生物化學(xué) 酶 (自動(dòng)保存的)

食品112班牟鑫1106010225WrittenByJupiter第四章酶第一節(jié)酶催化作用的特點(diǎn)與酶的結(jié)構(gòu)酶催化作用的特點(diǎn)酶是生物催化劑酶是細(xì)胞合成的生物催化劑，是具有催化活性的蛋白質(zhì)，有些RNA也具有催化活性，叫做核酶。酶催化作用的特點(diǎn)酶和無(wú)機(jī)催化劑的共性：用量少降低反應(yīng)的活化能提高反應(yīng)速度不改變化學(xué)平衡點(diǎn)酶催化的特性：很高的催化效率作用條件溫和（即受外界環(huán)境影響）酶促反應(yīng)具有很高的專一性酶的催化活性在細(xì)胞內(nèi)收到嚴(yán)格的控制活化能概念：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量（1mol反應(yīng)物全部進(jìn)入活化狀態(tài)所需的自由能KJ/mol。）酶的結(jié)構(gòu)與組成酶蛋白的結(jié)構(gòu)和組成根據(jù)肽鏈組成分類：?jiǎn)误w酶：只含有一條多肽鏈。一般催化水解反應(yīng)的酶屬此類酶寡聚酶:由2個(gè)或2個(gè)以上亞基組成，亞基可以是相同的，也可以是不同的多酶復(fù)合體：一個(gè)代謝途徑中往往含有許多步反應(yīng)，催化這些反應(yīng)的幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體，叫做多酶復(fù)合體，用于催化一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。根據(jù)化學(xué)組成分類：?jiǎn)纬煞置福河蓡渭兊牡鞍踪|(zhì)組成雙成分酶（全酶）：由輔因子（輔基+輔酶）和蛋白部分組成（其中酶蛋白決定酶的專一性）輔助因子輔助因子：在有些酶促反應(yīng)中，參加反應(yīng)的除了酶和底物以外，還需要另外的成分參與，這些成分叫輔助因子。輔酶：作為酶的輔因子的有機(jī)分子，本身無(wú)催化作用，但一般在酶促反應(yīng)中有傳遞電子、原子或某些功能基團(tuán)的作用。在多數(shù)情況下，可通過(guò)透析將輔酶除去。輔基：是酶的輔酶中緊密共價(jià)結(jié)合的小分子有機(jī)物，與酶或蛋白質(zhì)結(jié)合的非常緊密，用透析法不能除去。【注意】：組成酶蛋白的某種氨基酸殘基，它既能作為質(zhì)子供體又能作為質(zhì)子受體，還具有一個(gè)很強(qiáng)的親核集團(tuán)——His咪唑基酶的活性中心 “酶的活性中心”：是酶直接與底物結(jié)合并進(jìn)行催化反應(yīng)的部位“結(jié)合位點(diǎn)”：保證底物正確結(jié)合在酶的催化位點(diǎn)附近，決定了酶的專一性“催化位點(diǎn)”：負(fù)責(zé)底物鍵的斷裂或形成，決定了酶的催化能力酶活性中心的共同點(diǎn)以及特點(diǎn)活性中心只占酶分子總體積的很小一部分具特定的三維結(jié)構(gòu)位于酶分子的一凹穴中,形成疏水區(qū)，是非極性環(huán)境。底物靠許多相當(dāng)弱的鍵與酶活性中心結(jié)合酶具有柔性,與底物結(jié)合時(shí)兩者構(gòu)象都發(fā)生變化后互補(bǔ),有利于反應(yīng)進(jìn)行.第二節(jié)酶的命名與分類一、習(xí)慣命名法二、系統(tǒng)命名法三、分類編號(hào)方案【說(shuō)明】：每個(gè)酶的分類編號(hào)由4個(gè)數(shù)字組成，數(shù)字間用“·”分開(kāi)，并在前面冠以EC（國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)的縮寫。【命名】第一個(gè)數(shù)字表明一個(gè)酶屬于6大類中的哪一類氧化還原酶類轉(zhuǎn)移酶類水解酶類裂合酶類異構(gòu)酶類連接酶類第二個(gè)數(shù)字表明該酶的亞類，指明底物中被作用的基團(tuán)或鍵。第三個(gè)數(shù)字是該酶的亞-亞類第四個(gè)數(shù)字是該酶在亞-亞類中的排序第三節(jié)酶的純化與酶活力的測(cè)定酶的分離純化分離原則：低溫0~4℃進(jìn)行監(jiān)控酶活性保證輔因子的穩(wěn)定性濃縮、-20℃保存酶活力的測(cè)定“酶活力”：酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力酶促反應(yīng)速度酶活力的表示：用酶催化反應(yīng)的速度表示，多數(shù)采用測(cè)量產(chǎn)物生成量的方法來(lái)測(cè)定反應(yīng)速度，并且一般是測(cè)量酶促反應(yīng)的初速度（因?yàn)樵谝欢囟?、pH、底物濃度的條件下隨著時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)物的生成可能抑制酶活性，部分酶也可能失活，因此各種原因可能同時(shí)發(fā)生作用，使酶活力受阻礙越大，即反應(yīng)速度在下降，為剔除后來(lái)的阻礙作用，測(cè)定酶活力就需要在開(kāi)始很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，測(cè)量初速度）酶活力單位“IU”：指在特定條件下1min內(nèi)能轉(zhuǎn)化1μmol底物的酶量一個(gè)酶活力單位IU=Δ底物（μmol）/時(shí)間（min）“Kat”：指在特定條件下每秒鐘催化1mol底物所需的酶量Kat=Δ底物（mol）/時(shí)間（s）酶的比活力“比活力”：每毫克蛋白質(zhì)所含的酶活力單位表示（U·mg-1）對(duì)同一種酶而言，比活力越大，酶的純度越高，最終趨向于一個(gè)特定的值。第四節(jié)酶的專一性及其假說(shuō)一、酶的專一性“酶的專一性”：指酶對(duì)它所催化的反應(yīng)與對(duì)底物的選擇都具有高度的專一性。通常酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)或一類相似的化學(xué)反應(yīng)，作用于一種或一類底物。分類：結(jié)構(gòu)專一性相對(duì)專一性：一些酶對(duì)底物的專一性程度要求較低，能對(duì)結(jié)構(gòu)上相類似的一系列化合物起到催化作用，這類酶的專一性稱為相對(duì)專一性（包括鍵專一性和基團(tuán)專一性）絕對(duì)專一性：酶對(duì)化學(xué)鍵和鍵兩端的基團(tuán)都有嚴(yán)格的要求，即只作用于一種底物。立體異構(gòu)體專一性旋光異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時(shí)，沒(méi)只能作用于其中之一幾何異構(gòu)專一性：如果底物含有雙鍵，酶只在底物的順、反兩種異構(gòu)體中選擇一種。二、酶的專一性假說(shuō)酶的專一性表明：酶的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)之間存在互補(bǔ)關(guān)系Koshland的“誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)”【內(nèi)容】：酶與底物分子接近時(shí)受底物分子的誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生有利于與底物結(jié)合的變化,酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合,進(jìn)行反應(yīng)。（用于解釋酶與底物結(jié)合的專一性）第五節(jié)酶的催化機(jī)制酶的催化作用與活化能活化能:分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)（從基態(tài)達(dá)到過(guò)渡態(tài)）所需的能量,1mol反應(yīng)物全部進(jìn)入活化狀態(tài)所需的自由能KJ/mol。過(guò)渡態(tài)理論“過(guò)渡態(tài)”：每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中都要經(jīng)過(guò)一個(gè)不穩(wěn)定的反應(yīng)物-產(chǎn)物的中間狀態(tài)，即過(guò)渡態(tài)。E+S?ES?EP?E+P（E—酶；S—底物；P—產(chǎn)物；ES、EP—底物&酶復(fù)合物、底物&產(chǎn)物復(fù)合物）一、酶促反應(yīng)降低活化能的原因酶降低反應(yīng)活化能實(shí)現(xiàn)高效催化作用率的主要原因有：鄰近和定向效應(yīng)；共價(jià)催化；酸堿催化；微環(huán)境的影響;酶與底物的非共價(jià)相互作用；金屬離子催化鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)【概念】酶和底物結(jié)合成中間絡(luò)合物的反應(yīng)中,底物分子從溶液中密集到活性中心區(qū),并使活性中心的催化基團(tuán)與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間定向排列所產(chǎn)生的效應(yīng)?！班徑?yīng)”：指酶在與底物結(jié)合過(guò)程中，底物的反應(yīng)基團(tuán)與酶的催化基團(tuán)形成一個(gè)分子，使有效濃度提高，反應(yīng)速度大幅度提升的效應(yīng)。“定向效應(yīng)”：指底物的反應(yīng)基團(tuán)與酶的催化集團(tuán)正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。酶與底物間的非共價(jià)相互作用ES與S之間的非共價(jià)弱相互作用：氫鍵、離子鍵、范德華力、疏水相互作用（酶與底物結(jié)合斷鍵示意圖）【注意】酶通過(guò)這些弱相互作用使底物分子中的敏感鍵發(fā)生形變,促使敏感鍵更易破裂。微環(huán)境的影響活性中心的的疏水性保證了各種相互作用準(zhǔn)確而充分的進(jìn)行。酸堿催化廣義酸基團(tuán)：-COOH、-NH3+、,-SH,廣義堿基團(tuán)：-COO﹣、-NH2：、-S﹣酸堿催化的反應(yīng)速度與兩個(gè)因素有關(guān)：酸或堿的強(qiáng)度（pK值）質(zhì)子轉(zhuǎn)移的速度(His上的咪唑基是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能基團(tuán)。)共價(jià)催化包括親核催化和親電催化例子：胰凝乳蛋白酶金屬離子催化“金屬酶”：指酶中的金屬離子與酶蛋白很緊密，并且直接與酶的催化活性相關(guān)?！敖饘偌せ蠲浮保航饘匐x子與酶蛋白結(jié)合并不緊密，也不直接參與催化反應(yīng)，但是金屬離子的存在與否與酶的催化效率有關(guān)，這類酶叫金屬激活酶。金屬離子的催化作用：加強(qiáng)水的離子化作用、電子傳遞作用、電荷屏蔽作用【注意】：酶能加速化學(xué)反應(yīng)的主要原因是：酶和底物結(jié)合形成酶底物復(fù)合物，使底物呈活化狀態(tài)，從而降低了反應(yīng)活化能。二、酶作用機(jī)理—實(shí)例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶活性中心的電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)是由Ser195，His57，Asp102三個(gè)氨基酸殘基靠很強(qiáng)的氫鍵產(chǎn)生的。作用機(jī)理：裂解由芳香族集團(tuán)的氨基酸的羧基形成的肽鍵溶菌酶作用機(jī)理：催化細(xì)菌細(xì)胞壁多糖的水解，從而溶解這些細(xì)菌三、酶原激活有些酶在生物體內(nèi)首先合成的是酶的無(wú)活性前體形式，稱為酶原。酶原要經(jīng)過(guò)部分水解，切去部分肽段，才轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，這個(gè)過(guò)程叫酶原的激活?！咀⒁狻棵冈せ钍菑臒o(wú)活性的前體轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚悦傅倪^(guò)程，這個(gè)過(guò)程是不可逆的。四、核酶與抗體酶“核酶”：具有催化活性的RNA“抗體酶”：具有催化能力的蛋白質(zhì),本質(zhì)是免疫球蛋白，又稱“催化性抗體”。第六節(jié)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一、底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響（米氏方程）：【注意】米氏方程定量說(shuō)明了酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系。以反應(yīng)速度對(duì)底物濃度作圖，得到的是一條雙曲線當(dāng)?shù)孜餄舛冗^(guò)量時(shí)，以反應(yīng)速度對(duì)酶濃度作圖，得到的是一條S形曲線米氏方程的推到基于三個(gè)假設(shè)ES復(fù)合物形成是一個(gè)可逆反應(yīng)并快速到達(dá)平衡ES轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的速度很慢，是限速步驟反應(yīng)在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行，ES生成和分解速度相等米氏常數(shù)“KM”KM值的含義：當(dāng)酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的一半時(shí)底物濃度KM值的用處：①KM是酶的特征常數(shù)之一。從KM值可以判斷酶與底物的親和力（KM越大，親和力越?。贙M值可以判斷底物是否天然底物（KM最小的底物是該酶的最適底物）③已知KM值，可以求出任意底物濃度的反應(yīng)速度或者任意反應(yīng)速度下的底物濃度【注意】：當(dāng)K2>>K3時(shí)，有KM=Ks（此情況為ES與游離的E和S之間很快就達(dá)到平衡）催化常數(shù)（轉(zhuǎn)換數(shù)）“Kcat”：“Kcat”含義：當(dāng)酶被底物飽和時(shí)（[S]足夠大，酶處于飽和狀態(tài)），酶分子的每個(gè)活性中心每秒鐘將底物轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物的分子數(shù)（單位為）“Kcat”定義：酶促反應(yīng)限速步驟的反應(yīng)速度常數(shù)，即：表觀二級(jí)常數(shù)（專一性常數(shù)）“Kcat/KM”：“Kcat/KM”意義：表示酶的催化效率。當(dāng)[S]<<KM時(shí)：米氏常數(shù)的求法——雙倒數(shù)作圖法：將米氏方程改寫為以下形式：二、酶的抑制作用抑制作用的類型不可逆的抑制作用：以共價(jià)鍵與酶蛋白中的基團(tuán)結(jié)合可逆的抑制作用：以非共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合不可逆的抑制作用概念：不可逆抑制劑與酶形成了穩(wěn)定的共價(jià)鍵，使酶失活。不能用透析、超濾等物理學(xué)方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性?？赡娴囊种谱饔酶?jìng)爭(zhēng)性抑制作用動(dòng)力學(xué)方程：【批注】：競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用不改變最大反應(yīng)速度Vmax，只影響KM值從圖中反映：縱截距不變橫截距變小非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用動(dòng)力學(xué)方程：【批注】從方程角度：影響Vmax，不影響KM值。從圖形角度：增大縱截距，不影響橫截距。反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用動(dòng)力學(xué)方程：【批注】從方程角度：影響Vmax，也影響KM值。從圖形角度：增大縱截距，也增大橫截距?！井?huà)圖要點(diǎn)】①標(biāo)明橫縱軸的名稱：橫軸縱軸：②縱軸無(wú)負(fù)軸③畫(huà)出無(wú)抑制劑的對(duì)照曲線（二）不可逆的抑制作用原因：形成了穩(wěn)定的共價(jià)鍵（三）酶的激活劑概念：能夠提高酶活性的物質(zhì)都稱為酶的激活劑三、pH對(duì)酶活性的影響最適pH：酶的活性只在某個(gè)pH范圍內(nèi)活性最大，低于或高于這個(gè)范圍，酶活性就會(huì)降低，這個(gè)范圍就叫做最適pH。pH對(duì)酶活力影響曲線：鐘形曲線四、溫度對(duì)酶活性的影響最適溫度：酶只在某個(gè)溫度反應(yīng)才能達(dá)到最大值，這個(gè)溫度就叫做酶的最是溫度。溫度對(duì)酶活力的影響曲線：鐘形曲線五、酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響如果底物濃度足夠大，足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比。底物濃度對(duì)酶活力影響曲線：正比直線第七節(jié)調(diào)節(jié)酶一、別構(gòu)酶概念：能以構(gòu)象變化而影響催化活性的酶別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：1.由多個(gè)亞基組成2.含有“活性中心”（催化亞基）和“別構(gòu)中心（或稱調(diào)節(jié)中心）”（調(diào)節(jié)亞基）別構(gòu)效應(yīng)概念：別構(gòu)酶的每個(gè)亞基都有兩種構(gòu)象：一種是有利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的松弛態(tài)構(gòu)象（R型）；一種是不利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的緊張態(tài)構(gòu)象（T型）。兩狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換取決于外界條件和亞基間的相互作用。別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)在別構(gòu)酶的催化反應(yīng)中：別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系圖是S型曲線(【注意】不符合典型的米氏方程，此時(shí)反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的一半時(shí)的底物濃度不能叫做“KM”而是用“[S]0.5”或“K0.5