有机生化课件 酶enzyme

第六章 酶 一节 酶是生物催化剂 一、酶的生物学意义 生物细胞产生，以 生物催化剂 抗体酶 一作用于抗原分子的，有催化活性的，有特殊生物功能的蛋白质 酶 ：生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子（蛋白质和核酸）。 生物体内一切化学反应，几乎都是在酶的催化下进行的。 2 酶与一般催化剂的异同点 : 相似处： 催化或加速热力学上可能进行的反应； 不改变反应的平衡常数； 酶本身在反应前后不发生变化 。 不同之处： (1) 酶主要成分为蛋白质，易受外界条件影响（热敏感，变性）；所以酶作用条件温和（常温、常压、中性酸碱度）。 (2) 催化效率高。比非酶促反应快 1031017倍； (3) 具有高度专一性，对底物作用有严格选择性； (4) 酶催化活性受调节控制，调控方式多种。 (5) 酶催化反应具特异性。 3 二 一种酶只作用于一类化合物或一定化学键，促进一定的化学变化，生成一定的产物。 （ 1)立体异构专一性： 如 （ 2)几何异构专一性： 对顺反异构体选择性 （ 1）键专一性：酯酶作用于酯键 （ 2) 基团专一性： 相对专一性 此类酶作用于“键”，对连接键的邻近基团有选择性。 （ 3) 绝对专一性 ： 如脲酶只对尿素水解，尿素的衍生物无作用。 4 酶专一作用有关学说 诱导契合学说： 当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，构象发生变化。酶与底物在此基础上互补契合，进行反应。 5 三、酶的分类与命名 （一）酶的分类 国际酶学委员会（ 定，按催化反应类型分六类 (1)氧化还原酶类：催化氧化还原反应 (2)转移酶类：催化功能基团转移 (3)水解酶类：催化水解反应 (4)裂合酶类：催化水、氨和 (5)异构酶类：催化各类的异构反应 (6)合成酶类：催化消耗 在此基础上，每一大类又可根据酶作用底物的性质进一步细分为各种亚类和亚亚类。 6 （二）酶的命名 底物反应类型（蛋白水解酶，乳酸脱氢酶、己糖异构酶）； 水解酶：只用底物名即可（蛋白酶，蔗糖酶等等）； 或酶前冠以来源（胰蛋白酶、唾液淀粉酶等） 如： D 6 酶： 萄糖磷酸转移酶 系统命名分类数字为： 2. 7. 1. 1. 酶学委员会 大类 亚类 亚亚类 序号 7 第二节 酶的结构与功能 一、酶的化学组成 单纯酶： 简单蛋白质组成 结合酶 酶）： 除蛋白质外，含有非蛋白质成分。 酶蛋白 白质部分 辅因子 蛋白部分（又分为辅基或辅酶） 全酶才有活性，两者分开酶即无活性。 8 根据酶蛋白特点和分子大小分： 条多肽链组成。多为水解酶 个或几十个亚基组成。 几种酶彼此嵌合形成的复合体，有利于一系列反应连续进行。 9 二、酶蛋白的结构 （一）酶的活性中心和必需基团 酶的活性中心（ ： 酶蛋白分子表面或裂隙中，特异的 酶的活性直接相关的结构区域。 是酶与底物结合并发挥催化作用的部位 （有的含有金属离子，一级结构相隔甚远，空间结构靠近） 必需基团 ： 活性中性内必需基团 （催化基团和结合基团）： 中心内，酶发挥催化作用与底物直接作用的化学基团； 活性中心以外必需基团： 酶活性中心以外，维持酶分子构象有关的化学基团。 10 11 三、酶的辅助因子与功能 辅基（ 酶蛋白结合牢固； 辅酶（ 酶蛋白结合疏松。 分类： 无机金属离子；小分子有机化合物；蛋白质辅酶。 一种酶蛋白只与一种辅酶结合而成一种专一性结合酶； 但一种辅酶可与不同酶蛋白构成许多不同专一性的结合酶 . 如：多种脱氢酶的辅酶是 定酶催化作用的专一性和高效率是酶蛋白部分；辅酶或辅基在酶促反应中决定酶促反应类型，其转递基团的作用 12 （一）无机离子对酶的作用 金属离子，有些与酶蛋白结合牢固；有些为酶本身不含金属离子但加入金属离子才具活性。 酶分子中含有或需要的无机元素举例 无机元素 酶 无机元素 酶 或 细胞色素 淀粉酶 细胞色素氧化酶 K 丙酮酸激酶 羧基肽酶 K 质膜 己糖激酶 黄嘌呤氧化酶 精氨酸酶 谷胱甘肽过氧化酶 13 金属离子在酶分子中的作用： （ 1）维持酶分子构象，甚至参与酶的活性中心（羧肽酶 n+） （ 2）通过本身的氧化还原传递电子 （ 3）在酶与底物酯键建立桥梁作用（激酶依赖与 （ 4）中和电荷（淀粉酶利用 中和电荷 ，利于酶与淀粉结合） 14 （二） 类小分子的有机化合物，体内合成不足或不能合成，必需由食物供给。 脂溶性 A,D,E,K；水溶性 C， 辅酶形式 酶促反应中作用 硫胺素 氧化脱羧中酮基转移 硫辛酸 二硫辛酸 酮酸氧化脱羧 泛酸 辅酶 转移酰基 核黄素 传递氢原子 尼克酰胺 传递氢原子 生物素 H 生物素 传递 酸 四氢叶酸 “一碳基团”转移 钴胺素 5甲基钴胺素等 甲基转移 15 （三）蛋白质类辅酶 某些蛋白质自身无催化作用，为某些酶所必需，又称 基团转移蛋白 或 蛋白质类辅酶，主要起 递氢 或 递电子 作用 金属离子、铁卟啉复合体和血红素通常存在于这些蛋白质的反应中心。 16 四、酶的结构与功能 （一）酶的活性中心与酶作用的专一性 酶作用专一性主要取决于酶活性中心 结构特异性 。 胰蛋白酶催化碱性 胰凝乳蛋白酶催化芳香族 与酶分子活性中心凹陷的 关。 正负电荷结合，或疏水基团相互作用。 （二）空间结构与催化活性 酶活性中心各基团的 空间位置 维持，就能保持全酶的活性。 17 （三）酶原的激活 某些酶在细胞内合成或初分泌是没有活性，此无活性前身酶原 原激活：使酶原转变为有活性的酶的作用。 激活机制 实质 ：酶分子内肽链的一处或多处断裂，使酶分子构象发生一定程度的改变，从而形成（或暴露）酶的活性中心所必需的构象。 消化道蛋白酶、血液中凝血抗凝血系统酶都以酶原形式存在。 18 第三节 酶的作用机制 反应能阈： 能引起反应的 最低能量水平 活化能： 分子由常态转变为活化状态所需的能量 一、 酶能显著 降低反应活化能 反应所需的活化能愈少，能达到活化状态分子就愈多。 19 酶能显著 降低反应活化能 故能表现 高的催化效率 20 二、中间复合物学说 和酶作用的 过渡态 结合形成中间复合物 ，再分解为 。 E+S E+P 过渡态 要释放一部分结合能，使其处于更低能级） 致使 大大降低 应大大加速。 多为非共价键结合（氢键、离子键等） 21 三、酶作用高效率的机制 （一）底物的“趋近”和“定向”效应 底物结合在酶分子表面的某一狭小区域，反应基团靠近（趋近效应），降低进入过渡态所需的活化能，并加大反应浓度 同时可使反应物在其表面对着特定的基团几何定向“定向”效应。反应物用一种“正确方向”相互碰撞发生反应。 使分子间反应 变成 分子内反应，使反应得以高速进行。 22 （二）底物变形与张力作用 酶与底物结合后，使底物某些敏感键及酶分子均发生“变形”，并对底物产生张力作用使底物扭曲， （三）共价催化作用 酶与底物结合形成一个反应活性很高的共价中间产物，转变为过渡态。 亲核催化作用 ： 非共用电子对中的电子（原子）攻击缺电子（带正电荷）原子形成共价键催化反应。 亲电催化作用 ： 亲电子催化剂从底物中吸取一个电子对。 23 （四）酸碱催化作用 酸碱催化剂（广义）：质子供体或质子受体 氨基、羧基、巯基、酚羟基、咪唑基 在酶催化反应中作用较大。 24 四、核酶与抗体酶 结构特征： 锤头状二级结构，同一分子上有催化和底物部分。 底物序列含有 化部分就是锤头结构。 （一） 核酶 ：催化 核糖酶 类酶 酶性 有生物催化活性的 物为： 能 ：切割剪接 用特点：切割效率低，易被 作用于 化转核苷酰反应，水解反应和连接反应，可能还具氨基酸酯酶，氨基酰 25 核酶作用机制： 自我剪接 第一类内含子自我剪接反应 需 一步： 鸟苷的 剪接位点，鸟苷共价结合到内含子的 5端，并释放出 5端外显子； 第二步： 5端外显子的 3 剪接位点， 5外显子与 3外显子之间形成磷酸二酯键，同时释放线状内含子。 此类核酶已被应用