酶作為生物催化劑的特點(diǎn)精選課件

1、酶作為生物催化劑的特點(diǎn)精選課件酶作為生物催化劑的特點(diǎn)精選課件酶的認(rèn)識(shí)起源 人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)起源于生產(chǎn)與生活實(shí)踐。我國(guó)人民在八千年以前就開(kāi)始利用酶。約公元前21世紀(jì)夏禹時(shí)代，人們就會(huì)釀酒，公元前12世紀(jì)周代已經(jīng)能制作飴糖和醬。2000多年前，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代已知用曲治療消化不良的疾病。凡此種種都說(shuō)明，雖然我們祖先并不知道酶是何物，也無(wú)法了解其性質(zhì)，但根據(jù)生產(chǎn)和生活的積累，已把酶利用到了相當(dāng)廣泛的程度。酶的認(rèn)識(shí)起源 人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)起源于生產(chǎn)與生活實(shí)踐。我酶作為生物催化劑的特點(diǎn)精選課件酶的研究1810年Jaseph Gaylussac 發(fā)現(xiàn)酵母可將糖轉(zhuǎn)化為酒精。1833年P(guān)ayen和Persoz首先發(fā)現(xiàn)了

2、酶。1835-1837年，Berzelius提出了催化作用的概念1878年Khne才給酶一個(gè)統(tǒng)一的名詞，叫Enzyme。1894年，F(xiàn)isher提出了酶與底物作用的“鎖與鑰匙”學(xué)說(shuō)，用以解釋酶作用的專一性。1897年Bchner兄弟用石英砂磨碎酵母細(xì)胞，制備了不含酵母細(xì)胞的抽提液，并證明此不含細(xì)胞的酵母提取液也能使糖發(fā)酵，說(shuō)明發(fā)酵于細(xì)胞活動(dòng)無(wú)關(guān)。從而說(shuō)明了發(fā)酵是酶作用的化學(xué)本質(zhì)，為此Bchner獲得了1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。酶的研究1810年Jaseph Gaylussac 發(fā)現(xiàn)酵母1903年Henri提出了酶與底物作用的中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)。1913年Michaelis和Menten根據(jù)中間復(fù)合物

3、學(xué)說(shuō)，導(dǎo)出了米氏方程，對(duì)酶反應(yīng)機(jī)制的研究是一個(gè)重要突破。1925年Briggs和Handane對(duì)米氏方程作了一項(xiàng)重要修正，提出了穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)。1926年美國(guó)化學(xué)家Sumner從刀豆提取出了脲酶并獲得結(jié)晶，證明脲酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。直到1930-1936年Northrop和Kunitz得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶，并用相應(yīng)方法證實(shí)酶是一種蛋白質(zhì)，為此Sumner和Northrop與1949年共同獲得弄貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1963年Hirs Moore和Stein測(cè)定了RNase A的氨基酸序列。1965年P(guān)hillips首次用X射線晶體衍射技術(shù)闡明了雞蛋清溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)。1969年Merrif

4、ield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。1903年Henri提出了酶與底物作用的中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)。80年代初Cech和Altman分別發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的RNA-核酶（ribozyme），這一發(fā)現(xiàn)打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，開(kāi)辟了酶學(xué)說(shuō)的新領(lǐng)域，為此Cech和Altman于1989年共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1986年Schultz與Lerner等人研制成功抗體酶（abzyme）。Boyer和Walker闡明了ATP合酶（ATPsynthase）合成與分解ATP的分子機(jī)制，于1997年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。近20年來(lái)有不少酶的作用機(jī)制被闡明。隨著DNA重組技術(shù)及聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)的廣泛應(yīng)

5、用，使酶結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)入新階段?，F(xiàn)已鑒定出4000多種酶，數(shù)百種酶已得到結(jié)晶，而且每年都有新酶被發(fā)現(xiàn)。80年代初Cech和Altman分別發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的RN生命體內(nèi)催化化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)生命體內(nèi)催化化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)酶與一般催化劑的比較共性： 首先酶和其他催化劑一樣，都能顯著的改變化學(xué)反應(yīng)速率，使之加快達(dá)到平衡，但不能改變反應(yīng)的平衡常數(shù)。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生變化，這意味著一個(gè)酶對(duì)正、逆反應(yīng)按同一倍數(shù)加速。差異： 酶的催化條件要比一般催化劑溫和的多，大部分酶的催化條件是：37，pH7.4，常壓、生理?xiàng)l件的緩沖液中，并且酶的催化作用在體內(nèi)受到各種調(diào)節(jié)控制。酶與一般催化劑的比較共性：酶催化反應(yīng)

6、的實(shí)質(zhì)：降低反應(yīng)活化能酶催化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)：降低反應(yīng)活化能酶作為生物催化劑的特點(diǎn)酶作為生物催化劑的特點(diǎn)酶是由細(xì)胞產(chǎn)生的生物大分子，凡能使生物大分子變性的因素，如高溫、強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、重金屬鹽都能使酶失去催化活性，因此酶所催化的反應(yīng)往往都是在比較溫和的常溫、常壓和接近中性酸堿條件下進(jìn)行。1:酶易失活酶是由細(xì)胞產(chǎn)生的生物大分子，凡能使生物大分子變性的因素，如高例如：生物固氮在植物中是由固氮酶催化的，通常 在27和中性pH下進(jìn)行，每年可以從空氣中將一億噸左右的氮固定下來(lái)。而在工業(yè)上合成氨則需要在500，幾百個(gè)大氣壓下才能完成。例如：生物固氮在植物中是由固氮酶催化的，通常 在27和中性生物體內(nèi)的大多數(shù)反應(yīng)，在

7、沒(méi)有酶的情況下，幾乎是不能進(jìn)行的。酶的催化反應(yīng)的速度比非催化效率高108-1020倍，比非生物催化劑高107-1013倍。例如：像CO2水合作用這樣簡(jiǎn)單的反應(yīng)也是通過(guò)體內(nèi)碳酸酐酶催化的。 CO2+H2OH2CO3每個(gè)酶分子在1s內(nèi)可以使6105個(gè)CO2發(fā)生水合作用，這樣可以保證使細(xì)胞組織中的CO2迅速進(jìn)入血液，然后再通過(guò)肺泡及時(shí)排出這個(gè)經(jīng)酶催化的反應(yīng)要比未經(jīng)催化的反應(yīng)快107倍。2：酶具有很高的催化效率生物體內(nèi)的大多數(shù)反應(yīng)，在沒(méi)有酶的情況下，幾乎是不能進(jìn)行的。2再如刀豆脲酶催化尿素水解的反應(yīng)：在20酶催化反應(yīng)的速率常數(shù)是3104s-1，尿素非催化水解的速率通常為310-10s-1，因此脲酶催化

8、反應(yīng)的速率比非催化反應(yīng)速率大1014倍。再如刀豆脲酶催化尿素水解的反應(yīng)：酶催化的反應(yīng)與非酶催化的反應(yīng)歷程不同，只能估計(jì)出一個(gè)下限酶催化反應(yīng)與非催化反應(yīng)的比較酶催化的反應(yīng)與非酶催化的反應(yīng)歷程不同，只能估計(jì)出一個(gè)下限酶催所謂高度專一性是指酶對(duì)催化的反應(yīng)和反應(yīng)物有嚴(yán)格的選擇性。被作用的反應(yīng)物，通常稱為底物。酶往往只能催化一種或一類(lèi)反應(yīng)，作用于一種或一類(lèi)物質(zhì)。酶作用的專一性，是酶最重要的特點(diǎn)之一，也是和一般催化劑最主要的區(qū)別。3：酶具有高度專一性所謂高度專一性是指酶對(duì)催化的反應(yīng)和反應(yīng)物有嚴(yán)格的選擇性。被作例如：氫離子能催化淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)的水解。而淀粉酶只能催化淀粉糖苷鍵的水解，蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)

9、肽鍵的水解，脂肪酶只能催化脂肪鍵的水解，而對(duì)其他類(lèi)物質(zhì)則沒(méi)有催化作用。例如：氫離子能催化淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)的水解。酶作為生物催化劑的特點(diǎn)精選課件有機(jī)體的生命活動(dòng)表現(xiàn)力它內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)歷程的有序性，這種有序性是受多方面因素調(diào)節(jié)控制的結(jié)果，一旦破壞了這種有序性，就會(huì)導(dǎo)致代謝紊亂，產(chǎn)生疾病甚至死亡。酶活力受到調(diào)節(jié)和控制是區(qū)別于一般催化劑的重要特征。4：酶活性受到調(diào)節(jié)和控制有機(jī)體的生命活動(dòng)表現(xiàn)力它內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)歷程的有序性，這種有序性細(xì)胞內(nèi)酶的主要調(diào)節(jié)和控制方式 調(diào)節(jié)酶的濃度 通過(guò)激素調(diào)節(jié)酶活性 反饋抑制調(diào)節(jié)酶活性 抑制劑和激活劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié) 其他調(diào)節(jié)方式細(xì)胞內(nèi)酶的主要調(diào)節(jié)和控制方式 調(diào)節(jié)酶的濃度 調(diào)節(jié)

10、酶的濃度1：誘導(dǎo)或抑制酶的合成。2：調(diào)節(jié)酶的降解。例如：乳糖操縱子可以合成-半乳糖苷酶、半乳糖苷通透酶和硫半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶，他們可以受乳糖或誘導(dǎo)物異丙基硫代-D-半乳糖苷（IPTG）的誘導(dǎo)而促進(jìn)合成。乳糖或IPTG可以與原來(lái)存在于該系統(tǒng)的阻遏物結(jié)合，使阻遏物和DNA的結(jié)合能力降低1000倍，解除抑制，使3種酶的合成加快，酶濃度提高。大腸桿菌有一種所謂的葡萄糖效應(yīng)，就是當(dāng)有葡萄糖存在下，不利用乳糖，表明葡萄糖抑制了上述3個(gè)酶的合成。 調(diào)節(jié)酶的濃度1：誘導(dǎo)或抑制酶的合成。 通過(guò)激素調(diào)節(jié)酶活性激素通過(guò)與細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)受體相結(jié)合而引起的一系列生物學(xué)效應(yīng)，以此來(lái)調(diào)節(jié)酶的活性。 通過(guò)激素調(diào)節(jié)酶活性激素通過(guò)

11、與細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)受體相結(jié)合而引有些酶的專一性是由激素調(diào)控的，乳腺組織合成乳糖是一個(gè)明顯的例子，哺乳動(dòng)物乳腺組織合成乳糖是由乳糖合成酶催化的，該酶由兩個(gè)亞基即催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成。催化亞基單獨(dú)存在時(shí)不能催化合成乳糖，但能催化半乳糖以共價(jià)鍵的方式連接到蛋白質(zhì)上形成糖蛋白。調(diào)節(jié)實(shí)際上就是乳汁中的-乳清蛋白，其本身無(wú)催化活性，但當(dāng)催化亞基結(jié)合后，就可以改變催化亞基的專一性，催化半乳糖和葡萄糖反應(yīng)生成乳糖：UDP-半乳糖+D-葡萄糖UDP+乳糖有些酶的專一性是由激素調(diào)控的，乳腺組織合成乳糖是一個(gè)明顯的例調(diào)節(jié)亞基合成是受激素控制的。在懷孕期間，催化亞基和調(diào)節(jié)亞基在乳腺中合成，但調(diào)節(jié)亞基合成很少，當(dāng)分娩后

12、由于激素急劇增加，調(diào)節(jié)亞基大量合成，并和催化亞基合成乳糖合成酶，大量合成乳糖以適應(yīng)生理需要。調(diào)節(jié)亞基合成是受激素控制的。在懷孕期間，催化亞基和調(diào)節(jié)亞基在腎上腺素等激素對(duì)腺苷酸環(huán)化酶催化ATP產(chǎn)生cAMP的反應(yīng)有明顯按的促進(jìn)作用，凡有cAMP的細(xì)胞都有一類(lèi)能催化蛋白質(zhì)產(chǎn)生磷酸化反應(yīng)的酶，這類(lèi)酶被稱為蛋白激酶。cAMP通過(guò)蛋白激酶發(fā)揮它的作用。腎上腺素等激素對(duì)腺苷酸環(huán)化酶催化ATP產(chǎn)生cAMP的反應(yīng)有明 反饋抑制調(diào)節(jié)酶活性許多小分子物質(zhì)的合成是由一連串的反應(yīng)組成的，催化此物質(zhì)生成的第一步酶，往往被它們終端產(chǎn)物抑制。這種抑制叫反饋抑制。 反饋抑制調(diào)節(jié)酶活性許多小分子物質(zhì)的合成是由一連串的反應(yīng)組例如由

13、蘇氨酸生物合成異亮氨酸，要經(jīng)過(guò)五步，第一步又蘇氨酸脫氨酶催化，當(dāng)終產(chǎn)物異亮氨酸濃度達(dá)到足夠水平時(shí)，該酶就被抑制。異亮氨酸結(jié)合到酶的一個(gè)調(diào)節(jié)部位上通過(guò)可逆的別構(gòu)作用對(duì)酶產(chǎn)生抑制，當(dāng)異亮氨酸濃度下降到一定程度，蘇氨酸脫氨酶又重新表現(xiàn)活性，從而又重新合成異亮氨酸。 為P所抑制A BCDP（終端產(chǎn)物） 通過(guò)終產(chǎn)物可逆的結(jié)合對(duì)途徑中的第一個(gè)酶進(jìn)行反饋抑制例如由蘇氨酸生物合成異亮氨酸，要經(jīng)過(guò)五步，第一步又蘇氨酸脫氨 抑制劑和激活劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)酶受大分子抑制劑或小分子物質(zhì)抑制，從而影響酶的活性。例如大分子物質(zhì)胰蛋白酶抑制劑，可以抑制胰蛋白酶的活性。小分子的抑制劑如一些反應(yīng)產(chǎn)物。 抑制劑和激活劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)酶受大分子抑制劑或小分子物質(zhì)像1,3-二磷酸甘油酸變位酶的活性受到它的產(chǎn)物2,3-二磷酸甘油酸的抑制，從而對(duì)這一反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，某些無(wú)機(jī)離子可對(duì)一些酶產(chǎn)生抑制，對(duì)另外一些酶產(chǎn)生激活，從而對(duì)酶活性起調(diào)節(jié)作用。酶活性也可受到大分子物質(zhì)的調(diào)節(jié)，例如抗血友病因子可增強(qiáng)絲氨酸蛋白酶的活性，因此能明顯的促進(jìn)血液凝固過(guò)程。像1,3-二磷酸甘油酸變位酶的活性受到它的產(chǎn)物2,