生物化學-PowerPointPresentation

1、1 主要介紹酶的化學本質(zhì)、結構和特性；酶的作用動力學；酶的作用機理；酶的應用；還介紹了別構酶、共價調(diào)節(jié)酶、同工酶等的概念、性質(zhì)、生物學意義。 主要內(nèi)容：第五章 酶 化 學 2第一節(jié) 概述 酶(enzyme)是活細胞內(nèi)產(chǎn)生的具有高度專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程中，幾乎所有的化學反應都是在酶的催化下進行的。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，只能催化熱力學允許的化學反應，縮短達到化學平衡的時間，而不改變平衡點。酶作

2、為催化劑在化學反應的前后沒有質(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理都是降低反應的活化能(activation energy)。因為酶是蛋白質(zhì)，所以酶促反應又固有其特點。4二、酶催化作用的特點 1.酶促反應具有極高的催化效率 2.酶促反應的高度特異性 特異性根據(jù)嚴格程度不同，又可分為絕對特異性(absolute specificity)、相對特異性(relative specificity)、立體異構特異性(stereospecificity)三種類型。 （1）絕對特異性 （2）相對特異性 （3）立體異構特異性 3.酶促反應的可調(diào)性 5三、酶的命名和分類(一)習慣

3、命名法1. 一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；對水解酶類，只要底物名稱即可，如蔗糖酶、膽鹼酯酶、蛋白酶等。 2. 依據(jù)其催化反應的性質(zhì)來命名：如水解酶、轉(zhuǎn)氨酶等。3. 結合1、2的命名：如琥珀酸脫氫酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構酶等。4. 有時在底物名稱前冠以酶的來源或其他特點：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。習慣命名法簡單，應用歷史長，但缺乏系統(tǒng)性，有時出現(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)展和過去文獻中對酶命名的混亂，國際酶學委員會規(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個數(shù)字分類的酶編號。 例

4、如對催化下列反應酶的命名： 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)移一個磷酸到葡萄糖分子上的反應。 它的分類編號是：E.C.2.7.1.1；E.C代表按國際酶學委員會規(guī)定的命名，第1個數(shù)字(2)代表酶的分類名稱(轉(zhuǎn)移酶類)，第2個數(shù)字(7)代表亞類(磷酸轉(zhuǎn)移酶類)，第3個數(shù)字(1)代表亞亞類(以羥基作為受體的磷酸轉(zhuǎn)移酶類)，第4個數(shù)字(1)代表該酶在亞-亞類中的排號(D葡萄糖作為磷酸基的受體)。72.酶的分類 （1）氧化還原酶類(oxidoreductases) 催化底物進行氧化還原反應的酶類。例如，乳酸脫

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

6、氨基酰-tRNA合成酶等。8（三）六大類酶催化反應的性質(zhì) 1氧化還原酶類（oxido-reductases） 催化氧化還原反應的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。 （1）氧化酶類：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：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（transferases） 催化基團的轉(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（hydrolases） AB + H2O AOH + BH 4裂合酶類（lyases） 從底物移去一個基團而形成雙鍵或逆反應 AB A + B 例1：13例2：145異構酶類（isomerase） 催化異構化反應 例：156連接酶類（ligases, 也稱synthetases合成酶類） 將兩個小分子合成一個大分子，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成的酶，其催化活性僅由蛋白質(zhì)的結構決定。如胃蛋白酶，淀粉酶、脂酶等。 二、結合酶 結合酶的組成

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合形成的復合物稱為全酶(holoenzyme)。單獨存在的酶蛋白或輔助因子都沒有酶活性，只有形成全酶后才有催化作用。 17第三節(jié) 酶的分子結構和功能 與酶活性密切相關的基團我們稱之為酶的必需基團(essential group) 。 由必需基團構成的區(qū)域，可以與底物特異地結合，并能將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，被稱為酶的活性中心(active center)。 一、酶的分子結構 酶活性中心內(nèi)的必需基團可分為兩種：一是結合基團，其作用是與底物相結合，使底物與酶的一定構象形成復合物

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

10、白的分子結構、理化性質(zhì)乃至免疫學性質(zhì)都不同的一組酶。 四、酶的作用機理 1、酶底物復合物的形成（中間產(chǎn)物學說）和誘導契和學說 2、鄰近效應與定向排列 3、多元催化(multielement catalysis) 4、表面效應(surface effect) 20第四節(jié) 影響酶促反應速度的因素一、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時的反應速度。 當?shù)孜餄舛群艿?S Km)時,V=Vmax S/ Km,反應速度與底物濃度成正比。當?shù)孜餄舛群芨?S Km)時，

11、VVmax，反應速度達最大速度，再增加底物濃度也不再影響反應速度。 21Km是酶學研究中一個常數(shù)，有重要意義：1當反應速度為最大速度一半時，米氏方程式可以變換如下： = 整理得Km=S。由此可見，Km值等于酶促反應速度為最大速度一半時的底物濃度。 2.Km值可用來表示酶對底物的親和力。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到最大反應速度。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，只與酶的結構、酶所催化的底物和反應環(huán)境（如溫度、pH、離子強度）有關，與酶的濃度無關。各種同工酶的Km值也不同。 22二、酶濃度 對大多數(shù)酶促反應來說，在適宜的溫

12、度、PH值和底物濃度一定的條件下，反應速度至少在初始階段與酶的濃度成正比。如果反應繼續(xù)進行，則速度將降低，這主要是因為底物濃度下降及終產(chǎn)物對酶的抑制之故。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 測定的反應初速度 Vmax 最大反應速度 公式用圖表示，則如圖（1）所示，由公式及圖可得出下列結論：四、溫度的影響 溫度對酶促反應速度具有雙重影響。一方面，酶促反應和一般化學反應一樣，升高溫度可加快反應速度。另一方面，隨著溫度升高，酶的變性增強，催化能力減弱。綜合這兩種因素，酶作用必然有一個最適合的溫度，酶促反應速度最快時的環(huán)境溫度為酶促反應的最適溫度。 251、當?shù)孜餄舛仍黾訒r，酶反應的速度趨于一個極限值，即Vmax。2、當V=1/2Vmax時，則1/2=S/（Km+S），或Km=S，即米氏常數(shù)相當于反應速度為最大速度一半時的底物濃度。Km是酶和底物親和力的度量，Km值小表示底物對酶的親和力大，酶催化反應的速度也大。3、 Km是酶學中的一個重要常數(shù)，它的倒數(shù)1/Km