酶的化学本质和作用特点精选课件.ppt
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1、关于酶的化学本质和作用特点第一页,本课件共有64页酶学研究历史酶学研究历史四千多年前,我国已有酿酒记载。四千多年前,我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前,Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结果。结果。1877年,年,Kuhne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年,Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液,实实现现了发酵。了发酵。1926年,年,Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。20世纪世纪70年代初兴起的酶工程技术在食品行业广泛应用年代初兴起的酶工程技术在食品行业广泛应用第二页,本
2、课件共有64页酶的化学本质酶(酶(enzyme)是一类由活细胞产生的,对)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。其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。新发现:新发现:RNA、DNA的催化作用的催化作用第三页,本课件共有64页酶的组成蛋白质部分:酶蛋白蛋白质部分:酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)第四页,本课件共有64页辅助因子分类辅助因子分类(按其(按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度)辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松,可用疏
3、松,可用透析或超滤的方透析或超滤的方法除去。法除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密,不能用紧密,不能用透析或超滤的透析或超滤的方法除去方法除去。第五页,本课件共有64页酶的作用特点催化剂的共同点催化剂的共同点量少高效;量少高效;只加速可逆反应的进程,而不改变反应的平衡点。只加速可逆反应的进程,而不改变反应的平衡点。都是通过降低反应分子的活化能来加快化学反应的速度。都是通过降低反应分子的活化能来加快化学反应的速度。酶的特性酶的特性高效催化,条件温和高效催化,条件温和高度专一高度专一不稳定性不稳定性活性可调节活性可调节第六页,本课件共有64页(一)(一)
4、酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081020倍倍,比比一一般般催化剂高催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效地降低反应的活化能。效地降低反应的活化能。第七页,本课件共有64页根据酶对其底物结构选择的严格程度不同,酶根据酶对其底物结构选择的严格程度不同,酶的特异性可大致
5、分为以下的特异性可大致分为以下3 3种类型:种类型:绝对特异性绝对特异性(absolutespecificity):只能作用于特定结构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。相对特异性相对特异性(relativespecificity):作用于一类化合物或一作用于一类化合物或一种化学键。种化学键。立体结构特异性立体结构特异性(stereospecificity):作用于立体异构体中作用于立体异构体中的一种。的一种。第九页,本课件共有64页(三)(三)酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节对酶生成
6、与降解量的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。的调节。第十页,本课件共有64页酶的命名和分类习惯命名法的五个原则:1.根据酶催化反应的性质来命名。2.根据被作用的底物来命名。3.将酶作用的底物与催化反应的性质结合起来命名。4.将酶的来源与作用底物结合起来命名。5.将酶作用的最适pH和作用底物结合起来命名。第十一页,本课件共有64页系统命名法按国际系统命名
7、原则,每一种酶具有一个系统名称和一个习惯名称,系统名称应标明酶的作用底物和反应性质。如果有两种底物,均需标出,当中用“:”分开,若其中一种是水,则可省略。L丙氨酸:酮戊二酸氨基转移酶,催化反应为:L丙氨酸酮戊二酸丙氨酸L谷氨酸。第十二页,本课件共有64页系统分类及编号国际酶学委员会根据酶催化反应的类型,把酶分为:氧化还原酶:催化底物进行氧化还原反应的酶类。转移酶:催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类水解酶:催化底物发生水解反应的酶类。裂合酶:催化一个底物分解为2个化合物或2个化合物合成为一个化合物的酶类。异构酶:催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。合成酶:催化2分子底物合成为1分子化合
8、物,同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。第十三页,本课件共有64页酶的作用机制酶促反应速度的快慢与活化分子数目有关,增加活化分子数的途径有:1.加热或光照,使分子所含的能量增高,增加活化分子数目。2.降低活化能,使本来不够活化水平的分子,也成为活化分子,增加活化分子数目。第十四页,本课件共有64页酶催化作用的中间络合物学说酶先与底物结合形成不稳定的中间产物中间络合物,这种中间络合物具有较高的活性,它不仅易生成,且易变成产物,并释放出酶。ESESEPE酶S底物ES中间产物P产物第十五页,本课件共有64页(二)中间产物学说(二)中间产物学说E+SESE+P中间产物存在的证据:1.同位素32P
9、标记底物法(磷酸化酶与葡萄糖结合);2.吸收光谱法(过氧化物酶与过氧化氢结合)。SP(1)(2)由于酶催化的反应(2)的能垒比没有酶催化的反应(1)要低,反应(2)所需的活化能亦比(1)低,所以反应速度加快。第十六页,本课件共有64页反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能:活化能:底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。第十七页,本课件共有64页酶的活
10、性中心由少数必需基团组成的能与底物分子结合并完成特定催化反应的空间小区域,称为酶的活性中心。结合基团:负责与底物分子结合。催化基团:负责催化反应。第十八页,本课件共有64页(一)活性部位和必需基团(一)活性部位和必需基团必需基团必需基团:这些基团若经化学修饰使其改变,则酶的活性丧失。活性部位活性部位:酶分子中直接与底物结合,并和酶催化作用直接有关的部位。必需基团必需基团活性部位维持酶的空间结构结合基团催化基团专一性催化性质第十九页,本课件共有64页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic
11、group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空间构象所必需。空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团第二十页,本课件共有64页底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 第二十一页,本课件共有64页酶作用的辅助因素靠近效应定向效应锁钥学说锁钥学说诱导嵌合学说诱导嵌合学说张力作用酸碱催化作用共价催化作用第二十二页,本课件共有64页临近定向效应:在酶促反应中,底物分子结合到酶的活性中心,一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加,有利于提高
12、反应速度;另一方面,由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用,使底物分子中参与反应的基团相互接近,并被严格定向定位,使酶促反应具有高效率和专一性特点。“张力”和“形变”:底物与酶结合诱导酶的分子构象变化,变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力”甚至“形变”,从而促使酶底物中间产物进入过渡态。酶作用的辅助因素第二十三页,本课件共有64页锁钥假说(lock and key hypothesis):酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合,紧密结合成中间络合物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。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样诱导契合假说(inducedfi
13、t hypothesis):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状.酶活性中心的结构有一定的灵活性,当底物(激活剂或抑制剂)与酶分子结合时,酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化,使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向,转入有效的作用位置,这样才能使酶与底物完全吻合,结合成中间产物。第二十四页,本课件共有64页酸碱催化:酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用,达到降低反应活化能的过程。酶活性部位上的某些基
14、团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。广义酸基团广义酸基团 广义碱基团广义碱基团 (质子供体)(质子供体)(质子受体(质子受体)第二十五页,本课件共有64页(4)共价催化:催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物,使反应活化能降低,从而提高反应速度的过程,称为共价催化。酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基,Cys 的硫基,Asp 的羧基,Ser 的羟基等。某些辅酶,如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。第二十六页,本课件共有64页与催化作用相关的结构特点(1)活性中心:酶分子中直接和底物
15、结合并起催化反应的空间局限(部位)。结合部位结合部位(Binding(Binding site)site):酶分子中与底物:酶分子中与底物结合的部位或区域一般称结合的部位或区域一般称为结合部位为结合部位。第二十七页,本课件共有64页第二十八页,本课件共有64页催化部位(Catalytic site):酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。结合部位决定酶的专一性,催化部位决定酶所催化反应的性质。第二十九页,本课件共有64页q双重影响双重影响温温度度升升高高,酶酶促促反反应应速速度度升升高高;由由于于酶酶的的本本质质是是蛋蛋白白质
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