酶學(xué)概論P(yáng)PT課件

1、 酶就是由細(xì)胞合成的，酶就是由細(xì)胞合成的，具有高效率、高度專一具有高效率、高度專一性、活性可調(diào)節(jié)的生物催化劑，性、活性可調(diào)節(jié)的生物催化劑，在機(jī)體內(nèi)行使在機(jī)體內(nèi)行使催化功能催化功能。沒有酶的反應(yīng)有酶催化的反應(yīng)第1頁/共42頁 底物底物酶酶產(chǎn)物產(chǎn)物有酶催化的反應(yīng)稱為有酶催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)，在酶催化作用下進(jìn)行化學(xué)變化在酶催化作用下進(jìn)行化學(xué)變化的物質(zhì)稱為的物質(zhì)稱為底物底物，酶促反應(yīng)生成的物質(zhì)稱為酶促反應(yīng)生成的物質(zhì)稱為產(chǎn)物產(chǎn)物第2頁/共42頁酶催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物酶催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物第3頁/共42頁 第二節(jié)第二節(jié) 酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)酶的化學(xué)本質(zhì)和結(jié)構(gòu) 絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少

2、數(shù)酶是少數(shù)酶是RNA（核酶）（核酶）第4頁/共42頁 ribozyme核酶（具有催化功能的核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，Thomas Cech和Sidney Altman 四膜蟲L19RNA具有生物催化功能，催化rRNA前體的剪接 （2）1984年 Atman和Pace E.Coli RNase P中的RNA具有加工tRNA前體的催化功能第5頁/共42頁酶分子組成酶分子組成單純蛋白質(zhì)酶類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合結(jié)合蛋白質(zhì)酶類蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)酶蛋白質(zhì)輔酶輔酶輔基輔基金屬離子金屬離子輔助因子輔助因子第6頁/共42頁全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔助因子輔助因子 輔酶輔酶(coenzy

3、me)：與酶蛋白結(jié)合較松，可透析除去。輔基輔基(prosthetic group)：與酶蛋白結(jié)合較緊。第7頁/共42頁酶的輔助因子主要是金屬離子和有機(jī)化合物酶的輔助因子主要是金屬離子和有機(jī)化合物金屬離子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、Mn3+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。有機(jī)化合物：NAD，NADP，F(xiàn)AD，生物素，卟啉等 第8頁/共42頁 酶蛋白的結(jié)構(gòu)酶蛋白的結(jié)構(gòu)1 1 單體酶單體酶由一條肽鏈組成的酶分子由一條肽鏈組成的酶分子牛胰RNase 124aa 單鏈雞卵清溶菌酶 129aa 單鏈第9頁/共42頁2 2 寡聚酶寡聚酶 含相同

4、亞基的寡聚酶：含相同亞基的寡聚酶： 蘋果酸脫氫酶（鼠肝），蘋果酸脫氫酶（鼠肝），2 2個(gè)相同的亞基個(gè)相同的亞基 含不同亞基的寡聚酶：含不同亞基的寡聚酶： 琥珀酸脫氫酶（牛心），琥珀酸脫氫酶（牛心），22個(gè)亞基個(gè)亞基寡聚酶中亞基的聚合，有的與酶的專一性有關(guān)，有的與寡聚酶中亞基的聚合，有的與酶的專一性有關(guān)，有的與酶活性中心形成有關(guān)，有的與酶的調(diào)節(jié)性能有關(guān)。酶活性中心形成有關(guān)，有的與酶的調(diào)節(jié)性能有關(guān)。大多數(shù)寡聚酶是胞內(nèi)酶，而胞外酶一般是單體酶。大多數(shù)寡聚酶是胞內(nèi)酶，而胞外酶一般是單體酶。第10頁/共42頁第三節(jié)第三節(jié) 酶的催化性質(zhì)酶的催化性質(zhì)一一 酶與非酶催化劑的共同性質(zhì)酶與非酶催化劑的共同性質(zhì) 只

5、能催化熱力學(xué)允許的反應(yīng)，反應(yīng)完成后本身不被消耗或變化，即可以重復(fù)使用，對正反應(yīng)和逆反應(yīng)的催化作用相同，不改變平衡常數(shù)，只加快到達(dá)平衡的速度或縮短到達(dá)平衡的時(shí)間。第11頁/共42頁二二 酶特有的催化性質(zhì)酶特有的催化性質(zhì)1. 高效性高效性極高的催化效率極高的催化效率酶催化反應(yīng)速度是相應(yīng)的酶催化反應(yīng)速度是相應(yīng)的無催化反應(yīng)無催化反應(yīng)的的10106 6-10-101212倍，倍，并且并且高出高出非酶催化反應(yīng)非酶催化反應(yīng)速度至少速度至少幾個(gè)數(shù)量級幾個(gè)數(shù)量級。第12頁/共42頁2. 2. 酶在活性中心與底物結(jié)合酶在活性中心與底物結(jié)合 酶的活性中心也稱為活性部位，是指酶分子上直接直接與底物結(jié)合與底物結(jié)合，并與

6、催化作用直接相關(guān)的區(qū)域。 活性中心由結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)催化基團(tuán)組成。前者負(fù)責(zé)與底物結(jié)合，決定酶的專一性決定酶的專一性，后者參與催化，負(fù)責(zé)底物舊鍵的斷裂和產(chǎn)物新鍵的形成，決定酶的催化決定酶的催化能力能力。但也可能有某些基團(tuán)兩者兼而有之。第13頁/共42頁活性中心活性中心的主要的主要特征特征（1）活性中心是一個(gè)三維實(shí)體，通常由在一級結(jié)構(gòu)上并不相鄰的氨 基酸殘基組成（2）活性中心只占酶總體積很小的一部分（約12%）（3）活性中心為酶分子表面的一個(gè)裂縫、空隙或口袋，中心內(nèi)多為 疏水氨基酸殘基，但也有少量極性氨基酸殘基，以便底物結(jié)合 和進(jìn)行催化。（4）與底物結(jié)合為多重次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵和范

7、德華力；（5）底物結(jié)合的特異性在一定程度上取決于活性中心和底物之間在 結(jié)構(gòu)上的互補(bǔ)性；（6）活性中心的構(gòu)象不是固定不變的，而是具有一定的柔性。第14頁/共42頁第15頁/共42頁3. 3. 專一性專一性是指酶對參與反應(yīng)的底物有嚴(yán)格的選擇性，即一種酶僅能作用于一種底物，或一類分子結(jié)構(gòu)相似的底物，發(fā)生某種特定類型的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生特定的產(chǎn)物。第16頁/共42頁專一性一般有四種類型：（1 1）絕對專一性）絕對專一性 它是指一種酶僅催化一個(gè)特定的反應(yīng)。例如，脲酶只能催化尿素的水解反應(yīng)；（2 2）基團(tuán)專一性）基團(tuán)專一性 它是指一種酶只作用于含有特定官能團(tuán)（如磷酸基團(tuán)、氨基和甲基等）的分子。如磷酸酶只水解特

8、定底物分子上的磷酸基團(tuán)；（3 3）鍵專一性）鍵專一性 它是指一種酶只作用于含有一種特定化學(xué)鍵的分子，而不管底物分子其它部分的結(jié)構(gòu)。如二肽酶識(shí)別的是二肽分子中的肽鍵，而不管構(gòu)成這個(gè)肽鍵的兩個(gè)氨基酸殘基是哪一種；（4 4）立體專一性）立體專一性 酶對底物分子的立體異構(gòu)有一定的要求 類別類別：旋光異構(gòu)專一性旋光異構(gòu)專一性和和幾何異構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性第17頁/共42頁解釋酶專一性的幾種模型：解釋酶專一性的幾種模型：（1）鎖與鑰匙學(xué)說）鎖與鑰匙學(xué)說（2）誘導(dǎo)契合學(xué)說）誘導(dǎo)契合學(xué)說（3）“三點(diǎn)附著三點(diǎn)附著”模型模型（4）“四點(diǎn)定位四點(diǎn)定位”模型模型 第18頁/共42頁酶與底物結(jié)合的酶與底物結(jié)合的“鎖與

9、鑰匙鎖與鑰匙”模型模型第19頁/共42頁酶與底物結(jié)合的酶與底物結(jié)合的“誘導(dǎo)契合誘導(dǎo)契合”模型模型第20頁/共42頁己糖激酶的誘導(dǎo)契合 第21頁/共42頁酶與底物結(jié)合的酶與底物結(jié)合的“三點(diǎn)附著三點(diǎn)附著”模型模型第22頁/共42頁4. 4. 反應(yīng)條件溫和反應(yīng)條件溫和 酶反應(yīng)要求比較溫和的反應(yīng)條件，如常溫、常壓，中性pH環(huán)境。第23頁/共42頁5. 5. 對反應(yīng)條件敏感對反應(yīng)條件敏感（最適溫度、最適（最適溫度、最適pHpH），容容 易失活易失活 高溫，高壓，強(qiáng)堿，強(qiáng)酸和紫外線等都容易使酶失去活性。第24頁/共42頁6. 6. 酶活性酶活性受到調(diào)控受到調(diào)控 別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的共價(jià)修飾、酶的合成、活化與降解

10、等。7. 7. 許多酶的活性還需要輔助因子的存在，作為許多酶的活性還需要輔助因子的存在，作為輔輔 助因子的多為維生素或其衍生物。助因子的多為維生素或其衍生物。第25頁/共42頁 第四節(jié)第四節(jié) 酶的命名和分類酶的命名和分類一一 命名命名習(xí)慣命名習(xí)慣命名 系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名第26頁/共42頁1 1習(xí)慣命名習(xí)慣命名(1)依據(jù)底物來命名（絕大多數(shù)酶）： 蛋白酶、淀粉酶(2) 依據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)命名： 水解酶、轉(zhuǎn)氨酶(3) 結(jié)合上述兩個(gè)原則命名：琥珀酸脫氫酶。(4) 有時(shí)加上酶的來源 胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第27頁/共42頁2 2 國際系統(tǒng)命名國際系統(tǒng)命名基本原則：明確標(biāo)明酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)基本原

11、則：明確標(biāo)明酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)（底物為水時(shí)可略去不寫）。（底物為水時(shí)可略去不寫）。第28頁/共42頁國際系統(tǒng)分類法及編號（國際系統(tǒng)分類法及編號（EC編號）編號）（1 1）按反應(yīng)性質(zhì)分六大類，用）按反應(yīng)性質(zhì)分六大類，用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6表示。表示。（2 2）根據(jù)底物中被作用的基團(tuán)或鍵的特點(diǎn)，將每一大類分為）根據(jù)底物中被作用的基團(tuán)或鍵的特點(diǎn)，將每一大類分為 若干個(gè)亞類，編號用若干個(gè)亞類，編號用1 1、2 2、3 3 表示。表示。（3 3）每個(gè)亞類又可分為若干個(gè)亞一亞類，用編號）每個(gè)亞類又可分為若干個(gè)亞一亞類，用編號1 1、2 2、3 3表示。表示。 每一個(gè)酶的編號

12、由每一個(gè)酶的編號由4 4個(gè)數(shù)字組成，中間以個(gè)數(shù)字組成，中間以“”隔開。隔開。 第一個(gè)數(shù)字表示大類，第二個(gè)數(shù)字表示亞類，第三個(gè)第一個(gè)數(shù)字表示大類，第二個(gè)數(shù)字表示亞類，第三個(gè) 表示亞表示亞- -亞類，第四個(gè)數(shù)字表示在亞亞類，第四個(gè)數(shù)字表示在亞- -亞中的編號。亞中的編號。第29頁/共42頁*國際生物化學(xué)會(huì)酶學(xué)委員會(huì)（國際生物化學(xué)會(huì)酶學(xué)委員會(huì)（Enzyme CommissionEnzyme Commission）將）將 酶分成六大類：酶分成六大類：1.氧還原酶類，氧還原酶類，2.移換酶類，移換酶類，3.水解酶類，水解酶類，4.裂合酶類，裂合酶類，5.異構(gòu)酶類，異構(gòu)酶類，6.合成酶類合成酶類*每一種酶

13、有一個(gè)編號每一種酶有一個(gè)編號,如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶EC1.1.1.1大類大類亞類亞類亞亞類亞亞類序號序號第30頁/共42頁 氧、轉(zhuǎn)、水、裂、異、合氧、轉(zhuǎn)、水、裂、異、合二二 酶的國際系統(tǒng)分類酶的國際系統(tǒng)分類第31頁/共42頁1氧化還原酶類氧化還原酶類催化氧化還原反應(yīng)： A2H+B=A+B2H 乳酸：NAD+氧化還原酶（）， 習(xí)慣名：乳酸脫氫酶 第32頁/共42頁2轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類 AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移換酶（）， 習(xí)慣名： 谷丙轉(zhuǎn)氨酶第33頁/共42頁3水解酶類水解酶類催化水解反應(yīng)，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。 AB+HOHAOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（）， 習(xí)慣

14、名： Ile氨肽酶。第34頁/共42頁4裂合酶類（裂解酶）裂合酶類（裂解酶）催化從底物上移去一個(gè)基團(tuán)而形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng) ABA+B 二磷酸酮糖裂合酶（）， 習(xí)慣名：醛縮酶第35頁/共42頁5異構(gòu)酶異構(gòu)酶 催化同分異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化 AB 6-磷酸Glc異構(gòu)酶 （）（）第36頁/共42頁6合成酶（連接酶）合成酶（連接酶）催化一切必須與ATP分解相偶聯(lián)、并由兩種物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。 A+B+ATPA-B+ADPUTP：氨連接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA連接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA 連接酶第37頁/共42頁國際分類的盲區(qū)：忽略了酶的物種差異和組織差異忽略了酶的物種差異和

15、組織差異SOD： ，只有一個(gè)名稱和編號2O2-+2H+H2O2+O2 三類不同的SOD：CuZn-SOD 真核生物細(xì)胞質(zhì)中Mn-SOD 真核生物線粒體中Fe-SOD同是CuZn-SOD，來自牛紅細(xì)胞與豬紅細(xì)胞的，其一級結(jié)構(gòu)也有很大不同。在討論一個(gè)具體的酶時(shí)，應(yīng)對它的來源與名稱一并加以說明。第38頁/共42頁類別反應(yīng)性質(zhì)實(shí)例氧化還原酶（氧化還原酶（oxidoreductase）包括：脫氫酶，氧化酶，還原酶，過氧化氫酶，加氧酶，羥化酶。電子轉(zhuǎn)移乙醇脫氫酶轉(zhuǎn)移酶（轉(zhuǎn)移酶（transferases）包括：轉(zhuǎn)醛酶和轉(zhuǎn)酮酶，甲基、糖基和磷酸基轉(zhuǎn)移酶，激酶，磷酸變位酶。分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)激酶A水解酶（水解酶（hydrolases）包括：酯酶，糖苷酶，肽酶，磷酸酶，磷脂酶，酰胺酶，脫氨酶和核酸酶通過加水導(dǎo)致鍵的斷裂脂肪酶裂合酶（裂合酶（lyases）包括：脫羧酶，醛縮酶，水合酶，脫水合酶，合酶，裂解酶 消除反應(yīng)，產(chǎn)生雙鍵碳酸酐酶異構(gòu)酶（異構(gòu)酶（isomerases）包括：消旋酶，差向異構(gòu)酶，異構(gòu)酶，變位酶（并非所有）。分子內(nèi)的重排磷酸葡萄糖異構(gòu)酶連接酶（連接酶（ligases）包括：合成酶和羧化酶水解ATP與分子之間的連接偶聯(lián)DNA連接酶酶的分類及其實(shí)例酶的分類及其實(shí)例第39頁/共42頁為什么要研究酶？為什么要研究酶？理解酶的作用機(jī)制