《生物化学第三章酶化学演示课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学第三章酶化学演示课件（155页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第三章 酶化学Enzymology,2,研究历史 1.1833年佩延（Payen）和Persoz从麦芽中抽提出一种对热敏感的物质，这种物质能将淀粉水解成可溶性糖，被称为淀粉糖化酶（diastase） 2.巴斯德提出“酵素”一词，认为只有活的酵母细胞才能进行发酵。现在日本还经常使用“酵素”一词（ferment）。,3,3.1878年德国人库恩（Kuhne）提出“Enzyme”一词，意为“在酵母中”。 4.1896年德国人巴克纳（Buchner）兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，得到了能催化发酵的无细胞滤液，证明发酵是一种化学反应，与细胞的活力无关。,4,5.1913年米凯利斯（Michaelis）和
2、门顿（Menten）利用物理化学方法提出了酶促反应的动力学原理米氏学说，使酶学可以定量研究。 6.1926年美国人J. B. Sumner从刀豆中结晶出脲酶（第一个酶结晶），并提出酶是蛋白质的观点。后来陆续得到多种酶的结晶，证明了这种观点，萨姆纳因而获得1947年诺贝尔奖。,5,7.进入80年代后，核糖酶（ribozyme）、抗体酶、模拟酶等相继出现，酶的传统概念受到挑战。 1982年Cech等发现四膜虫26S rRNA前体具有自我剪接功能，并于1986年证明其内含子L-19 IVS具有多种催化功能。 此后陆续发现多种具有催化功能的RNA，底物也扩大到DNA、糖类、氨基酸酯。,6,第一节 通论
3、（General Introduction）,一 酶是生物催化剂 1 酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。它具有高度的专一性、高效的催化性、活性的可调性和代谢性等催化特点。 2 酶概念的提出及目前的内涵问题（Enzyme/Ribozyme） 1982年，Cech首先发现RNA也具有酶的催化活性，并提出核酶（ribozyme）的概念。 1995年Cuenoud等发现DNA也有酶的活性。 3 酶是蛋白质的证据（酶的化学本质） 遇热、两性、变性、胶体性质、蛋白酶降解、测序、合成,7,二 酶的催化特征 1 与一般催化剂的相同点 反应前后不变；热力学上允许的反应；缩短到达平衡点的时间;降低分
4、子活化能。 2 催化特征（与一般催化剂的相同点） 高效的催化性(108-1012/103)；高度的专一性；活性的可调性；代谢性；对环境非常敏感。 3专一性特点 专一性：对底物的选择性要求。 类型 结构专一（键专一、基团专一、底物专一） 立体异构的专一（几何异构；旋光异构）,8,过氧化氢分解反应所需活化能,9,锁钥学说（Lock and key model),Fisher 首次提出(1894,德国）,10,三点附着学说(Three point attachment theory),A. Ogster首次提出,11,酶与底物结合的诱导契合学说示意图,诱导契合学说(Induced fit theor
5、y),Koshland 首次提出（1958）,12,第二节 酶的分类和命名,一 酶的命名 -ase EC：Enzyme commission 1 习惯名（Recommended name）1961年以前 底物（淀粉酶）；催化性质（脱氢酶）；来源（胃蛋白酶） 2 系统名（Systematic name） 底物：底物 性质 酶 例子：谷丙转氨酶=L-丙氨酸：-同戊二酸氨基转移酶 蛋白（：水）水解酶 3 编号 乳酸脱氢酶；乳酸：NAD+脱氢酶;EC：1.1.1.27,13,二 酶的国际系统分类法 1 原则 大类-亚类-亚亚类-序号,14,分类 按反应的类型 （1）氧化还原酶 （2）转移酶 （3）水解
6、酶 （4）裂合酶 （5）异构酶 （6）合成酶,按酶的结构,按酶的组成,单体酶 寡聚酶 多酶体系 多酶融合(复合)体,单纯酶 结合酶,15,1.氧化还原酶 催化氧化还原反应，量最大的一类酶，具氧化、产能、解毒功能。通式：AH2+BBH2+A,系统命名可分为19亚类，习惯上可分为4个亚类： (1)脱氢酶：受体为NAD或NADP，不需氧。 (2)氧化酶：以分子氧为受体，产物可为水或H2O2，常需黄素辅基。 (3)过氧化物酶：以H2O2为受体，常以黄素、血红素为辅基。 (4)氧合酶（加氧酶）：催化氧原子掺入有机分子，又称羟化酶。按掺入氧原子个数可分为单加氧酶和双加氧酶。,16,2.移换酶类 催化功能基
7、团的转移反应， 也叫转移酶 通式：AR+BBR+A,按转移基团性质，可分为8个亚类，较重要的有： (1) 一碳基转移酶：转移一碳单位，与核酸、蛋白质甲基化有关 (2)磷酸基转移酶：常称为激酶，多以ATP为供体。少数蛋白酶也称为激酶（如肠激酶） (3)糖苷转移酶：与多糖代谢密切相关，如糖原磷酸化酶。 (4)氨基转移酶：转移氨基，如AST ALT,17,3、水解酶类 催化底物的水解反应，如蛋白酶、脂肪酶等。 通式：AB+H2OAH+BOH,起降解作用，多位于胞外或溶酶体中。有些蛋白酶也称为激酶。可分为水解酯键、糖苷键、肽键、碳氮键等11亚类。,18,4、裂合酶类 催化从底物上移去一个小分子而留下双
8、键的反应或其逆反应。通式： ABA+B 包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶等。共7个亚类。,19,5、异构酶类 催化同分异构体之间的相互转化。通式：AB 其中：A、B为同分异构 包括消旋酶、异构酶、变位酶等。共6个亚类。,20,6、合成酶类 催化由两种物质合成一种物质，必须与ATP分解相偶联。也叫连接酶，如DNA连接酶。通式：A+B+ATPAB+ADP+Pi 或 A+BAB+AMP+PPi 共5个亚类。,21,22,23,24,25,归纳：氧 转 水 裂 异 合,26,（二）按酶的结构分类 1.单体酶 由一条肽链构成的酶称为单体酶 2.寡聚酶： 由多条肽链以非共价键结合而成的酶 3.多酶体系： 一些功
9、能相关的酶组织在一起，形成一个酶系 4.多酶融合(复合)体： 一条肽链上有多种酶活性，称为多酶复合体,27,（三）按化学组成 单纯酶及结合酶 单纯酶：完全由蛋白质（氨基酸）组成，无辅助因子。属简单蛋白质，如水解酶,28,结合酶：属结合蛋白，除蛋白质外，还有非蛋白部分 辅助因子：金属离子或有机小分子 酶蛋白决定酶的专一性；辅助因子决定催化反 应性质和基团电子等传递,29,辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度）,辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,辅基 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。,30,第三节
10、 酶催化作用的结构基础,一 酶分子结构的特征 1 酶的活性部位 活性部位（中心）：与底物结合并与酶的催化作用直接相 关的部位称为酶的活性部位（中心）。 必需基团：利用化学修饰将其改变能破坏酶活性的相关基 团称为必需基团,31,酶分子结构特征,酶蛋白,非必需基团,必需基团,活性中心,活性中心 以外基团,结合基团,催化基团,32,酶活性中心的示意图,33,酶的活性中心,酶的活性中心,34,活性中心的氨基酸按功能可分为： 结合部位： 负责识别特定的底物并与之结合。它们决定了酶的底物专一性。,35,催化部位： 起催化作用的，底物的敏感键在此被切断或形成新键，并生成产物。,36,Asp,His,Ser,
11、胰凝乳蛋白酶的活性中心,活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195,37,3 活性中心的研究方法 1.酶分子侧链基团修饰法 (1)非共价特异修饰法： (2)特异性共价修饰法 (3)亲和标记法,38,2.动力学参数测定方法 3.X射线晶体结构分析法 4.定点诱变法,39,二 酶原及酶原的激活 没有催化活性的酶的前体称为酶原（zymogen）。 由酶原转变成具有催化作用的酶的过程称为酶原的激活（activation）。 这是一个化学变化过程，实质是形成活性中心的过程。,40,第四节 酶催化作用机理,一 酶催化作用机理 降低分子的活化能。 有效碰撞-活化分子-活化能 中间产物
12、学说中间产物-过渡态,41,中间产物学说及活化能 1903年Henri Wurtz提出,42,43,如何降低活化能？高效催化的因素 邻近定位效应 张力与形变 一般酸碱催化 共价催化 金属离子催化,44,底物与酶的邻近效应及定向效应 邻近效应： 指酶与底物形成中间复合物(ES)后，使催化基团与底物结合成同一个分子而使有效浓度得到极大的提高。,定向效应： 指酶的催化基团与底物的反应基团之间正确取位所产生的效应,45,包括 反应基团之间、酶催化基团和底物反应基 团之间。活性中心内定向使反应变成分子 内反应,46,底物的形变及诱导契合,47,48,酸碱催化 狭义：H+OH-参与的催化 广义：H+OH-
13、的供体或受体参与的催化 机制 在机体内，多数处于中性条件，所以狭义酸碱催化所以占比例很小，多数是弱酸弱碱参与的反应,49,50,51,共价催化： 又称亲核催化或亲电子催化 亲核试剂或亲电子试剂能分别释放电子或汲取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速形成不稳定的共价中间复合物 常见的亲核基团有：Ser-OHCys-OH His-OH 典型的亲电子中心有：磷酰基、酰基、糖基,52,53,金属离子催化 提高水的亲核性能,54,五 几种酶结构事例（略）,55,第五节 酶促反应的动力学,有哪些因素影响酶促反应呢？ 酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂,一 酶浓度的影响 底物浓度足够的情况
14、下： v=kE V=kEt,56,二 底物浓度对反应速度的影响 （一）酶催化单底物反应（多底物非常复杂）,57,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,58,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。,59,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,60,在酶促反应起始时阶段反应速率迅速增高呈,这种反应速率与底物浓度呈正比的反应为一级反应（ a段）。,直线上升，,61,当反应体系中酶分子大部分与底物结合时，反应速率的增高则渐渐变缓，即反应的第二阶段为混合级反应(b段) 。,62,底物浓度继续增加，所有的酶分子均被底物饱和
15、，反应速率不再增加，此时反应速率与底物浓度的增加无关,反应为零级反应(c)，曲线出现平坦。,63,酶促反应速度V与底物浓度S的关系,64,（二）Michaelis-Menten方程和米氏常数,65,米氏方程式推导来源于中间产物学说 解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理的学说是中间产物学说。该学说认为酶促反应形成酶底物复合物（ES），即中间产物，然后此复合物再分解为产物和游离的酶。,66,米氏方程式（Michaelis equation）：,Vmax 为最大反应速率（maximum velocity ） S为底物浓度 Km 为米氏常数（Michaelis constant） V 为不同S
16、时的反应速率,67,米氏方程式的推导以两个假设为前提： 稳态观念，当酶促反应趋于稳态时ES的生成速率与分解速率相等。 酶促反应中S大大高于E，因此S的变化在反应过程可忽略不计。,68,（三）Km和Vmax的意义 1.当反应速率为最大速率一半时，米氏方程为： Km=S 这表示Km值等于酶促反应速率为最大速率一半时底物浓度。,69,2.一些酶的K2K3，即ES解离成E和S的速率明显超过分解成E和P的速率，K3可忽略不计，即此时m近似ES的解离常数Ks。在这种情况下Km可表示酶和和底物的亲和力。,70,3.Km值是酶的特征性常数，它与酶结构，酶所催化的底物和反应环境如温度、pH、离子强度等有关，而与酶浓度、底物浓度无关。,实际意义： 判断最适底物；推测天然底物；推断正逆向催化反应效率。,71,（四） Km和Vmax的测 定 Lineweaver和Burk将米氏方程作双倒数变换处理，将矩形双曲线变成直线作图，便可较容易地用该直线求得Vmax和Km。,72,2 双底物酶促反应动力学,顺序机制
