第二章酶學(xué)基礎(chǔ)概論

第二章酶學(xué)基礎(chǔ)概論

一、酶的組成結(jié)合部位決定酶的專一性，催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。必需基團底物活性中心

結(jié)合基團催化基團活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基酸殘基形成的一定空間結(jié)構(gòu)。包括底物結(jié)合部位和催化部位。HexokinasestructureActivesitesarethecleftsorcrevicestowhichthesubstratebinds.酶與底物接觸的部位僅局限于十幾個氨基酸殘基。就體積而言，活性部位僅占酶分子的1％~2％,面積一般不到酶分子表面積的5％。胰凝乳蛋白酶原通過水解去掉12-15及147-148的氨基酸殘基而激活，成為胰凝乳蛋白酶，兩者的空間結(jié)構(gòu)幾乎完全重疊，而酶活差異巨大。一、酶的組成結(jié)合部位決定酶的專一性，催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。必需基團底物活性中心

結(jié)合基團催化基團活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基酸殘基形成的一定空間結(jié)構(gòu)。包括底物結(jié)合部位和催化部位。

O

ON–C–C–N–C–C

N–C–C–N–C–C

RH

R’Chymotrypsin活性區(qū)O

-CSer活性區(qū)專一性結(jié)合區(qū)催化區(qū)絲氨酸蛋白酶的專一性不同COO-CAsp酶活性區(qū)TrypsinChymotrypsinElastase切Lys,Arg切Trp,Phe,Tyr切Ala,GlyNon-polarpocketDeepandnegativelychargedpocketShallowandnon-polarpocket

OO–C–N–C–C–N–

CCCCNH3+

OO–C–N–C–C–N–

C

OO–C–N–C–C–N–

CH3JuangRH(2004)BCbasics7種氨基酸殘基出現(xiàn)在活性部位的頻率最高：

Ser、His、Cys、Tyr、Asp、G1u和Lys

其次是Arg、Asn、Gln、Trp二、酶的分類（一）根據(jù)酶蛋白組成上的特點，可把酶分為4類。1.單體酶：只有一條肽鏈的酶。

2.寡聚酶：由兩個或以上的亞基組成的酶。

3.多酶復(fù)合物：幾個功能相關(guān)的酶以不同的形式嵌合而成的復(fù)合物

4.多酶融合體：由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的酶。（二）按其催化的反應(yīng)類型，分為六大類

1．氧化還原酶：催化底物進行氧化還原反應(yīng)

.反應(yīng)通式：

可的松合成中的關(guān)鍵步驟C11α-位羥基化

可的松是腎上腺皮質(zhì)激素類藥物，也是很多甾體藥物的重要原料。其C11α-位羥基化是關(guān)鍵步驟，一般使用黑根霉(Rhizopusnigricans)中的11a-羥化酶催化他侖帕奈的合成途徑中羰基的還原他侖帕奈用于治療震顫麻痹、驚厥和焦慮癥，(S)-1-(3,4-亞甲二氧苯基)-丙烷-2-醇(50)是合成48的重要原料，利用Zygosaccharomycesrouxii中的還原酶立體選擇性還原49-的羰基，得到的50收率96％，ee值大于99.9％。2．轉(zhuǎn)移酶：催化底物之間進行某些基團的

轉(zhuǎn)移或交換。反應(yīng)通式為：轉(zhuǎn)移酶分八類：一碳基，酮醛基，酰基，糖基，羥基，含氮基，含磷基，含硫基。轉(zhuǎn)氨酶

L-天冬氨酸+苯丙酮酸 L-苯丙氨酸+草酰乙酸3．水解酶：催化底物的分解或其逆反應(yīng)。

反應(yīng)通式：氨基酸的拆分4．裂合酶(裂解酶)：催化一個底物的裂解為兩個化合物或其逆反應(yīng)。

反應(yīng)通式：A-B＝A十B能催化C-C鍵、C-N鍵、C-O等鍵的裂解和生成。苯丙氨酸的合成麻黃堿中間體的合成5．異構(gòu)酶：催化同分異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)變。反應(yīng)通式：A＝B葡萄糖果糖葡萄糖異構(gòu)酶6.合成酶(連接酶)：催化由兩種或兩種以上的物質(zhì)合成一種物質(zhì)的反應(yīng)。

可形成C-O鍵、C-S鍵、C-C鍵、C-N和磷酸酯鍵。A十B十ATP=A-B十ADP十Pi三、酶的催化作用特性

高催化效率強專一性條件溫和酶活性可調(diào)控不穩(wěn)定、易失活1）高催化效率酶的催化效率比化學(xué)催化劑高107-1013

倍，比非催化反應(yīng)高108-1020

倍2H2O22H2O+O2

用鐵離子：6x10-4mol/mol.s

血紅素：6x10-1mol/mol.sH2O2

酶：3.5x106mol/mol.s用

-淀粉酶催化淀粉水解，1克結(jié)晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。如2H2O2-----2H2O+O2無:75.24kJ/mol

鈀:48.94kJ/molH2O2酶:8.36kJ/molprogressofreactionFreeEnergyprogressofreactionDG?DG?DGDGuncatalyzedreactionEnzyme-catalyzedreactiontransitionstatesE+SESEPE+PSP2）強專一性反應(yīng)專一性(reactionspecificity)：酶一般只能選擇性地催化一種或一類相同類型的化學(xué)反應(yīng)，且催化的反應(yīng)幾乎不產(chǎn)生副反應(yīng)即酶只能對特定的一種或一類底物起作用可分為：

絕對專一性：有些酶只作用于一種底物，催化一個反應(yīng)，而不作用于任何其它物質(zhì)。

相對專一性：這類酶對結(jié)構(gòu)相近的一類底物都有作用。包括鍵專一性和基團專一性。

立體專一性：這類酶不能辨別底物不同的立體異構(gòu)體，只對其中的某一種構(gòu)型起作用而不催化其他異構(gòu)體。包括光學(xué)專一性和幾何異構(gòu)專一性底物專一性二、酶的作用專一性機制

1．“鎖和鑰匙”學(xué)說1890年，E．Fisher酶和底物間必定存在著互補的結(jié)構(gòu)特征，只有那些符合這種特征要求的物質(zhì)才是底物，才能和酶結(jié)合。

LockandKeyconcept2．誘導(dǎo)契合學(xué)說Inducedfittheory1959，Koshland

酶和底物的結(jié)合過程中，產(chǎn)生了相互誘導(dǎo)，酶及底物分子的構(gòu)象發(fā)生了變化之后，才互補結(jié)合的。3．過渡態(tài)學(xué)說

酶的活性中心對過渡態(tài)底物比基態(tài)底物有更好的互補性。三、酶反應(yīng)的催化機制

一、酸堿催化酸堿催化是通過暫時向反應(yīng)物提供質(zhì)子或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過渡態(tài)，達到降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)的一類催化機制。2.共價催化

通過催化劑提供或從底物中獲得電子與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程。親核試劑：

Lys氨基、Ser羥基、Cys巰基、His咪唑基等都可以起親核共價催化作用。親電試劑：酶分子中的金屬陽離子，如Mg2+,Mn2+,，起到電荷屏蔽的作用progressofreactionFreeEnergyprogressofreactionDG?DG?DGDGuncatalyzedreactionEnzyme-catalyzedreactiontransitionstatesE+SESEPE+PSP3．鄰近和定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；定向效應(yīng)：活性中心的立體結(jié)構(gòu)和相關(guān)基團的誘導(dǎo)和定向作用，使底物分子中參與反應(yīng)的基團相互接近，并被嚴格定向定位，使酶促反應(yīng)具有高效率和專一性特點。鄰近效應(yīng)10-3較10-4反應(yīng)速度增加107定向效應(yīng)速度增加10114.“應(yīng)力”和“形變”活性部位嚴格按序排列著的帶電基團的作用，引起底物共價鍵中電子重新分布并帶來“應(yīng)力”，甚至“形變”