006第五章酶(新)

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1、第五章 酶,本章学习内容： 酶的概念 酶的分类与命名 酶的化学本质 酶的结构与功能的关系 酶作用的专一性 酶促反应的速度和影响酶反应速度的因素 酶活力的测定 酶的分离和纯化 酶的应用等,第一节 概述,一、酶的概念：酶是由活细胞产生的具有高效催化能力和催化专一性的生物大分子。,二、酶的化学本质：大多数酶是蛋白质 第一个结晶提取的酶-脲酶，并证明它的化学本质是蛋白质。 1981-1982年 R.Cech（塞克）实验室在研究原生动物四膜虫的rRNA前体加工时发现了第一个具有催化活性的天然RNA核酶（ribozyme）。 随后又陆续发现了其他的RNA催化剂。,三、大多数酶是蛋白质的证据,1、酶是两性电

2、解质 2、能引起蛋白质变性的理化因素也能使酶丧失活性 3、酶也具有胶体蛋白的性质 4、许多酶受蛋白水解酶作用而失活。 5、酶的酸水解产物是氨基酸 6、许多酶的AA序列已被测定 其中1969年牛胰核糖核酸酶被人工合成。因此，可以确认酶是蛋白质。,1、没有酶就没有新陈代谢 2、传统自然发酵与现代的代谢调控发酵 都离不开酶的作用 3、食品行业中各种酶制剂的应用 3、基因工程中各种酶的应用（工具酶） 4、蛋白质测序中各种蛋白酶的专一性的切割。,四、酶学重要性,第二节 酶催化作用的特点,1、都能降低反应能阈 2、只能催化化学热力学允许进行的反应，对可逆化学反应可以缩短平衡达到的时间，而不改变反应的平衡点

3、。 3、反应前后不发生质与量的变化。,一、酶具有催化剂一般特征：,二、酶区别于一般催化剂的特点,1、酶的催化效率极高高效性 通常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。,2、酶的催化作用具有高度专一性： 酶对其作用的底物和催化的反应类型具有严格的选择性。,1mol过氧化氢酶 5106molH2O2/秒 1mol离子铁 610-4molH2O2/秒,高效性、专一性、温和性、可调节性等,1）绝对专一性：酶对底物具有高度的专一性，对底物要求很严格。甚至有时只能催化一种底物。 如脲酶只催化尿素的水解。,根据各种酶对选择性的严格程度不同，可将酶的专一性分类： 1）绝对专一性： 2）相对专一性： 3

4、）立体异构专一性,a、键的专一性：有的酶只对其作用的底物分子中所作用的键要求严格，而对键两端的基团没有选择性。（如：酯酶）,酯酶,2）相对专一性：包括以下两种情况： 键的专一性和成键一侧基团专一性。,胰蛋白酶,b、成键一侧基团专一性：酶对底物分子的要求较高，不仅要求底物具有一定的化学键，而且对键一端的基团有特殊要求。 如： 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶A、B等,3）立体异构专一性 a、旋光异构专一性：如：L-乳酸脱氢酶,b、几何异构专一性：,如琥珀酸脱氢酶只能催化丁二酸脱氢生成反-丁烯二酸,FADH2,FAD,琥珀酸脱氢酶,3、酶大多数为蛋白质，易失活。所以，反应条件温和。,（1）酶分子合成

5、水平上的调节酶量调节 a、诱导或抑制酶的合成 b、调节酶的降解 （2）对酶分子催化活性进行调节酶活调节 a、共价修饰调节：共价调节酶通过其他酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰使处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。 b、变构调节：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态。,4、酶的活性受到调节和控制。,例如：糖原磷酸化酶,5、酶需要辅助因子 6、酶和底物生成酶-底物中间产物复合物,除了上述特点外，还有：,第三节酶的命名与分类,一、酶的命名 根据国际酶学委员会（EC）的建议，每一种酶都给以两个名称。一个是惯用名，一个是系统名。例如：,习惯名：

6、乳酸脱氢酶 系统名：L- 乳酸：NAD+氧化还原酶,二、酶的分类,酶的种类繁多需要统一的分类和命名。国际酶学委员会制订了一套完整的酶的分类系统。主要根据酶催化的化学反应分为6大类。 1、氧化还原酶类 催化电子转移反应的酶 2、转移酶类 催化分子间基团转移反应的酶 3、水解酶类 催化水解反应的酶 4、裂解酶类 催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应的酶 5、异构酶类 催化分子内的基团转移形成异构体反应的酶 6、合成酶类 催化ATP水解偶联的缩合反应的酶,在每一大类中，又根据不同的原则分为几个亚类。每一个亚类再分为几个亚亚类，然后再把属于这一亚亚类的酶按顺序排好编号，这样就把已知的酶分门别类地

7、排成一个表，称为酶表。在此酶表中每一种酶都有一个确定的编号。如：乳酸脱氢酶的编号,三、六大类酶的特征和举例,1、氧化还原酶类,A2H + B A + B2H,反应通式：,如：3-磷酸甘油醛脱氢酶,+ NAD+ + H3PO4,+ NADH +H+,2、转移酶 AX + B A+ BX,注意：激酶为磷酸基转移酶,葡萄糖激酶或己糖激酶,3、水解酶,脂肪酶,4、裂合酶类：AB A + B,再如：醛缩酶催化果糖-1,6-二磷酸裂解为二个磷酸三碳糖,5、异构酶类 A B,6、合成酶连接酶类,A + B + ATP AB+ ADP + Pi A + B + ATP AB + AMP + PPi,天冬酰胺合

8、成酶,第四节 酶分子的组成与结构一、单成分酶和双成分酶,1、单成分酶：,2、双成分酶：即结合蛋白酶,对于结合酶，其酶蛋白与辅因子单独存在均无催化活力，只有二者结合时才具有活力，此完整的酶分子称为全酶。 全酶=酶蛋白+辅因子,酶蛋白决定酶与底物作用的专一性。辅因子决定酶催化反应的性质。 辅酶与辅基的区别 生物体内酶的种类繁多，但辅酶的种类较少,说明几点：,二、酶分子的空间结构及酶活中心,1、酶分子的空间结构是其行使功能的结构基础 （1）单体酶：以一个独立三级结构为完整生物功能分子最高结构形式的酶 （2）寡聚酶：以四级结构作为完整生物功能分子最高结构形式的酶。,2、酶活中心： 1）概念：P131,

9、2）有关酶活中心说明几点：,f、对于结合酶，辅酶、辅基往往参与酶活中心的组成。,a、三级结构构象是维持活性中心所必需的。即酶活中心是一个三维实体。酶活中心位于酶分子表面的一个裂缝内。,b、活性部位在酶分子中只占相当小的部分。（几个氨基酸残基/100多个氨基酸。）,C、构成酶活中心的必需基团，主要是某些氨基酸残基的侧链基团，这些侧链基团在一级结构中可能相距甚远，甚至不在一条肽链上。但在高级结构中相距很近。,d、在酶活中心中出现频率最高的侧链基团：P131表5-2这些必需基团构成了酶的结合部位和催化部位。,e、酶活性部位具有柔性或可运动性，通过空间构象变化 与底物相适应。所以，行使功能时，酶的空间

10、结构可变。,三、酶原和酶原激活,1、酶原：无催化活性的酶分子前体 2、酶原激活：使酶原转变为有活性的酶的作用。 3、酶原激活过程的本质：酶原分子中肽链的局部水解，引起空间结构变化，使构成活性中心的必需基团聚集在一起。,四、单体酶、寡聚酶、同功酶、变构酶,2、寡聚酶 ：由几个或多个亚基组成的酶称之。 绝大多数含有偶数亚基,亚基可以相同也可以不同; 亚基之间以非共价键结合,彼此易分开; 相当数量的寡聚酶是调节酶，在代谢调控中起重要作用.,1、单体酶：只有一个亚基的酶称之。为数不多，且全部为水解酶。,LDH,3、同功（工）酶：,是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存

11、在明显差异的一组酶：例如：LDH（5种）,催化同一种反应：,但其组成、理化性质不同：,1、这5种同功酶都由两种蛋白亚基组成，即肌肉型（M）和心肌型（H）亚基。组成了5种形式的四聚体。H型亚基富含酸性AA，M型亚基富含碱性AA。因次，5种同功酶在电场中很易分开。从阴极向阳极排列依次为： M4、M3H、M2H2、MH3、H4,2、LDH同功酶有组织特异性,H4 在心肌中相对含量高，M4在肝、骨胳中相对含量高,4、变构酶（别构酶）,（1）有关概念： 别构酶：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，具有这种调节作用的酶称为别构酶。 效应物（或别构剂）：使酶分

12、子发生别构作用的物质 正效应物（别构激活剂）：因别构导致酶活性增加的物质 负效应物（别构抑制剂）：反之,（2）别构酶的性质,别构酶一般都是寡聚酶，通过次级键由多亚基构成 在别构酶分子上有活性中心和调节中心，这两个中心可以位于同一个亚基上，也可以位于不同的亚基上。 变构酶往往催化多酶体系的第一步反应。受终产物反馈抑制 多数别构酶具有正协同效应，所以，其S对V的动力学曲线是S形曲线。（三版P419） 有些别构酶表现负协同效应，其S对V的动力学曲线是表观双曲线。如：3-磷酸甘油醛脱氢酶,表观双曲线表明，在底物浓度较低的范围内酶活力上升很快，但随后底物浓度虽有较大提高，但反应速率升高却很小。即对外界环

13、境中底物浓度的变化不敏感。,5、多酶体系 、多酶复合体,（1）连续反应：A B C D E （）多酶体系：催化连续反应的多个酶称为多酶体系。多酶体系中，有的是单独行使功能，有的是形成多酶复合体 （）多酶复合体：由几个酶通过非共价键彼此嵌合而成的复合物。一般由26个功能相关的酶组成。 一旦复合体解体，各个独立的酶分子则无所作为。如：丙酮酸脱氢酶复合体 脂肪酸合成酶复合体,E1,E2,E3,E4,E3,E4,第五节 酶催化作用的机制,一、影响酶催化效率的有关因素,酶比一般催化剂具有更高的催化效率主要有以下因素起作用： 1、底物与酶的邻近、定向效应 2、张力和形变 3、共价催化 4、酸碱催化 、活性

14、部位微环境的影响 、多元化催化和协同效应,（一）底物和酶的邻近、定向效应,1、邻近效应：是指酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物之间（如双分子反应），酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，而使有效浓度得以极大升高，从而使反应速度大大增加的一种效应。,2、定向效应：是指反应物的反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。,（二）“张力”与“形变”,形成了一个反应活性很高的共价中间复合物,过渡态,“过渡态”是反应物分子处于被激活的状态，是反应途径中分子具有最高能量的形式，是分子的不稳定态，不同于反应中间产物，只不过是一个短暂的分子瞬间 ，这一瞬间分子的某些化学键正在

15、断裂和形成。 如乙酸乙酯的水解反应为 ：,式中“”表示正在形成和断裂的化学键,（三）酸碱催化,酶活性部位上的某些基团可以做为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化,狭义酸碱催化： 广义酸碱催化：,酶蛋白中起酸碱催化的功能基团：-NH2、-SH、 -OH、-COOH、 和咪唑基。,His在蛋白质组成中的重要性： 1、对外来酸碱的缓冲作用（如：血红蛋白）； 2、酶蛋白中的酸碱催化作用。（组蛋白在酶活中心出现频率很高）,（四）活性部位微环境的影响,在酶分子的表面有一个裂缝，而活性部位就位于疏水环境的裂缝中。 在非极性环境中两个带电基团之间的静电作用比在极性环境中显著增高。 当底物分子与酶的活性部位相

16、结合，就被埋没在疏水环境中，这里底物分子与催化基团之间的作用力将比活性部位在极性环境的作用力要强得多,（五）多元催化和协同效应,与酶高催化效率有关的几个因素并不是同时在一个酶中起作用，也不是一种因素在所有的酶中起作用；对不同的酶，起主要作用的因素不同，不同的酶各自都有其特点，可能分别受一种或几种因素的影响。,二、关于酶的专一性的假说-锁钥假说和诱导契合假说,、锁钥学说： 、酶的诱导契合学说: 酶的活性部位具有一定的柔性 ，底物与酶相遇时 ，可诱导酶蛋白的构象发生相应的变化（结构域的运动），使活性部位上有关的各个基团达到正确的排列和定向，因而使酶和底物契合而结合成中间复合物，并引起底物发生反应,锁钥学说,诱导契合学说,第六节 酶促反应动力学,酶促反应动力学是的研究各种理化因素对酶促反应速度影响的科学。,酶反应速度的测量 底物浓度对酶反应的影响 酶浓度对酶反应的影响 PH对酶反应的影响 温度对酶作用的影响 激活剂对酶作用的影响 抑制剂对酶作用的影响 酶的别构效应,