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1、第三章 酶返回返回第一节 酶的概念一、酶是生物催化剂二、酶酶的作用特点三、酶的分布四、酶的专一性返回返回一、酶是生物催化剂1酶的定义酶是由活细胞产生的，在细胞内、外均有催化作用的特殊蛋白质或核酸。返回返回2酶的化学本质1783年Spallamzan发现鸟的胃液能消化肉。1833年，PagonPersoz从麦芽中得到一种能水解淀粉的物质淀粉酶。1878年，Khne将这类生物催化剂统称为“酶”（Enzyme）。1926年，Sumner从刀豆中提取脲酶，得到结晶，证明是蛋白质。返回返回1983年发现某些RNA分子具有催化活性，对有催化活性的RNA命名为“Ribozyme”。酶的本质是蛋白质的概念受到
2、了一次巨大的冲击。核酶（核酶（Ribozyme）：）：少数RNA具有自我拼接加工的催化活性。最近又有人报道，DNA也有催化活性。因此，对酶的本质问题又将引起新的争论，引进更新的内容。返回返回二、酶的作用特点1反应前后，质与量不变，用量少。2缩短到达平衡的时间，不改变平衡点。3只能催化本来能进行的反应，即热力学上允许的反应。4降低反应活化能。（一） 与一般催化剂的相同点返回返回（二）与一般催化剂的不同点1、高效酶促反应的速度比非酶促反应高1081020倍，比一般催化剂高1061013倍。2、高度专一酶对底物有严格的选择性3、酶要求条件温和，但易失活4、酶的活性可受到调节、控制。 通过多种机制和形
3、式对酶活性进行调节和控制，使代谢活动有条不紊地进行。返回返回三、酶的分布酶分布在所有的细胞和组织中，相对隔离，各自发挥作用。酶在生活细胞中产生，大部分酶在细胞内起催化作用，称为胞内酶。有些酶被分泌到细胞外发挥作用，这类酶称为胞外酶。返回返回四、酶的专一性酶对底物和催化的反应有严格的选择性。一种酶仅能作用于一种底物或结构上相似的一类物质，促其发生一定的化学反应。返回返回专一性结构专一立体（异构）专一绝对专一相对专一键专一基团专一旋光异构专一顺反异构专一返回返回 绝对专一一种酶只作用于一种底物。如脲酶返回返回一种酶能够作用于结构上类似的一系列化合物。（1）键专一 只要求合适的化学键，对键两端的基团
4、并无严格要求。 相对专一酯酶返回返回（2）基团专一 不但要求一定的化学键，还要求键一端的基团是一定的。-D-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶返回返回 立体异构专一性：只能对一种立体异构体起作用。D-氨基酸氧化酶只能催化D-氨基酸发生氧化脱氨反应，对L-氨基酸，则无催化作用。返回返回酶酶的的立立体体异异构构特特异异性性返回返回第二节 酶的命名与分类一、一、 习惯命名法习惯命名法推荐名称推荐名称二、系统命名法二、系统命名法系统名称系统名称三、编号命名法三、编号命名法分类名称分类名称返回返回一、一、习惯命名1.根据酶所用的底物来命名蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶2.根据所催化的反应来命名脱氢酶、水解酶、转氨酶等3.上述
5、两个原则结合 乳酸脱氢酶4.上述原则再加上酶的来源牛胰核糖核酸酶返回返回二、二、系统命名法 系统名称包括两部分：底物名称和反应类型。若酶反应中有两种底物起反应，这两种底物均需表明，当中用“：”分开。例如：催化乳酸脱氢反应的酶: 它的它的系统名称系统名称应该是：应该是：乳酸：乳酸：NAD+脱氢酶。脱氢酶。返回返回根据1961年国际酶学委员会（IEC）的分类法，通常将酶分为六大类：1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases)3.水解酶类(hydrolases)4.裂合酶类(lyases)5.异构酶类(isomerases)6.合成酶类(ligases,
6、synthetases)返回返回氧化还原酶：催化氧化还原反应返回返回转移酶：催化基团转移反应 返回返回水解酶：催化水解反应。这是特殊的一类转移 酶，水作为转移的基团的受体。 返回返回裂解酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反 应，或裂解，生成一个双键。 返回返回异构酶：催化异构化反应。 返回返回合成酶：催化两个底物的连接反应或称 之交联反应。返回返回例如：乳酸脱氢酶（例如：乳酸脱氢酶（EC11127）,其编号可作其编号可作下列解释（下列解释（EC代表酶学委员会）。代表酶学委员会）。 三、三、编号命名法编号命名法返回返回酶的命名举例酶的命名举例返回返回第三节 酶的组成与结构一、酶的组成二、维生素与
7、辅酶三、酶的结构四、酶的活性中心返回返回据酶分子据酶分子组成分类组成分类单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合结合蛋白质酶类蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅助因子辅助因子金属离子金属离子金属有机物金属有机物小分子有机物小分子有机物全酶 = 酶蛋白 + 辅因子| |有活性 无活性 无活性一、酶的组成返回返回辅酶、辅基往往是由维生素参与形成的小分子有机物。辅因子辅基：与酶结合紧密，不能用透析等方法除去。辅酶：与酶结合不紧密，能用透析等方法除去。返回返回维生素的故事 I维生素也称维他命，由波兰科学家丰克命名-“维持生命的营养素”。人体缺少维生素，会患各种疾病。人类对维生素的认识始于3000多年前，古埃及人发现
8、夜盲症可以被一些食物治愈，是人类对维生素最朦胧的认识。1519年葡萄牙航海家麦哲伦率领的远洋船队从南美洲东岸向太平洋进发，三个月后，有的船员牙床破了，有的船员流鼻血，有的船员浑身无力，待船到达目的地时，原来200多人只有35人活下来，人们对此找不出原因。返回返回维生素的故事 II1734年，开往格陵兰的海船上有一个船员得了严重的坏血病，其他船员只好把他抛弃在一个荒岛上。苏醒后他用野草充饥，坏血病竟不治而愈。此类坏血病曾夺去过几十万英国水手的生命。1747年英国海军军医林德总结了前人的经验，建议海军和远征船队的船员在远航时要多吃些柠檬，从此未曾发生过坏血病。返回返回1912年，丰克经千百次试验终
9、于从米糠中提取出一种能够治疗脚气病的白色物质-“维持生命的营养素”，简称Vitamine。越来越多的维生素种类被人们认识和发现，维生素发展成了一个大家族。返回返回二、维生素与辅酶（一）维生素维生素(vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。返回返回脂溶性维生素种类化学本质功能存在维生素A不饱和一元醇缺乏得 干眼病动物性食物 （视黄醇） 夜盲症维生素D类固醇衍生物与Ca、P 代谢肝、奶、有关蛋黄维生素E生育酚与生育有关植物中抗氧化维生素K萘醌衍生物凝血维生素，动、植物
10、促进血液凝固返回返回水溶性维生素返回返回（二）、几个重要的辅助因子（1）辅酶与辅基1.TPP焦磷酸硫胺素，由硫胺素（thiamine,VitB1）焦磷酸化而生成。TPP是脱羧酶的辅酶，在体内参与糖代谢过程中-酮酸的氧化脱羧反应。返回返回TPP的分子结构返回返回2FMN、FAD（含VB2）是多种氧化还原酶的辅基，递氢。FMN：黄素单核苷酸FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸FMNFMNH2FADFADH2+2H-2H+2H-2H返回返回FMNFMN和和FADFAD的分子结构的分子结构返回返回返回返回返回返回返回返回3. NAD+和和NADP+ （Vit PP的衍生物）的衍生物）NAD+ （辅酶） ：烟酰胺
11、腺嘌呤二核苷酸NADP+ （辅酶） ：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸在体内，由尼克酰胺参与构成的两种辅酶均有氧化型 （ NAD+， NADP+） 和 还 原 型 （ NADH+H+，NADPH+H+）两种形式。它们作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用，为单递氢体。返回返回NAD+和和NADP+的分子结构的分子结构返回返回返回返回4CoASH（VB3）泛酰巯基乙胺腺苷二磷酸，辅酶A。作用：酰基载体。CH3CSCoAO返回返回CoACoA的分子结构的分子结构返回返回返回返回5磷酸吡哆醛（胺）（VB6）转氨和脱羧过程中的辅酶，在AA代谢中非常重要。转氨：通过醛、胺转化，转移氨基。返回返回磷酸吡哆醛
12、与磷酸吡哆胺的分子结构返回返回6氰钴胺素（B12）变位酶的辅酶，也参与甲基及其它一碳单位的转移反应返回返回7硫辛酸是丙酮酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶的辅基递氢、递酰基返回返回8GSH谷胱甘肽递氢2GSHGSSG返回返回返回返回9铁卟啉血红素递电子返回返回10.生物素(biotin)生物素是羧化酶的辅基，在体内参与CO2的固定和羧化反应。返回返回11.四氢叶酸四氢叶酸（FH4）由叶酸(folicacid)衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶，其N5和N10原子与一碳单位基团结合，与嘌呤和嘧啶的合成有关。返回返回四氢叶酸的分子结构四氢叶酸的分子结构5, 6, 7, 8-四氢叶酸四氢
13、叶酸 2-氨基氨基-4-羟基羟基-6-甲基甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶四氢蝶呤啶对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸返回返回辅酶与辅基的主要生理功用 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。 运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。 返回返回（三）金属离子1活性中心的组成成分如多酚氧化酶中的Cu2在酶(E)与底物(S)之间起作用，使E具有活性构象，如羧肽酶Zn3稳定结构：稳定酶蛋白催化活性所必需的稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象。分子构象。返回返回三、酶的结构（一）酶蛋白与蛋白质相同，都有一定的空间结构（二）根据酶蛋白结构上的特点，酶分为：1单体酶：一条多肽链组成的
14、酶，分子量1.33.5万2寡聚酶：多条多肽链组成的酶，分子量3.5几百万返回返回3多酶复合体：功能相关的几个酶嵌合成的聚合体，分子量几百万以上，更有利于一系列反应的进行。4、多酶体系有机体内，催化某一代谢途径总是由许多酶组成连续的体系，这一代谢途径中的所有酶，通过许多连续的中间代谢物，形成不可分割的庞大酶系多酶体系。返回返回多功能酶多功能酶多酶复合体多酶复合体HS-ACP - - - -酮脂肪酮脂肪酮脂肪酮脂肪酰合酶酰合酶酰合酶酰合酶-SH-SH - - - -酮脂肪酮脂肪酮脂肪酮脂肪酰还原酶酰还原酶酰还原酶酰还原酶 , , , , - - - -烯脂烯脂烯脂烯脂肪酰水化酶肪酰水化酶肪酰水化酶
15、肪酰水化酶 , , , , - - - -烯脂烯脂烯脂烯脂肪酰还原酶肪酰还原酶肪酰还原酶肪酰还原酶丙二酰单丙二酰单丙二酰单丙二酰单酰转移酶酰转移酶酰转移酶酰转移酶长链脂肪长链脂肪长链脂肪长链脂肪酰硫解酶酰硫解酶酰硫解酶酰硫解酶脂肪酰脂肪酰脂肪酰脂肪酰转移酶转移酶转移酶转移酶返回返回四、酶的活性中心（一）活性中心的含义（二）活性中心的形成（三）酶原返回返回（一）活性中心的含义酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接相关的部位。或酶分子中与底物结合部位和催化部位所形成的微区。返回返回返回返回溶菌酶的活性中心返回返回已已糖糖激激酶酶的的活活性性中中心心返回返回 结合基团结合基团 活性中心内必需基团
16、活性中心内必需基团 催化基团催化基团 活性中心外必需基团活性中心外必需基团底底 物物 活性中心外的活性中心外的必需基团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 返回返回酶分子活性中心结合部位（1几个aa）催化部位（1几个aa）维持活性中心的必需基团其它部分（非必需部分）酶分子由三部分组成必需基团返回返回活性中心的基团均属必需基团，但必需基团并不仅指活性中心的基团，还包括那些在活性部位以外的对维持酶的空间构象必需的基团。我们可以将酶的必需基团按其功能分为三种：有专门结合底物的基团，叫做结合基团。有专门催化底物的基团叫做催化基团。我们把结合基团和催化基团又叫做活性中心内的必需基团
17、。还有专门维持酶活性中心的空间构象的基团，我们把这种基团叫做活性中心外的必需基团。返回返回返回返回（二）活性中心的形成酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定的空间结构，使有关的aa形成微区。活性中心一般为低介电区（非极性环境、或疏水区）返回返回（三）酶原1定义某些酶（特别是与消化作用有关的酶）初合成时没有活性，这些没有活性的酶的前体称为酶原。2、酶原激活酶原变成酶的过程（切去几个aa的肽段）。例胰凝乳蛋白酶3、酶原激活的实质酶活性中心的形成或暴露过程。返回返回返回返回第四节 酶的作用机理一、催化作用的本质降低活化能二、酶与底物的结合三、加快反应速度的因素(酶高效催化的原理)四、 酶作用机理实例胰凝乳
18、蛋白酶返回返回降低了反应活化能。一、催化作用的本质返回返回在反应体系中，任何反应分子都有进行化学反应的可能，但只有能量达到或超过某一限度（能阈）的活化分子，才能在碰撞中起化学反应。能阈活化能：活化分子处于活化态，活化态与常态的能量差，也就是分子由常态转变为活化态所需的能量称为活化能。（一） 概念返回返回达到或超过能阈的分子活化分子活化分子越多反应速度越快。提高活化分子数量酶为什么能降低活化能？目前比较满意的解释是中间产物学说。对反应体系加热，照射降低活化能返回返回（二）中间产物学说返回返回中间产物学说酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生
19、成产物。 非酶促反应 酶促反应 反应分两步走，活化能大大降低，因此反应易进行。SPS+EESP+E返回返回返回返回二、酶与底物的结合（一）结合力离子键、H键、范德华力、共价键返回返回（二）结合方式1锁钥学说：Emil.Fischer于1890年提出的，认为酶和底物的结合状如钥匙与锁的关系。S的结构与酶活性中心结构完全吻合，二者靠近紧密结合，形成中间络合物（动画）可解释绝对专一性不好解释相对专一性返回返回2诱导契合学说：1958年D.E.Koshland提出。（1）E活性中心结构与S结构不一定完全吻合。（2）E构象受S诱导而变构二者结合。（3）反应后，E构象复原。（动画）返回返回羧羧肽肽酶酶的的
20、诱诱导导契契合合模模式式 底物底物返回返回三、加快反应速度的因素（一）邻近和定向效应（二）张力和变形（三）酸碱催化（四）共价催化（亲核亲电催化）（五）微环境的影响返回返回（一）邻近和定向效应邻近：S 与E 活性中心的邻近，对于双分子反应来说也包含酶活性中心上两S之间邻近。 酶活性中心区域内底物浓度高（比外界高上万倍），分子间的反应类似分子内反应加快反应速度。返回返回定向：除靠近外，反应基团彼此严格“定向”（正确的立体化学排列）为分子轨道交叉提供有利条件。（只有既靠近又定向，反应物分子才被利用，迅速形成过渡态。）返回返回E与S诱导契合过程中，E受S诱导而变构，同时变化的E分子使S分子中的敏感键产
21、生“张力”或“变形”，使敏感键易于断裂。（二）张力和变形返回返回（三）酸碱催化返回返回广义酸：质子的供体广义碱：质子的受体酶分子中酸基团酶分子中酸基团酶分子中碱基团酶分子中碱基团返回返回例酯水解返回返回（四）共价催化（亲核亲电催化） E 与S 形成一个反应活性很高的不稳定的共价中间产物，加快反应。共价催化的最一般形式是催化剂的亲核基团对底物中亲电子的碳原子进行攻击，形成共价中间物。返回返回返回返回返回返回（五）微环境的影响E活性中心为低介电区（非极性的），S的敏感键易与E的催化基团形成很大的反应力，加快反应速度。返回返回四、 酶作用机理实例胰凝乳蛋白酶（一）E的特点1、酶原由245个AA残基组
22、成，分子量25000，大小514040A2、酶的底物结合部位为一非极性疏水口袋疏水口袋。整个分子由三条多肽链通过两个二硫键相连，结构中螺旋少，部分为反平行折叠。3、专一性：4、活性中心Asp102His57Ser195水解羧基端芳香族水解羧基端芳香族AA 的肽键的肽键返回返回返回返回 通过电荷转移，使Ser 有更强的亲核力返回返回返回返回酶酶与底物结合，形成（与底物结合，形成（ ES ）底物肽键断裂底物肽键断裂形成酰化酶中间物形成酰化酶中间物返回返回咪唑基接受水的氢，形成四联咪唑基接受水的氢，形成四联体过渡中间物体过渡中间物咪唑基提供一个质子（酸）给咪唑基提供一个质子（酸）给Ser195的氧，羧基产物形成，的氧，羧基产物形成，酶游离酶游离
