生物化学第五章 酶化学知识点归纳

生 物 化 学 第五章 酶化学 Enzyme 一 酶的简介 二 酶的作用机制 三 酶促反应动力学 目录 四 酶活力测定和分离纯化四 酶活力测定和分离纯化 一 酶的概念 二 酶催化作用的特点 三 酶的化学本质及其组成 酶的 简介 I 四 酶的命名和分类 五 酶活性中心和必需基团 生物催化剂 Biocatalyst 蛋白质类 Enzyme 天然酶 生物工程酶 核酸类 Ribozyme 模拟酶 一 酶是生物催化剂 酶是生物细胞产生的 以蛋白质为主要成分的生物催化剂 二 酶催化作用的特点 酶与一般催化剂的共同点 能降低反应分子的活化能 只能加快反应的速度 而不改变反应 的平衡点 在反应前后没有质和量的变化 1 具有极高的效率 非酶催化剂的107 1013倍 非催化反应的108 1020倍 二 酶催化作用的特点 酶作为生物催化剂特性 2 具有高度专一性 酶只能对特定的一种或一类底物起作用 发生某种特 定类型的化学反应 产生特定的产物 这种特性称为酶的 特异性或专一性 specificity 二 酶催化作用的特点 绝对专 一性 绝对专 一性 相对专 一性 相对专 一性 立体结构 专一性 立体结构 专一性 二 酶催化作用的特点 1 绝对专一性 absolute specificity 只能作用于特定结构的底物 进行一种专一的反应 生 成一种特定结构的产物 尿素尿素 H2NCNH2 O 2NH3 CO2 l1 幻灯片 8 l1 公式图片可以换成白底黑字 箭头是换成蓝色 lenovo 2017 07 19 二 酶催化作用的特点 2 相对专一性 relative specificity 作用于一类具有相同的化学基团或化学键的底物 键 Bond 专一性 要求底物具有相同的化学键 对键两侧的 基团没有严格的要求 如 蛋白酶催化肽键的水解 基团 group 专一性 除了要求有一定的化学键 而且对化 学键一侧的基团有要求 如 葡萄糖苷酶 催化由 葡萄糖所构成的糖苷键水解 l1 幻灯片 9 l1 公式图片可以换成白底黑字 箭头是换成蓝色 lenovo 2017 07 19 二 酶催化作用的特点 旋光异构专一性 当底物具有旋光异构体时 酶只能作用于 其中一种 如 L 谷氨酸氧化酶只能催化L 谷氨酸的氧化 而对D 谷氨 酸无作用 3 立体结构专一性 stereo specificity 作用于立体异构体中的一种 l1 幻灯片 10 l1 公式图片可以换成白底黑字 箭头是换成蓝色 lenovo 2017 07 19 二 酶催化作用的特点 延胡索酸水化酶 延胡索酸 反丁烯二酸 苹果酸 几何异构专一性 含有双键的物质有顺反两种异构体 只能 作用其中的一种 H C COOH HOOC C H CH2 COOH HO CH COOH 二 酶催化作用的特点 3 酶易失活 酶促反应条件温和 一般在常温 常压 中性pH条件 下进行 因为大部分酶是蛋白质 凡是能使蛋白质变性的因素 高温 强酸 强碱 重金属等都能使酶失活 二 酶催化作用的特点 4 酶活性受到调节和控制 调节酶的浓度 如诱导或抑制酶的合成 通过激素调节酶活性 反馈抑制调节酶活性 抑制剂和激活剂对酶活性调节 别构调控 酶原的激活 酶的可逆共价修饰 同功酶调节 二 酶催化作用的特点 5 酶的催化活力与辅酶 辅基及金属离子有关 高效性 专一性以及作用条件温和使酶在生物体新 陈代谢过程中发挥着强有力的作用 酶活力的可调 控性使生命活动中各个反应得以有条不紊地进行 三 酶的化学本质及其组成 一 酶的化学本质 酶是催化特定化学反应的蛋白质 RNA DNA或其 复合物 主要是蛋白质 三 酶的化学本质及其组成 二 酶的分子组成 根据酶的化学组成分类 酶蛋白 辅助因子 金属离子 有机小分子 结合酶 单纯酶 辅基 辅酶 全酶 酶蛋白 辅助因子 辅酶 与酶蛋白结合疏松 可用透析方法除去 辅基 与酶蛋白结合紧密 不能用透析的方法除去 辅助因子 三 酶的化学本质及其组成 酶蛋白与辅助因子的作用 酶蛋白决定反应的专一性 辅助因子决定反应的性质 有机小分子的作用 在反应中起转运载体的作用 传递电子 原子或某些化学基团 金属离子的作用 参与催化反应 传递电子 稳定酶的构象 在酶与底物间起桥梁作用 中和阴离子 降低反应中电子斥力 三 酶的化学本质及其组成 三 酶的化学本质及其组成 三 单体酶 寡聚酶 多酶复合体 根据酶蛋白分子的特点和分子量大小 由一条或多条共价相连的肽链组成 一般为水解酶 单体酶 monomeric enzyme 由两个或两个以上的亚基组成 为大多数酶 寡聚酶 oligomeric enzyme 由多种酶彼此镶嵌成的复合体 它们相互配合 依次进行 催化连续的一系列相关反应 如丙 酮酸脱氢酶复合体 脂肪酸合成酶复合体 多酶复合体 multienzyme complex 催化相同的化学反应 但酶蛋白的分子结构 理化性质和免疫性能等方 面都存在明显差异的一组酶 四 同工酶 三 酶的化学本质及其组成 在同一个体的不同组织 甚至同一组织 同一细胞的不同亚细胞结构中 在生长发育的不同时期和不同条件下 都有不同的同工酶分布 同工酶可能是机体对环境变化或代谢变化的另一种调节方式 即当一种 同工酶受到抑制或破坏时 其他的同工酶仍然起作用 从而保证代谢的 正常进行 乳酸脱氢酶 LDH 由H和M两种亚基组成的四聚体 有五种同工酶 M M M M M M4 HM MM M3H MM HH M2H2 M H H H MH3 HH HH H4 H LDH5LDH4LDH3LDH2LDH1 骨肌型 心肌型 在骨骼肌中占优势 富含碱性氨基酸 在心肌中占优势 富 含酸性氨基酸 三 酶的化学本质及其组成 三 酶的化学本质及其组成 五 核酶 1982 T Cech等发现四膜虫的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进 行自我加工 发现RNA有催化活性 具有催化活性的RNA ribozymer 核酶 1983 S Altman等研究RNase P 由20 蛋白质和80 的RNA组成 发 现RNase P中的RNA可催化E coli tRNA的前体加工 三 酶的化学本质及其组成 六 抗体酶 具有催化功能的抗体分子称为抗体酶 四 酶的命名和分类 一 习惯命名法 1 根据作用底物命名 如淀粉酶 蛋白酶等 2 根据所催化反应的性质命名 如脱氢酶 转移酶等 3 将作用底物和催化反应的性质结合命名 如丙酮酸脱羧酶等 4 将酶的来源和作用底物结合命名 如胃蛋白酶 胰蛋白酶等 5 将酶作用的最适pH值和作用底物结合起来命名 如中性蛋白酶 碱性蛋白酶等 二 国际系统命名法 酶的系统命名有两部分组成 酶所作用的底物名称 酶所催化的反应类型 如 习惯名称 谷丙转氨酶 系统名称 丙氨酸 酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应 丙氨酸 酮戊二酸谷氨酸 丙酮酸 四 酶的命名和分类 三 国际系统分类法及酶的编号 国际酶学委员会根据酶催化的 反应类型 将酶分为六大类 分别用1 2 3 4 5 6的 编号来表示 1 氧化还原酶 2 转移酶 3 水解酶 4 裂合酶 裂解酶 5 异构酶 6 合成酶 连接酶 四 酶的命名和分类 乳酸脱氢酶 EC 1 1 1 27 第1大类 氧化还原酶 第1亚类 氧化基团CHOH 第1亚亚类 H受体为NAD 该酶在亚亚类中的顺序编号 表示国际酶学委员会 Enzyme Commission 每个酶都有一个由四个数字组成的编号 四 酶的命名和分类 1 氧化还原酶 Oxidoreductase 催化氧化还原反应 还原剂氧化剂 AH2 BA BH2 氧化还原 主要包括脱氢酶 dehydrogenase 和氧化酶 Oxidase 四 酶的命名和分类 C H 3C H C O O H O H N A D H C H 3C C O O H O N A D H 乳酸丙酮酸 乳酸脱氢酶 四 酶的命名和分类 2 转移酶 Transferase 催化分子间功能基团的转移 AR BA BR C H 3C H C O O H N H 2 H O O C C H 2C H2C C O O H O H O O C C H 2C H2C H C O O H N H 2 C H 3C C O O H O 主要包括转氨基 转一碳基团 醛或酮基 酰基 糖苷基 磷酸基和含硫基的酶 谷丙转氨酶 四 酶的命名和分类 3 水解酶 hydrolase 催化底物的加水分解反应 AB H2OAOH BH 主要包括淀粉酶 蛋白酶 核酸酶及脂肪酶等 四 酶的命名和分类 4 裂合酶 Lyase 催化底物C C C O C N及其它键的断裂并形成双键的非水 解性反应 ABA B 包括醛缩酶 脱水酶 脱羧酶及脱氨酶等 果糖 1 6 二磷酸磷酸二羟丙酮甘油醛 3 磷酸 醛缩酶 四 酶的命名和分类 5 异构酶 Isomerase 催化同分异构体间的相互转变 即分子内部基团的重新排列 AB O CH2O H O H O H O H O H O CH2O HCH2O H O H O H O H 葡萄糖异构酶 常见的有消旋酶 差向异构酶 顺反异构酶 分子内氧化还原酶 分子内转移酶和分子内裂解酶等 四 酶的命名和分类 6 合成酶 Ligase or Synthetase 合成酶 又称为连接酶 催化把两分子连在一起 并由ATP提 供能量的反应 A B ATP AB ADP Pi 丙酮酸 CO2 ATP H2O 草酰乙酸 ADP Pi 丙酮酸羧化酶 包括生成C O C S C N C C和磷酸酯键的5个亚类 小结 1 习惯名 推荐名 选一个习惯名 实用 简单 2 系统名称 酶的底物及催化反应的性质 3 分类编号 E C 四个数 酶的三种命名 1 必需基团 指酶蛋白分子中与酶的催化活性直接相关的氨基酸 残基侧链基团 若使其改变则催化活性丧失 五 酶活性中心和必需基团 亲核性基团 Ser的羟基 Cys的巯基和His的咪唑基 酸碱性基团 Asp和Glu的羧基 Lys的氨基 Tyr的酚羟 基 His的咪唑基和Cys的巯基等 五 酶活性中心和必需基团 五 酶活性中心和必需基团 2 酶活性中心 active center 与酶活力直接相关的区域 或称活性部位 指必需基 团在空间结构上彼此靠近 组成特定空间结构 该结构与 底物特异结合并将底物转化为产物 五 酶活性中心和必需基团 催化中心 催化底物发生反应的部位 决定酶的催化效率 反应性质 酶活性中心 结合中心 酶与底物结合的部位 决定酶的专一性 酶的活性中心氨基酸残基在一级结构上可能相距较远 甚至可能 不在同一条肽链上 但通过肽链的盘绕折叠 在空间结构中相互靠近 酶活性中心特征 1 在酶分子中只占很小一部分 2 酶活性中心是一个三维实体 3 酶活性部位并不是和底物的形状正好互补 而是在酶和底物结 合过程中 酶和底物构象发生一定变化后才互补 五 酶活性中心和必需基团 6 酶活性中心具有柔性或可运动性 这种柔性或可运动性 正是表 现其催化活性的一个必要因素 4 活性中心位于酶分子表面的裂缝中 底物分子 或一部分 结 合在裂隙内并发生催化作用 5 底物通过次级键较弱的力结合到酶上 如氢键 盐键 范德华 力和疏水相互作用 五 酶活性中心和必需基团 3 必需基团分类 活性中心内的必需基团 结合基团 binding group 与底物相结合 催化基团 catalytic group 催化底物转变成产物 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外 维持酶活性中心应有的空间构象所必需 五 酶活性中心和必需基团 底 物 活性中心以外的 必需基团 结合基团 催化基团 活性中心 酶活性中心示意图 溶菌酶的活性中心 谷氨酸35和天冬氨 酸52是催化基团 色氨酸62和63 天 冬氨酸101和色氨酸 108是结合基团 A F为底物多糖链的 糖基 位于酶的活性 中心形成的裂隙中 五 酶活性中心和必需基团 一 酶与底物的结合 二 酶作用高效性的机制 三 催化反应机制的实例 酶的作 用机制 II 一 酶与底物的结合 E SESE P 中间复合