生物化学课件第03章酶-2014

目录目录Enzyme第第3 3章章 酶酶王丽影王丽影 54237659Liying_目录目录酶酶 学学 6学时学时第一节第一节 酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能 1学时学时 第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理 1学时学时PBL第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学 2.52.5学时学时 第四节第四节 酶酶 的的 调调 节节 1学时学时 第五节第五节 酶的命名与分类酶的命名与分类第六节第六节酶与医学的关系酶与医学的关系0.5学时学时目录目录目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类:酶酶、核酶（脱氧核酶）核酶（脱氧核酶）目录目录n n酶学研究简史酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，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的结果。动的结果。1878年，年，Khne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Eduard Buchner用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液，实现了发酵。液，实现了发酵。1926年年，Sumner首首次次从从刀刀豆豆中中提提纯纯出出脲脲酶酶结结晶晶(deoxyribozyme)。目录目录1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提出核酶提出核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连 接接 酶酶 活活 性性 DNA片片 段段，称称 为为 脱脱 氧氧 核核 酶酶(deoxyribozyme)。目录目录第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme目录目录n n酶的不同形式酶的不同形式:单体酶单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。寡寡聚聚酶酶(oligomeric enzyme)：由由多多个个相相同同或或不不同同亚亚基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。多多酶酶体体系系(multienzyme system)：由由几几种种不不同同功功能能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多多 功功 能能 酶酶(multifunctional enzyme)或或 串串 联联 酶酶(tandem enzyme)：一一些些多多酶酶体体系系在在进进化化过过程程中中由由于于基基因因的的融融合合，多多种种不不同同催催化化功功能能存存在在于于一一条条多多肽肽链中，这类酶称为多功能酶。链中，这类酶称为多功能酶。目录目录一、酶的分子组成中常含有辅助因子一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：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)n n结合酶结合酶结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶 (simple enzyme)(simple enzyme)决定催化决定催化决定催化决定催化 反应的特异性反应的特异性反应的特异性反应的特异性（选择（选择（选择（选择E E催化的催化的催化的催化的S S）决定催化反应的类型决定催化反应的类型决定催化反应的类型决定催化反应的类型 （递电子、氢或一些基团）（递电子、氢或一些基团）（递电子、氢或一些基团）（递电子、氢或一些基团）目录目录n n全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用全酶分子中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质目录目录金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。失。在金属酶中，它们牢固地结合在一起，在金属酶中，它们牢固地结合在一起，金属离子通常为金属离子通常为活性活性中心。中心。n金属离子是最多见的辅助因子金属离子是最多见的辅助因子目录目录金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。合不甚紧密。在金属激活酶中，它们松散地结合，但金属离子却是酶活性的激活剂。目录目录金属金属离子的作用：离子的作用：通过可逆地改变金属离子的氧化还原反应通过可逆地改变金属离子的氧化还原反应-参参与催化反应，传递电子与催化反应，传递电子通过结合底物为反应定向通过结合底物为反应定向-在酶与底物间起桥在酶与底物间起桥梁作用梁作用通过静电稳定或屏蔽静电荷通过静电稳定或屏蔽静电荷-稳定酶的构象降稳定酶的构象降低反应中的静电斥力等低反应中的静电斥力等目录目录目录目录n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。目录目录转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一NADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A（CoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用某些辅酶（辅基）在催化中的作用目录目录（一）（一）（一）（一）B B B B1 1 1 1 (硫胺素硫胺素硫胺素硫胺素)焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素 (TPP)(TPP)(TPP)(TPP)-酮酸脱酮酸脱酮酸脱酮酸脱 氢酶系的辅酶氢酶系的辅酶氢酶系的辅酶氢酶系的辅酶（二）（二）（二）（二）B B B B2 2 2 2（核黄素）（核黄素）（核黄素）（核黄素）FMN/FAD FMN/FAD FMN/FAD FMN/FAD 黄素酶的辅基黄素酶的辅基黄素酶的辅基黄素酶的辅基 (递氢体递氢体递氢体递氢体,参于细胞呼吸参于细胞呼吸参于细胞呼吸参于细胞呼吸 )（三）（三）（三）（三）PP PP PP PP(尼克酰胺尼克酰胺尼克酰胺尼克酰胺)NAD+/NADP NAD+/NADP NAD+/NADP NAD+/NADP+不需氧脱氢酶的辅酶不需氧脱氢酶的辅酶不需氧脱氢酶的辅酶不需氧脱氢酶的辅酶 (递氢体递氢体递氢体递氢体,参于细胞呼吸参于细胞呼吸参于细胞呼吸参于细胞呼吸 )（四）（四）（四）（四）B B B B6 6 6 6 (吡哆素吡哆素吡哆素吡哆素)磷酸吡哆素磷酸吡哆素磷酸吡哆素磷酸吡哆素 转氨酶的辅酶转氨酶的辅酶转氨酶的辅酶转氨酶的辅酶 (醛醛醛醛/醇醇醇醇/胺胺胺胺)(氨基的载体氨基的载体氨基的载体氨基的载体 )（五）（五）（五）（五）泛酸泛酸泛酸泛酸 辅酶辅酶辅酶辅酶A A A A 酰基转移酶的辅酶酰基转移酶的辅酶酰基转移酶的辅酶酰基转移酶的辅酶 (酰基的载体酰基的载体酰基的载体酰基的载体 )（六）（六）（六）（六）生物素生物素生物素生物素 生物素生物素生物素生物素 羧化酶的辅酶羧化酶的辅酶羧化酶的辅酶羧化酶的辅酶 （COCOCOCO2 2 2 2的载体的载体的载体的载体 ）（七）（七）（七）（七）叶酸叶酸叶酸叶酸 FHFHFHFH4 4 4 4 一碳单位转移酶的辅酶一碳单位转移酶的辅酶一碳单位转移酶的辅酶一碳单位转移酶的辅酶（一碳单位的载体）（一碳单位的载体）（一碳单位的载体）（一碳单位的载体）（八）（八）（八）（八）B B B B12121212 (钴胺素钴胺素钴胺素钴胺素)甲基钴胺素甲基钴胺素甲基钴胺素甲基钴胺素 转甲基酶的辅酶转甲基酶的辅酶转甲基酶的辅酶转甲基酶的辅酶 目录目录n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目录目录二、酶的活性中心是酶分子中执行二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位其催化功能的部位酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团的化学基团。n必需基团必需基团(essential group)目录目录指指必需基团在空间结构上彼此靠近，必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。底物特异结合并将底物转化为产物。n酶的活性中心酶的活性中心(active center)目录目录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，与底物相结合，与底物相结合，决定酶的专一性决定酶的专一性决定酶的专一性决定酶的专一性催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物，催化底物转变成产物，决定酶所催化反应的性质决定酶所催化反应的性质 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 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 目录目录n溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶溶菌菌酶酶的的活活性性中中心心是是一一裂裂隙隙，可可以以容容纳纳肽肽多多糖糖的的6个个单单糖糖基基（A，B，C，D，E，F），并并与与之之形形成成氢氢键键和和van derwaals力。力。催催化化基基团团是是35位位Glu，52位位Asp；101位位Asp和和108位位Trp是是结合基团结合基团。目录目录三、同工酶三、同工酶同同工工酶酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构理理化化性性质质乃乃至至免免疫疫学学性性质质不同的一组酶。不同的一组酶。同工酶主要由于基因倍增（duplication）和趋异进化（divergence）所致。目录目录H HH HH HH HH HH HH HMMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4)LDHLDH2 2(H(H3 3M)M)LDH LDH3 3(H(H2 2MM2 2)LDHLDH4 4(HM(HM3 3)LDHLDH5 5 (M(M4 4)乳酸脱