酶-生物化学与分子生物学课件.ppt

Enzyme第第 三三 章章 酶酶第第一一节节 酶的催化特点酶的催化特点第第二二节节 酶的结构与功能酶的结构与功能第三节第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学第四节第四节 酶的调节酶的调节第五节第五节 酶与医学的关系酶与医学的关系第六节第六节 酶的分类与命名酶的分类与命名概述概述（一）酶的概念（一）酶的概念n酶是一类由活细胞产生的，酶是一类由活细胞产生的，对其特异对其特异底物具有高效催化作用的底物具有高效催化作用的蛋白质n目前将生物催化剂分为两类目前将生物催化剂分为两类: : 酶酶 和和 非酶生物催化剂（如：核酶）非酶生物催化剂（如：核酶）（二）酶的化学本质（二）酶的化学本质 1 1大多数酶是蛋白质大多数酶是蛋白质19261926年美国年美国SumnerSumner得到了脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质得到了脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 19301930年年NorthropNorthrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质 J.B.SumnerJ.B.SumnerJ.H.NorthropJ.H.Northrop 20世纪世纪80年代发现某些年代发现某些RNA有催化活性，甚至有些有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。

也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击 2 2某些某些RNARNA有催化活性有催化活性 1982年美国年美国T. Cech等人发现四膜虫的等人发现四膜虫的rRNA前体能在完全没前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，即有蛋白质的情况下进行自我加工，即RNA有催化活性有催化活性 Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA 1983年美国年美国S.Altman等研究等研究RNaseP（由由20%蛋白质和蛋白质和80%的的RNA组成），发现组成），发现RNaseP中的中的RNA可催化可催化E. coli tRNA的前体加工的前体加工 Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA Cech和和Altman各自独立地发现了各自独立地发现了RNA的催化活性，并的催化活性，并命名这一类酶为命名这一类酶为ribozyme（核酶） 两人因此共同获得了两人因此共同获得了1989年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 3有些有些DNA也有催化活性也有催化活性 1995年年Cuenoud等发现有些等发现有些DNA分子亦具有催化分子亦具有催化活性。

活性 第一节第一节 酶的催化特点酶的催化特点The CThe Characteristicharacteristic ofof E Enzyme-nzyme-C Catalyzed atalyzed R Reactioneaction u酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点只能催化热力学上允许的化学反应；只能催化热力学上允许的化学反应；反应前后本身不发生变化；反应前后本身不发生变化；能加快可逆反应的速度，但不改变反应的平衡点；能加快可逆反应的速度，但不改变反应的平衡点；加快反应速度的机制都是降低反应所需的活化能加快反应速度的机制都是降低反应所需的活化能 酶的催化特点酶的催化特点高度的催化能力高度的催化能力高度的专一性高度的专一性高度的不稳定性高度的不稳定性可调节性可调节性（一）高度的催化能力（一）高度的催化能力 酶的催化不需要较高的反应温度酶的催化不需要较高的反应温度例例 ：2 2H H2 2O O2 22H2H2 2O+OO+O2 2 1mol H1mol H2 2O O2 2酶能催化酶能催化 5 510106 6 molmol H H2 2O O2 2的分解的分解1 1mol Femol Fe3+3+只能催化只能催化 6 61010-4 -4 mol Hmol H2 2O O2 2的分解的分解 酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高10108 810102020倍倍，比一般催化剂高比一般催化剂高10107 710101313倍。

倍酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能酶酶比比一一般般催催化化剂剂能能更更有有效效地地降降低低反反应应的的活化能 一般催化剂一般催化剂一般催化剂一般催化剂反应活化能反应活化能反应活化能反应活化能反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化反应总能量变化酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能酶促反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能非催化反应活化能初初初初 态态态态终终终终 态态态态能能能能 量量量量 改改改改 变变变变活活活活 化化化化 过过过过 程程程程酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变活化态活化态例例 ：2H2O22H2O+O2 反反 应应活化能活化能非催化反应非催化反应335kJ/mol铂催化反应铂催化反应49.4kJ/molH2O2酶催化酶催化8.36kJ/mol要要求求底底物物具具有有特特定定的的结结构构酶酶的的这这种种特特性性称称为为酶酶的的专专一一性性或或特特异异性性 针针对对底底物物分分子子内内部部的的化化学学键键、催催化化反应的类型、底物分子的立体结构反应的类型、底物分子的立体结构。

* 酶的专一性酶的专一性（二）高度的专一性（二）高度的专一性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的专一性可大致分为以下酶的专一性可大致分为以下3 3种类型：种类型：绝对专一性绝对专一性：只能催化一种物质进行一种化只能催化一种物质进行一种化学反应的性质脲酶）学反应的性质脲酶） 相对专一性相对专一性：催化同一类化合物或同一种化催化同一类化合物或同一种化学键进行化学反应的性质胰蛋白酶）学键进行化学反应的性质胰蛋白酶） 立体异构专一性立体异构专一性：只对立体异构体中的一种只对立体异构体中的一种起催化作用淀粉酶）起催化作用淀粉酶）（三）高度不稳定性（三）高度不稳定性酶是蛋白质，而大多蛋白质不稳定，酶是蛋白质，而大多蛋白质不稳定， 如：其在强酸或强碱条件下易变性如：其在强酸或强碱条件下易变性四）可调节性（四）可调节性（四）可调节性（四）可调节性酶生成与降解量的调节酶生成与降解量的调节酶活性的调节酶活性的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。

不断变化的内外环境和生命活动的需要其中包括三方面的调节其中包括三方面的调节第二节第二节酶的结构与功能酶的结构与功能The Structure and Function of Enzyme 一、一、 酶的分子酶的分子组成组成蛋白质部分蛋白质部分酶蛋白酶蛋白 非蛋白质部分非蛋白质部分辅助因子辅助因子 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物n n结合酶结合酶结合酶结合酶（全酶全酶）结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)n n单纯酶单纯酶单纯酶单纯酶：只含蛋白质的酶：只含蛋白质的酶：只含蛋白质的酶：只含蛋白质的酶* *各部分在催化反应中的作用各部分在催化反应中的作用q酶蛋白酶蛋白决定反应的特异性决定反应的特异性q辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质金属离子的作用金属离子的作用催化过程中传递电子；催化过程中传递电子；作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用；作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用；稳定酶的构象；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等中和阴离子，降低反应中的静电斥力等小分子有机化合物小分子有机化合物的作用的作用参与酶的催化反应，在反应中起运输载体的作用，传参与酶的催化反应，在反应中起运输载体的作用，传递电子、质子或其它基团。

递电子、质子或其它基团小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 金属酶金属酶（金属离子为酶的一部分）（金属离子为酶的一部分） 金属离子与酶结合牢固，提取过程中不易丢失金属离子与酶结合牢固，提取过程中不易丢失 羧肽酶（羧肽酶（ZnZn2+2+）和黄嘌呤氧化酶（）和黄嘌呤氧化酶（MoMo6+6+）金属活化酶（激活酶）金属活化酶（激活酶） 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密 各种激酶和核酸酶（各种激酶和核酸酶（MgMg2+2+）辅助因子分类辅助因子分类（按其（按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶辅酶: :与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松，可用疏松，可用透析或超滤的透析或超滤的 方法除去方法除去 辅基辅基: :与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密，不能用紧密，不能用透析或超滤的透析或超滤的方法除去方法除去酶分子上结合底物并催化底物转变成产酶分子上结合底物并催化底物转变成产物的部位物的部位酶的酶的必需基团在空间结构上彼此靠近，必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，其能与底物组成具有特定空间结构的区域，其能与底物特异结合并将底物转化为产物。

这一区域称特异结合并将底物转化为产物这一区域称为酶的活性中心或活性部位为酶的活性中心或活性部位二二 酶的活性中心酶的活性中心(active (active center)center)：必需基团：必需基团： 酶的氨基酸残基酶的氨基酸残基酶的氨基酸残基酶的氨基酸残基上的与酶活性密切相上的与酶活性密切相上的与酶活性密切相上的与酶活性密切相关的的化学基团关的的化学基团关的的化学基团关的的化学基团 通常有丝氨酸的通常有丝氨酸的通常有丝氨酸的通常有丝氨酸的OHOHOHOH、半胱氨酸的、半胱氨酸的、半胱氨酸的、半胱氨酸的SHSHSHSH和组氨酸的咪唑基和组氨酸的咪唑基和组氨酸的咪唑基和组氨酸的咪唑基活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团（与底物相结合）（与底物相结合）催化基团催化基团（催化底物转变成产物）（催化底物转变成产物） 位于活性中心以外，维持酶活性位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象中心应有的空间构象 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团必需基团必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 S-SS-S活活性性中中心心外外活活性性中中心心外外必必 需需 基基 团团必必 需需 基基 团团结合基团结合基团结合基团结合基团催化基团催化基团催化基团催化基团活活活活性性性性中中中中心心心心必必必必需需需需基基基基团团团团底物底物底物底物 肽链肽链肽链肽链活性中心活性中心活性中心活性中心酶活性中心示意图酶活性中心示意图溶菌酶的溶菌酶的活性中心活性中心* 谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；* 色色氨氨酸酸62和和63、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；* AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基，位位于于酶酶的的活活性性中中心心形成的裂隙中。

形成的裂隙中一些酶活性中心的氨基酸残基一些酶活性中心的氨基酸残基 酶酶 残基总数残基总数 活性中心残基活性中心残基牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41溶菌酶溶菌酶 129 Asp52, Glu35牛胰凝乳蛋白酶牛胰凝乳蛋白酶 245 His57, Asp102,Ser195牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶 238 His46, Asp90, Ser183木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 212 Cys25, His159 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 240 His45, Asp93。