基础生物化学酶课件.ppt

1、1第三章第三章 酶酶 （enzyme）2n n掌握酶的概念及催化特性掌握酶的概念及催化特性n n了解酶的分类及结构与功能的关系了解酶的分类及结构与功能的关系n n掌握酶的作用机理掌握酶的作用机理n n掌握酶促反应的机理及其动力学掌握酶促反应的机理及其动力学n n了解一些重要的酶类了解一些重要的酶类n n了解酶的调节方式了解酶的调节方式n n了解维生素的重要的辅酶形式了解维生素的重要的辅酶形式学习目的学习目的3一一.酶的研究简史酶的研究简史n n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。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。n n18571

2、857年，巴斯德（年，巴斯德（年，巴斯德（年，巴斯德（PasteurPasteur）：酒精发酵是酵母细胞活）：酒精发酵是酵母细胞活）：酒精发酵是酵母细胞活）：酒精发酵是酵母细胞活动的结果；动的结果；动的结果；动的结果；n n18781878年，德国生理学家库恩提出酶（源自希腊语年，德国生理学家库恩提出酶（源自希腊语年，德国生理学家库恩提出酶（源自希腊语年，德国生理学家库恩提出酶（源自希腊语“在酵在酵在酵在酵母中母中母中母中”）的概念。）的概念。）的概念。）的概念。n n18971897年，年，年，年，BchnerBchner兄弟用不含细胞的酵母提取液实现了兄弟用不含细胞的酵母提取液实现了兄弟用

3、不含细胞的酵母提取液实现了兄弟用不含细胞的酵母提取液实现了发酵，证明发酵无需活细胞；发酵，证明发酵无需活细胞；发酵，证明发酵无需活细胞；发酵，证明发酵无需活细胞；The Nobel Prize in Chemistry 1907for his biochemical researches for his biochemical researches and his discovery of cell-free and his discovery of cell-free fermentationfermentation4n n19131913年，年，年，年，MichaelisMichaelis

4、和和和和MentenMenten提出酶促动力学原理提出酶促动力学原理提出酶促动力学原理提出酶促动力学原理-米米米米氏学说氏学说氏学说氏学说;n n19261926年，年，年，年，SumnerSumner首次提取出脲酶并证明其本质是蛋白首次提取出脲酶并证明其本质是蛋白首次提取出脲酶并证明其本质是蛋白首次提取出脲酶并证明其本质是蛋白质；质；质；质；The Nobel Prize in Chemistry 1946 Sumner Stanley Northropfor their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form for

5、 his discovery that enzymes can be crystallized 1/2 of the prize 1/4 of the prize 1/4 of the prize5n n1982年，年，Cech首次发现首次发现RNA也具有酶的催也具有酶的催化活性，提出核酶（化活性，提出核酶（ribozyme）的概念）的概念n n1995年，年，Jack W.Szostak研究室首先报道了研究室首先报道了具有具有DNA连接酶活性连接酶活性DNA片段，称为脱氧片段，称为脱氧核酶核酶(deoxyribozyme)6n n酶（酶（enzyme）：）：是活细胞合成的、对其特异是活细胞合

6、成的、对其特异的底物起高效催化作用的的底物起高效催化作用的蛋白质蛋白质。n n核酶（核酶（ribozyme）：）：是近年来发现的对是近年来发现的对RNA具有高效特异催化作用的具有高效特异催化作用的RNA，其作用主要，其作用主要参与参与RNA的剪接。的剪接。n n脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)：具有催化活性的具有催化活性的DNA具催化作用的生物物质：具催化作用的生物物质：7n n酶是生物细胞产生的，以蛋白质为主要成分酶是生物细胞产生的，以蛋白质为主要成分的生物催化剂。的生物催化剂。n n酶催化的生物化学反应，称为酶促反应酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（Enzymatic re

7、actionEnzymatic reaction）n n在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物（物（substratesubstrate）。）。二二.酶是生物催化剂（酶是生物催化剂（biocatalysts）1.酶的概念酶的概念1.1 酶的概念酶的概念8n n极高的催化效率极高的催化效率极高的催化效率极高的催化效率 酶促反应的速度比非酶促反应通常要快酶促反应的速度比非酶促反应通常要快酶促反应的速度比非酶促反应通常要快酶促反应的速度比非酶促反应通常要快10105 510101717 倍倍倍倍n n高度专一性高度专一性高度专一性高度专一性 铂：催化许多反应，

8、包括有机反应铂：催化许多反应，包括有机反应 H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等 酶：作用于结构近似的分子，甚至只催化一种化酶：作用于结构近似的分子，甚至只催化一种化合物合物n n易失活易失活易失活易失活n n催化活性受到调节、控制催化活性受到调节、控制催化活性受到调节、控制催化活性受到调节、控制n n有些酶的催化活性与辅因子（有些酶的催化活性与辅因子（有些酶的催化活性与辅因子（有些酶的催化活性与辅因子（cofactorcofactor）有关）有关）有关）有关1.2 酶的作用特点酶的作用特点9n n一种酶只能作用于某一类或某一特定物质，一种酶只能作用于某一类或某一特定物

9、质，这就是酶的专一性（这就是酶的专一性（specitificityspecitificity）n专一性主要取决于酶的专一性主要取决于酶的活性中心活性中心的构象和性的构象和性质质n n酶的专一性分为两种情况：酶的专一性分为两种情况：结构专一性（结构专一性（structure structure specitificityspecitificity）立体异构专一性（立体异构专一性（stereostereospecitificityspecitificity）2.酶的专一性酶的专一性10 根据酶对底物结构的要求不同，分为相根据酶对底物结构的要求不同，分为相对专一性和绝对专一性。对专一性和绝对专一性。

10、n n绝对专一性绝对专一性(absolute specificityabsolute specificity)：这些酶对底：这些酶对底物有非常严格的要求，只作用一种底物。物有非常严格的要求，只作用一种底物。如脲酶只作用于尿素而不作用于其衍生物如脲酶只作用于尿素而不作用于其衍生物(如尿素的甲基取代物或氯取代物如尿素的甲基取代物或氯取代物)。2.1 结构专一性结构专一性11n n相对专一性相对专一性(relative specificityrelative specificity)：酶对底物要求：酶对底物要求较低，作用的底物不至一种，对作用底物键的较低，作用的底物不至一种，对作用底物键的两端的要求

11、程度不同又可分为基团专一性和键两端的要求程度不同又可分为基团专一性和键专一性。专一性。A.键专一性键专一性：酶对键的两端无严格要求，只要：酶对键的两端无严格要求，只要求一定的键。如：酯酶求一定的键。如：酯酶(lipase)、二肽酶等。、二肽酶等。12 B.基团专一性基团专一性：又称族专一性。酶不但要求：又称族专一性。酶不但要求底物一定的化学键，而且对键一端的基团也有底物一定的化学键，而且对键一端的基团也有严格要求。严格要求。如：如：-D-葡萄糖苷酶不但要求葡萄糖苷酶不但要求 -糖苷键，并糖苷键，并要求键的一端必须有葡萄糖残基，而对另一端要求键的一端必须有葡萄糖残基，而对另一端基团无严格要求，可

12、水解蔗糖和麦芽糖。基团无严格要求，可水解蔗糖和麦芽糖。13 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性。酶对底物的立体构型的特异要求，度的专一性。酶对底物的立体构型的特异要求，可分为旋光异构专一性和几何异构专一性。可分为旋光异构专一性和几何异构专一性。n n旋光异构专一性旋光异构专一性 当底物有旋光异构体时，酶只作用其中当底物有旋光异构体时，酶只作用其中的一种。如的一种。如L-AA氧化酶只作用于氧化酶只作用于L-AA、L-乳乳酸脱氢酶的底物只能是酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸，而不能是型乳酸，而不能是D型乳酸。型乳酸。2.2 立体异构专一性立体异构专一性14

13、例如乳酸脱氢酶是具有立体异构特异性的例如乳酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸的可逆反酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸的可逆反应。应。15L(+)乳酸通过其不对称乳酸通过其不对称C原子上的原子上的CH3、COOH及及OH基分别与乳酸脱氢酶活性中心的基分别与乳酸脱氢酶活性中心的A、B及及C三个三个功能基团结合，故可受酶催化而转变为丙酮酸。功能基团结合，故可受酶催化而转变为丙酮酸。D(-)乳酸由于乳酸由于OH、COOH的空间位置与的空间位置与L(+)乳酸相乳酸相反，与酶的三个结合基团不能完全配合，故不能与反，与酶的三个结合基团不能完全配合，故不能与酶结合受其催化。酶结合受其催

14、化。16n n几何异构专一性几何异构专一性：如延胡索酸水化酶只催化：如延胡索酸水化酶只催化延胡索酸即反延胡索酸即反-丁烯二酸水合生成苹果酸及其丁烯二酸水合生成苹果酸及其逆反应，而不催化顺逆反应，而不催化顺-丁烯二酸。丁烯二酸。1718n n几乎所有的酶都是蛋白质，有的是简单蛋白几乎所有的酶都是蛋白质，有的是简单蛋白质，有的是结合蛋白质，具有蛋白质的一切质，有的是结合蛋白质，具有蛋白质的一切性质。性质。3.酶的化学本质酶的化学本质3.1 酶是蛋白质酶是蛋白质19n n单纯酶：单纯酶：生物活性仅决定于蛋白质部分生物活性仅决定于蛋白质部分n n结合酶结合酶 由蛋白质和非蛋白质部分组成的酶由蛋白质和非

15、蛋白质部分组成的酶 非蛋白部分一般是有机小分子化合物或非蛋白部分一般是有机小分子化合物或金属离子，称为辅因子金属离子，称为辅因子3.2 结合酶和辅因子结合酶和辅因子20酶蛋白酶蛋白(apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)全全 酶酶(holoenzyme)决定反应的特异性决定反应的特异性决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质21 辅酶辅酶辅酶辅酶 (coenzyme):(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。方法除去。方法除去。方法除去。辅基辅基辅基

16、辅基 (prosthetic group):(prosthetic group):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去滤的方法除去滤的方法除去滤的方法除去。n n辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为：辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为：辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为：辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为：22n金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失 n金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密紧密n金属离子的作用金属离子的作用 参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。23小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催