第3章酶的代谢v教学材料.ppt

第三章第三章 酶酶第一节第一节 酶概述酶概述 第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类第三节第三节 酶的组成与结构酶的组成与结构第四节第四节 酶的作用机理酶的作用机理第五节第五节 酶促反应动力学酶促反应动力学第六节第六节 变构酶、同工酶、诱导酶变构酶、同工酶、诱导酶 第七节第七节 酶的活力测定及分离提取酶的活力测定及分离提取 酶学研究历史u 公元前两千多年，我国已有酿酒记载u 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果u 1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词u 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵u 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶u 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念u 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)一、酶是生物催化剂（一）酶的定义 酶是由活细胞产生的，在细胞内、外均有催化作用的特殊蛋白质或其他物质二）酶的化学本质u1926年，Sumner从刀豆中得到脲酶结晶，证明是蛋白质。

后来，先后获得胃蛋白酶，胰蛋白酶的结晶，1969年人工合成牛胰核糖核酸酶 都证明是蛋白质u1983年，发现RNA的催化功能，提出核酶的概念u1995年，报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶酶的本质是蛋白质的概念受到了巨大的冲击 1、反应前后，质与量不变，用量少2、缩短到达平衡的时间，不改变平衡点3、只能催化本来能进行的反应，即热力学上允许的反应4、降低反应活化能二、酶的作用特点（一）与一般催化剂的相同点（二）与一般催化剂的不同点1、高效 酶促反应的速度比非酶促反应高1081020倍，比一般催化剂高1061013倍； 例如： 过氧化氢酶：每分钟催化500万分子H2O2 Fe 3+ ：每500分钟催化1分子H2O22、高度专一 酶对底物有严格的选择性；3、酶易失活，要求温和条件；4、酶的活性可受到调节、控制；5、酶催化常需辅助因子二、酶的作用特点三、酶的分布 酶分布在所有的细胞和组织中，相对隔离，各自发挥作用 酶在生活细胞中产生，大部分酶在细胞内起催化作用，称为胞内酶 有些酶被分泌到细胞外发挥作用，这类酶称为胞外酶四、酶的专一性 概念：酶的专一性，即特异性，指酶对它所作用的底物有严格的选择性。

一种酶只能作用于某一种或某一类结构性质相似的物质酶专一性类型专一性结构专一立体（异构）专一绝对专一相对专一旋光异构 专一顺反异构 专一基团专一键专一酶对所催化的分子化学结构的特殊要求和选择1）绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质1、结构专一性四、酶的专一性（2）相对专一性：有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键1）键专一性：有的酶只作用于一定的化学键，而对键两端的基团并无严格要求1、结构专一性四、酶的专一性2）基团专一性：有的酶除要求作用于一定的键外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格2、立体异构专一性 （1）旋光异构专一性 底物具有旋光异构体（D型、L型）时，酶只能作用于其中的一种 （2）顺反异构专一性（几何异构专一性）四、酶的专一性第二节第二节 酶的命名与分类一、酶的分类二、酶的命名一、酶的分类国际生物化学会酶学委员会将酶根据反应性质分为六大类：催化氧化还原反应，涉及H和电子的转移如脱氢酶类1、氧化还原酶类（Oxido-reductases）乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应一、酶的分类例如：2、转移(移换)酶类 (Transferases)催化分子间功能基团的转移。

如转氨酶类 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应一、酶的分类3、水解酶类 (Hydrolases)催化水解反应如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等 脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：一、酶的分类4、裂合（裂解）酶类( Lyases) 催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应的酶如醛缩酶、脱氨酶、脱羧酶一、酶的分类磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛 HC O HCOH CH2OPO3 2 CH2OH CH2OPO3 2 COCH2OPO3 2 COHOCH HCOH HCOH CH2OPO3 2 1,6二磷酸果糖醛缩酶5、异构酶类（Isomerases） 催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应：一、酶的分类6、合成酶类（Ligases or ynthetases） 与ATP分解相偶联，并由二种物质合成一种物质这类反应必须与ATP分解反应相互偶联例如丙酮酸羧化酶催化的反应: 丙酮酸 + CO2 + ATP + H2O 草酰乙酸 + ADP + Pi一、酶的分类A + B + ATP + H-O-H =AB + ADP +Pi二、酶的命名底物名称（底物1：底物2） 反应性质 酶 如：L乳酸：NAD+ 氧化还原 酶1、系统命名要求确切表明底物的化学本质及酶的催化性质。

命名原则：（1）根据作用底物：如淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶等2）根据反应性质：如水解酶、脱氢酶、转氨酶等3）二者结合：如乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶等4）再加上酶的来源、特性：如木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、酸性磷酸酯酶、碱性磷酸酯酶等2、惯用名常依据酶所作用的底物和反应类型命名二、酶的命名命名原则：第三节 酶的组成与结构一、酶的组成二、酶的结构一、酶的组成单纯蛋白酶类据酶分子组成分类结合蛋白酶类l单纯蛋白酶：属于简单蛋白质，酶的活性仅仅决定于它的蛋白质结构如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等l结合蛋白酶：属于结合蛋白质，这些酶其蛋白质部分称之为酶蛋白，非蛋白组分称为辅助因子，酶蛋白和辅因子单独存在均无催化活性或活性很弱，结合在一起才表现出明显的酶活性如：转氨酶、乳酸脱氢酶等辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去辅基：与酶蛋白结合较紧，不能透析除去金属离子：与酶的结合，有的松，有的紧一、酶的组成辅酶、辅基往往是由维生素参与形成的小分子有机物 维生素是维持机体生命活动不可缺少的一类小分子化合物，它既不是生物体构成成分，也不是能量物质，之所以对生命活动如此重要，是因为维生素是辅酶或辅基的组成成分，参与体内代谢过程一）维生素维生素脂溶性维生素水溶性维生素一、酶的组成1、脂溶性维生素一、酶的组成(一）维生素2、水溶性维生素一、酶的组成(一）维生素一、酶的组成（二）几个重要的辅助因子 1、TPP 焦磷酸硫胺素（含VB1） 是脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸或酮戊二酸的氧化脱羧反应，又称为脱羧辅酶。

焦磷酸硫胺素(TPP) FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物它们在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用2、FAD、FMN（含VB2） FMN一、酶的组成（二）几个重要的辅助因子 NAD+ (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I)和NADP+ (烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II )是维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶的辅酶一、酶的组成3、NAD、NADP（含VB5） （二）几个重要的辅助因子 辅酶A（泛酰巯基乙胺腺苷二磷酸）是乙酰化酶的辅酶，重要生理功能是传递酰基一、酶的组成4、CoASH（含VB3）CoA（二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成5、磷酸吡哆醛（胺）（含VB6） 磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用的辅酶转氨：通过醛、胺转化，转移氨基 （二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成6、硫辛酸硫辛酸是少数不属于维生素的辅基，是丙酮酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶的辅基，作用是递氢和递酰基有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成生物素是多种羧化酶的辅酶功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用。

7、生物素（VB7）（二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成叶酸的还原产物四氢叶酸是转一碳单位酶的辅酶，主要作用是作为一碳基团如-CH3, -CH2-, -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程8、叶酸（VB11）（二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成维生素B12辅酶又称为氰钴胺素，主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应9、维生素B1210、维生素C在体内参与氧化还原反应；羟化反应；是一种很好的还原剂人体不能合成二）几个重要的辅助因子 一、酶的组成11、GSH (还原型谷胱甘肽）在氧化还原反应中传递氢12、铁卟啉（血红素）在氧化还原反应中递电子辅酶Q又称为泛醌主要作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递氢13、辅酶Q（二）几个重要的辅助因子 辅辅助成分作 用维维生素组组分核苷酸组组分NAD+（辅辅酶）递氢递氢 （脱氢氢酶）尼克酰酰胺（Vpp, B5）AMPNADP+（辅辅酶）CoA-SH（辅辅酶A）转转移酰酰基泛酸（B3）FH4（四氢氢叶酸）转转移一碳单单位叶酸（B11）磷酸吡哆醛醛/胺转转移氨基（转转氨酶）、羧羧基（脱羧羧酶）吡哆醛醛/胺（B6）焦磷酸硫胺素TPP转转移醛醛基硫胺素（B1）黄素腺嘌呤二核苷酸FAD递氢递氢 （脱氢氢酶）核黄素（B2）AMPFMN（黄素单单核苷酸）一、酶的组成（三）辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系u辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。

u每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反应在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团u同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶u一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）一、酶的组成（四）辅酶/辅基的作用特点一、酶的组成（五）酶分子中的金属离子 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激活酶金属离子的作用：稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力u金属酶(metalloenzyme)：酶蛋白与金属离子结合紧密u金属激活酶(metal-activated enzyme) ：金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不紧密二、酶的结构（一）根据酶蛋白结构上的特点，酶分为：1、单体酶：仅由单一肽链组成的具有完全催化活性的酶2、寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶3、多酶络合物： 功能相关的几个酶嵌合成的聚合体、分子量几百万以上，更有利于一系列反应的进行 4、多酶体系：有机体内，催化某一代谢途径总是由许多酶组成连续的体系，这一代谢途径中的所有酶，通过许多连续的中间代谢物，形成不可分割的庞大酶系 5、多功能酶或串联酶：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。

二）活性中心(active site)二、酶的结构活性中心：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接相关的部位或酶与底物结合并表现催化作用的空间区域E分子活性中心结合部位（1几个aa）维持活性中心的必需基团催化部位（13个aa）其它部分（非必需部分）1、结合部位（Binding site）u酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位u结合部位决定酶的专一性二、酶的结构（二）活性中心(active site)结合部位u酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位u催化部位决定酶所催化反应的性质二、酶的结构（二）活性中心(active site)2、催化部位（catalytic site）v 活性中心的必需基团：结合、催化v 调节部位的必需基团v 维持三维空间结构的必需基团v 其它必需基团n活性中心的常见基团：His的咪唑基，Ser的羟基，Cys的巯基，Glu的羧基二、。