第四章-酶-1課件

第四章酶第一節(jié)酶的概念第二節(jié)酶的結(jié)構(gòu)與組成第三節(jié)酶的作用機(jī)制第四節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)第五節(jié)酶的活性調(diào)節(jié)第六節(jié)酶的分離純化及酶工程(自學(xué)）第一節(jié)酶的概念

一、酶及酶的作用特點(diǎn)酶（Enzyme）：是生物活細(xì)胞產(chǎn)生的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑。酶催化作用的特點(diǎn)1、酶催化的高效性2、酶催化的專一性3、酶活性的可調(diào)控性4、酶易失活（易變性）5、常需要輔助因子6、作用條件溫和1、酶催化的高效性NH2C=O+H2O脲酶CO2+2NH3NH2

Fe粉脲酶的催化效率比Fe粉高1015倍。2、酶催化的專一性一種酶只能作用于某一類或某種特定的物質(zhì)。G+ATP己糖激酶G-6-P+ADP當(dāng)生物體內(nèi)G-6-P積累時，會抑制己糖激酶的活性，避免G和ATP的過分消耗。4、酶易失活（易變性）凡使Pr變性的因素均使酶破壞而失活.5、常需要輔助因子6、作用條件溫和3、酶活性的可調(diào)控性1、酶的主要成分為蛋白質(zhì)1926年Sumner第一次從刀豆種子中提取了脲酶結(jié)晶，證明其具有蛋白質(zhì)性質(zhì)30年代，Northrop又分離出結(jié)晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，證明酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)

二、酶的化學(xué)本質(zhì)

1982年，美國科學(xué)家T.Cech發(fā)現(xiàn)原生動物四膜蟲的26SrRNA前體具有自我拼接的催化活性。T.Cech將這種RNA命名“Ribozyme”。核酶（Ribozyme）：指對RNA具有催化活性的RNA，Ribozyme的化學(xué)本質(zhì)是RNA。目前已發(fā)現(xiàn)了幾十種核酶。2、Ribozyme（核酶）酶的專一性：是指酶對底物及催化的反應(yīng)的選擇性。一種酶僅能作用于一種物質(zhì)或一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，促其發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。

結(jié)構(gòu)專一性絕對專一性

專相對專一性一性立體異構(gòu)專一性

三、酶的專一性1、絕對專一性：酶對底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一種底物。如：

過氧化氫酶底物：過氧化氫脲酶底物：尿素1）鍵專一性有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵兩端的基團(tuán)并無嚴(yán)格要求。2、相對專一性：對底物要求程度較低，能作用于結(jié)構(gòu)相似的一類物質(zhì)。2）基團(tuán)專一性另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團(tuán)還有一定要求，往往是對其中一個基團(tuán)要求嚴(yán)格，對另一個基團(tuán)則要求不嚴(yán)格。Ra-葡萄糖苷酶+H2OROHH+（1）旋光異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時一酶只能作用于其中的一種。如：L-AA氧化酶只能催化L-AA氧化，對D-AA無作用。（2）順反異構(gòu)專一性：對具有順式和反式異構(gòu)的底物具嚴(yán)格的選擇性。3、立體異構(gòu)專一性（一）酶的命名

1、習(xí)慣命名底物名稱：脲酶、淀粉酶、蛋白酶反應(yīng)性質(zhì)：脫氫酶、加氧酶、轉(zhuǎn)氨酶兩者結(jié)合：琥珀酸脫氫酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶酶的來源：胃蛋白酶、木瓜蛋白酶

2、國際系統(tǒng)命名法底物1：底物2反應(yīng)類型如：琥珀酸：FAD氧化還原酶四、酶的命名和分類（二）酶的分類1、氧化還原E類:催化氧化還原反應(yīng)的EAH2+BA+BH2

脫氫EAH2+O2A+H2O2

氧化E

如：琥珀酸脫氫E、多酚氧化E國際酶學(xué)委員會（EnzymeCommittee,EC)制定的“國際系統(tǒng)分類法”將E促反應(yīng)分為六大類:

2、轉(zhuǎn)移E類：催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移的E

AR+BA+BR

如：轉(zhuǎn)氨E、己糖激E

3、水解E類：催化水解反應(yīng)的EAB+H2OAOH+BH

如：蛋白E、淀粉E、脂肪E

4、裂合酶類：催化從底物上移去某些基團(tuán)而形成雙鍵的非水解性反應(yīng)及其逆反應(yīng)的E

ABA+B

如：醛縮酶、脫氨E、脫羧酶

5、異構(gòu)酶類：催化同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變的E

AB

如：G異構(gòu)E、甘油變位E

6、合成E類：催化一切必須與ATP分解相偶聯(lián)的合成反應(yīng)的EA+B+ATPAB+ADP+Pi

如：Gln合成E,丙酮酸羧化E酶的編號

如：乳酸脫氫E

酶學(xué)委員會類亞類亞亞類順序號

EC1·1·1·27

EC

4.2.1.12

一、酶的分子結(jié)構(gòu)1、單體酶:

只有一條多肽鏈,一般是水解E,如蛋白E、羧肽E。2、寡聚酶：由兩個或兩個以上的亞基組成3、多酶復(fù)合體：由幾個酶有組織的聚集在一起,功能上相互配合，第一個E的產(chǎn)物是第二個E的底物，如丙酮酸脫氫酶系、脂肪酸合成酶系。第二節(jié)酶的組成(P71+P104）1、單純酶：只由蛋白質(zhì)組成，如脲酶、淀粉酶、蛋白酶。2、結(jié)合酶：除蛋白質(zhì)外，還有對熱穩(wěn)定的非蛋白小分子物質(zhì)，稱輔因子。按化學(xué)成分酶分為全酶：酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在時均無活性，二者只有結(jié)合成完整的分子時，才具有活性。酶蛋白及輔助因子結(jié)合起來成為全酶。

全酶酶蛋白+輔因子決定酶促反應(yīng)的作為電子、原

專一性和高效性子或基團(tuán)的載

體參與反應(yīng)

并促進(jìn)反應(yīng)輔因子：金屬離子、輔酶、輔基金屬離子：Fe2+，Mg2+，Ca2+等

1、活性中心的組成成分

如多酚氧化酶中的Cu

2、在酶與底物之間起作用

如羧肽酶中的Zn

3、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，

用透析法可以除去

輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密，

不能用透析法除去

小分子有機(jī)化合物

（一）含義酶的活性中心：指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的部位。

結(jié)合部位：與底物結(jié)合，決定

酶的專一性

活性中心

催化部位：底物的敏感鍵在此

處斷裂而形成新鍵，

決定酶的高效性三、酶的活性中心(P77)必需基團(tuán)：E分子中有些基團(tuán)若經(jīng)化學(xué)修飾則E活性喪失，這些基團(tuán)稱為必需基團(tuán)，包括活性中心基團(tuán)及維持活性中心的基團(tuán)。

活性中心結(jié)合部位

必需基團(tuán)催化部位酶分子維持活性中心的必需基團(tuán)

其它部分（非必需基團(tuán)）

酶蛋白多肽鏈經(jīng)過盤繞折疊形成特定的空間結(jié)構(gòu)，使相關(guān)的AA形成微區(qū)。

（三）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特征（總結(jié)）

1、活性中心是酶分子表面的一個凹穴或縫隙，有一定的大小和特殊的構(gòu)象，在與底物接觸時表現(xiàn)一定的柔性。（二）酶活性中心的形成2、構(gòu)成活性中心的大多數(shù)AA殘基為疏水性的，使此小區(qū)形成一個非極性的微環(huán)境，有利于與底物作用。在活性中心內(nèi)僅有少數(shù)極性AA殘基以其功能基團(tuán)直接與底物作用?；钚灾行牡腁A在一級結(jié)構(gòu)上相距很遠(yuǎn)，甚至不在一條肽鏈上，但在三級結(jié)構(gòu)上比較靠近。3、在活性中心，底物以弱鍵與酶結(jié)合（有利于產(chǎn)物形成）。1、酶原：某些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時沒有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶前身物稱為酶原。2、酶原激活：酶原變成酶的過程（切去幾個AA的肽段）。

實(shí)質(zhì)：酶活性中心的形成或暴露過程。（四）酶原與酶原激活（P86）一、酶催化作用的本質(zhì)（一）活化能達(dá)到或超過某一限度（能閾）的分子---活化分子常態(tài)分子變?yōu)榛罨肿铀璧哪芰糠Q為活化能常態(tài)分子變?yōu)榛罨肿拥耐緩剑?）加熱或光照射，直接增加活化分子數(shù)目。

2）降低活化能，間接增加活化分子數(shù)目。

酶催化作用的本質(zhì)：降低反應(yīng)的活化能

第三節(jié)酶的作用機(jī)制(P75)酶在催化過程中,酶先與底物（S）形成中間產(chǎn)物ES（酶的活化中心與底物形成多個次級鍵），使反應(yīng)活化能降低，然后中間產(chǎn)物再生成反應(yīng)產(chǎn)物P。（二）中間產(chǎn)物學(xué)說

——酶降低活化能的原因

非酶促反應(yīng)SP

酶促反應(yīng)E+SES*EPE+P底物分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的部位與酶分子活性中心具有緊密互補(bǔ)的關(guān)系。

二、酶專一性的作用機(jī)理1、鎖鑰學(xué)說

1964年Koshland提出“誘導(dǎo)契合”假說:底物結(jié)合可誘導(dǎo)酶活性中心構(gòu)象的變化,使酶的活性中心與底物楔合而形成中間絡(luò)合物。

2、誘導(dǎo)契合學(xué)說三、影響酶催化效率的因素1.鄰近及定向效應(yīng)2、酸堿催化3、張力與變形（誘導(dǎo)契合）4、共價催化5、酶活性中心是低介電區(qū)域鄰近底物與酶活性中心的鄰近底物分子之間的鄰近定向底物與酶活性部位基團(tuán)的定向底物分子之間的定向大大提高酶活性中心的底物濃度使分子間反應(yīng)類似于分子內(nèi)反應(yīng)活化能降低1.鄰近及定向效應(yīng)底物鄰近電引吸力、疏水作用定向酶活性中心的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體進(jìn)行酸堿催化。廣義酸（質(zhì)子供體）廣義堿（質(zhì)子受體）－COOH－COO－－N+H3－NH2－SH－S－2、酸堿催化（1）解離常數(shù)pKR值為6.0，在接近中性的條件下，一半以廣義酸的形式存在，另一半以廣義堿的形式存在，因而它既能作為質(zhì)子供體，又能作為質(zhì)子受體，有效地進(jìn)行酸堿催化。（2）咪唑基供出和接受質(zhì)子的速度很快，小于0.1毫微秒。

所以許多酶活性中心都有組氨酸殘基組氨酸的咪唑基：4、共價催化（E-S：不穩(wěn)定的共價物）酶活性中心的親核基團(tuán)或親電基團(tuán)參與底物敏感鍵斷裂的機(jī)制稱共價催化。3、張力與變形（誘導(dǎo)契合）酶活性中心構(gòu)象發(fā)生改變，同時底物分子也發(fā)生變形，有利于活性中心與底物結(jié)合。

酶活性中心的親核基團(tuán)（有孤對電子）：Ser的羥基Cys的巰基His的咪唑基（1）親核催化

親核催化：A－B＋

+OH··A－

+B··OH親電基團(tuán)（有空軌道）：Zn2+、Fe3+、Mg2+、NH3+等

親電催化：

（2）親電催化5、酶活性中心是低介電區(qū)域（疏水的微環(huán)境）酶活性中心是低介電區(qū)，有利于使底物分子的敏感鍵和酶的催化基團(tuán)之間形成很大的反應(yīng)力。(排除了水分子對反應(yīng)物的干擾