生物化學(xué)-PowerPointPresentation

1、1 主要介紹酶的化學(xué)本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和特性；酶的作用動(dòng)力學(xué)；酶的作用機(jī)理；酶的應(yīng)用；還介紹了別構(gòu)酶、共價(jià)調(diào)節(jié)酶、同工酶等的概念、性質(zhì)、生物學(xué)意義。 主要內(nèi)容：第五章 酶 化 學(xué) 2第一節(jié) 概述 酶(enzyme)是活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的具有高度專(zhuān)一性和催化效率的蛋白質(zhì)，又稱為生物催化劑，生物體在新陳代謝過(guò)程中，幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的。一、酶的概念3 酶是生物催化劑(biological catalyst)，具有兩方面的特性，既有與一般催化劑相同的催化性質(zhì)，又具有一般催化劑所沒(méi)有的生物大分子的特征。酶與一般催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)，縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，而不改變平衡點(diǎn)。酶作

2、為催化劑在化學(xué)反應(yīng)的前后沒(méi)有質(zhì)和量的改變。微量的酶就能發(fā)揮較大的催化作用。酶和一般催化劑的作用機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activation energy)。因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，所以酶促反應(yīng)又固有其特點(diǎn)。4二、酶催化作用的特點(diǎn) 1.酶促反應(yīng)具有極高的催化效率 2.酶促反應(yīng)的高度特異性 特異性根據(jù)嚴(yán)格程度不同，又可分為絕對(duì)特異性(absolute specificity)、相對(duì)特異性(relative specificity)、立體異構(gòu)特異性(stereospecificity)三種類(lèi)型。 （1）絕對(duì)特異性 （2）相對(duì)特異性 （3）立體異構(gòu)特異性 3.酶促反應(yīng)的可調(diào)性 5三、酶的命名和分類(lèi)(一)習(xí)慣

3、命名法1. 一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；對(duì)水解酶類(lèi)，只要底物名稱即可，如蔗糖酶、膽鹼酯酶、蛋白酶等。 2. 依據(jù)其催化反應(yīng)的性質(zhì)來(lái)命名：如水解酶、轉(zhuǎn)氨酶等。3. 結(jié)合1、2的命名：如琥珀酸脫氫酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。4. 有時(shí)在底物名稱前冠以酶的來(lái)源或其他特點(diǎn)：如血清谷氨酸丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶、唾液淀粉酶、堿性磷酸酯酶和酸性磷酸酯酶等。習(xí)慣命名法簡(jiǎn)單，應(yīng)用歷史長(zhǎng)，但缺乏系統(tǒng)性，有時(shí)出現(xiàn)一酶數(shù)名或一名數(shù)酶的現(xiàn)象。6 (二)系統(tǒng)命名法 鑒于新酶的不斷發(fā)展和過(guò)去文獻(xiàn)中對(duì)酶命名的混亂，國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)規(guī)定了一套系統(tǒng)的命名法，使一種酶只有一種名稱。 它包括酶的系統(tǒng)命名和4個(gè)數(shù)字分類(lèi)的酶編號(hào)。 例

4、如對(duì)催化下列反應(yīng)酶的命名： ATP + D葡萄糖 ADP + D葡萄糖-6-磷酸 該酶的正式系統(tǒng)命名是：ATP：葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶，表示該酶催化從ATP中轉(zhuǎn)移一個(gè)磷酸到葡萄糖分子上的反應(yīng)。 它的分類(lèi)編號(hào)是：E.C.2.7.1.1；E.C代表按國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)規(guī)定的命名，第1個(gè)數(shù)字(2)代表酶的分類(lèi)名稱(轉(zhuǎn)移酶類(lèi))，第2個(gè)數(shù)字(7)代表亞類(lèi)(磷酸轉(zhuǎn)移酶類(lèi))，第3個(gè)數(shù)字(1)代表亞亞類(lèi)(以羥基作為受體的磷酸轉(zhuǎn)移酶類(lèi))，第4個(gè)數(shù)字(1)代表該酶在亞-亞類(lèi)中的排號(hào)(D葡萄糖作為磷酸基的受體)。72.酶的分類(lèi) （1）氧化還原酶類(lèi)(oxidoreductases) 催化底物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的酶類(lèi)。例如，乳酸脫

5、氫酶、細(xì)胞色素氧化酶等。（2）轉(zhuǎn)移酶類(lèi)(transferases) 催化底物之間進(jìn)行某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換的酶類(lèi)。例如，甲基轉(zhuǎn)移酶、轉(zhuǎn)氨酶等。（3）水解酶類(lèi)(hydrolases) 催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶類(lèi)。例如，淀粉酶、核糖核酸酶等。（4）裂解酶類(lèi)(或裂合酶類(lèi)，lyases) 催化從底物移去一個(gè)基團(tuán)并留下雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)的酶類(lèi)。例如，碳酸酐酶、檸檬酸合成酶等。（5）異構(gòu)酶類(lèi)(isomerases) 催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化的酶類(lèi)。例如，磷酸己糖同分異構(gòu)酶等。（6）合成酶類(lèi)(或連接酶類(lèi)，ligases) 催化兩分子底物合成為一分子化合物，同時(shí)偶聯(lián)有ATP的磷酸鍵斷裂釋能的酶類(lèi)。例如，

6、氨基酰-tRNA合成酶等。8（三）六大類(lèi)酶催化反應(yīng)的性質(zhì) 1氧化還原酶類(lèi)（oxido-reductases） 催化氧化還原反應(yīng)的酶，包括氧化酶類(lèi)、脫氫酶類(lèi)、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等。 （1）氧化酶類(lèi)：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或H2O2 。2A2H+O2 2A+2H2O A2H+O2 A+H2O2 9鄰苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1，鄰苯二酚：氧氧化酶） 鄰苯二酚鄰苯醌例：10（2）脫氫酶類(lèi)：直接催化底物脫氫 A2H + B A + B2H 例：乳酸脫氫酶（EC 1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化還原酶） 乳酸丙酮酸112轉(zhuǎn)移酶類(lèi)（transferases） 催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移 例

7、：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）（EC 2.6.1.2，L-丙氨酸： 酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶） 123水解酶類(lèi)（hydrolases） AB + H2O AOH + BH 4裂合酶類(lèi)（lyases） 從底物移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵或逆反應(yīng) AB A + B 例1：13例2：145異構(gòu)酶類(lèi)（isomerase） 催化異構(gòu)化反應(yīng) 例：156連接酶類(lèi)（ligases, 也稱synthetases合成酶類(lèi)） 將兩個(gè)小分子合成一個(gè)大分子，通常需要ATP供能。 例： 16第二節(jié) 酶的分子組成 一、單純酶 單純酶是僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶，其催化活性僅由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定。如胃蛋白酶，淀粉酶、脂酶等。 二、結(jié)合酶 結(jié)合酶的組成

8、除了蛋白質(zhì)部分外，還有非蛋白質(zhì)部分，前者稱為酶蛋白(apoenzyme)，后者稱為輔助因子(cofactor)。酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶(holoenzyme)。單獨(dú)存在的酶蛋白或輔助因子都沒(méi)有酶活性，只有形成全酶后才有催化作用。 17第三節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)和功能 與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)我們稱之為酶的必需基團(tuán)(essential group) 。 由必需基團(tuán)構(gòu)成的區(qū)域，可以與底物特異地結(jié)合，并能將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，被稱為酶的活性中心(active center)。 一、酶的分子結(jié)構(gòu) 酶活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)可分為兩種：一是結(jié)合基團(tuán)，其作用是與底物相結(jié)合，使底物與酶的一定構(gòu)象形成復(fù)合物

9、；另一是催化基團(tuán)，其作用是影響底物中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，促進(jìn)底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，有些必需基團(tuán)同時(shí)具有這兩方面的功能。 18二、酶原及酶原激活 無(wú)活性的酶的前體稱作酶原(zymogen)。無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)化為有活性的酶的過(guò)程稱為酶原的激活。 酶以酶原的形式合成或初分泌具有重要的生物學(xué)意義。第一，酶原可以保護(hù)組織細(xì)胞不受酶的作用而被破壞。此外，酶原還可以視為酶的儲(chǔ)存形式。如凝血酶類(lèi)和纖維蛋白溶解酶類(lèi)以酶原的形式在血液循環(huán)中運(yùn)行，一旦需要便轉(zhuǎn)化為有活性的酶，發(fā)揮其對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用。 酶原的激活的實(shí)質(zhì)是酶的活性中心形成或暴露的過(guò)程。 19三、同工酶 同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋

10、白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)都不同的一組酶。 四、酶的作用機(jī)理 1、酶底物復(fù)合物的形成（中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)）和誘導(dǎo)契和學(xué)說(shuō) 2、鄰近效應(yīng)與定向排列 3、多元催化(multielement catalysis) 4、表面效應(yīng)(surface effect) 20第四節(jié) 影響酶促反應(yīng)速度的因素一、底物濃度的影響 米氏方程式 V= Vmax為最大反應(yīng)速度(maximum velocity)，S為底物濃度，Km為米氏常數(shù)(Michaelis constant)，V是在不同S時(shí)的反應(yīng)速度。 當(dāng)?shù)孜餄舛群艿?S Km)時(shí),V=Vmax S/ Km,反應(yīng)速度與底物濃度成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛群芨?S Km)時(shí)，

11、VVmax，反應(yīng)速度達(dá)最大速度，再增加底物濃度也不再影響反應(yīng)速度。 21Km是酶學(xué)研究中一個(gè)常數(shù)，有重要意義：1當(dāng)反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)，米氏方程式可以變換如下： = 整理得Km=S。由此可見(jiàn)，Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。 2.Km值可用來(lái)表示酶對(duì)底物的親和力。Km值愈小，酶與底物的親和力愈大。這表示不需要很高的底物濃度便可達(dá)到最大反應(yīng)速度。反之，Km愈大，酶與底物的親和力愈小。 3.Km值是酶的特征性常數(shù)一，只與酶的結(jié)構(gòu)、酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境（如溫度、pH、離子強(qiáng)度）有關(guān)，與酶的濃度無(wú)關(guān)。各種同工酶的Km值也不同。 22二、酶濃度 對(duì)大多數(shù)酶促反應(yīng)來(lái)說(shuō)，在適宜的溫

12、度、PH值和底物濃度一定的條件下，反應(yīng)速度至少在初始階段與酶的濃度成正比。如果反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，則速度將降低，這主要是因?yàn)榈孜餄舛认陆导敖K產(chǎn)物對(duì)酶的抑制之故。23三、PH值 酶是蛋白質(zhì)，在極端的酸性或堿性條件下會(huì)變性而完全失去活性，大多數(shù)酶的最適PH值為4.5-8.0范圍內(nèi)。24五、底物濃度 酶催化反應(yīng)可用下式表示：E + S= ES E + P 式中E、S、ES、P分別代表酶、底物、酶底物絡(luò)合物和產(chǎn)物，可推出下列公式（米氏方程）：V = VmaxS/（Km+S）式中：V 測(cè)定的反應(yīng)初速度 Vmax 最大反應(yīng)速度 公式用圖表示，則如圖（1）所示，由公式及圖可得出下列結(jié)論：四、溫度的影響 溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度具有雙重影響。一方面，酶促反應(yīng)和一般化學(xué)反應(yīng)一樣，升高溫度可加快反應(yīng)速度。另一方面，隨著溫度升高，酶的變性增強(qiáng)，催化能力減弱。綜合這兩種因素，酶作用必然有一個(gè)最適合的溫度，酶促反應(yīng)速度最快時(shí)的環(huán)境溫度為酶促反應(yīng)的最適溫度。 251、當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí)，酶反應(yīng)的速度趨于一個(gè)極限值，即Vmax。2、當(dāng)V=1/2Vmax時(shí)，則1/2=S/（Km+S），或Km=S，即米氏常數(shù)相當(dāng)于反應(yīng)速度為最大速度一半時(shí)的底物濃度。Km是酶和底物親和力的度量，Km值小表示底物對(duì)酶的親和力大，酶催化反應(yīng)的速度也大。3、 Km是酶學(xué)中的一個(gè)重要常數(shù)，它的倒數(shù)1/Km