定要求。如:如:-D-Glc苷酶,水解蔗糖和麦芽糖苷酶,水解蔗糖和麦芽糖2.立体异构专一性(立体异构专一性(stereospecificity)几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度专几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度专一性。当底物具有立体异构体时,酶只能作用一性。当底物具有立体异构体时,酶只能作用于其中的一种。于其中的一种。如:如:L-氨基酸氧化酶只催化氨基酸氧化酶只催化L-氨基酸的氧化脱氨基酸的氧化脱氨基。氨基。试试指出下列每种指出下列每种酶酶具有哪种具有哪种类类型的型的专专一性?一性?(1)脲脲酶酶(只催化尿素(只催化尿素NH2CONH2的水解,但不能作用于的水解,但不能作用于NH2CO
15、NHCH3););(2)-D-葡萄糖苷葡萄糖苷酶酶(只作用于(只作用于-D-葡萄糖形成的各种糖葡萄糖形成的各种糖苷,但不能作用于其他的糖苷,例如果糖苷);苷,但不能作用于其他的糖苷,例如果糖苷);(3)酯酯酶酶(作用于(作用于R1COOR2的水解反的水解反应应););(4)L-氨基酸氧化氨基酸氧化酶酶(只作用于(只作用于L-氨基酸,而不能作用于氨基酸,而不能作用于D-氨基酸);氨基酸);三、酶专一性的假说三、酶专一性的假说1.1894年,年,Fisher提出提出“锁钥学说锁钥学说”认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的,认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的,酶表面具有特定的形状。酶与底物
16、的结合如同一酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。把钥匙对一把锁一样。2.1958年,年,Koshland提出提出“诱导契合假说诱导契合假说”该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补形状。状。一、活化能一、活化能催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用速度的作用第五节第五节 酶的作用机理酶的作用机理二、中间产物学说二、中间产物学说在酶催化的反应中,第一步是酶与底物形成酶在酶催化的反应中,第
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