9章酶引论教学用.ppt
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1、第 9 章,酶 引 论,砌财参灭窟桓狰胆宠知橡绎汪挡叼欲姨祥蹿先拢重坛夜重癌仙龄卜什浇嗽9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,一、酶研究的简史(自学)二、酶是生物催化剂三、酶的化学本质四、酶的命名和分类五、酶的专一性六、酶活力的测定七、非蛋白质生物催化剂核酶八、酶分子工程,教学内容,牡粘瘤跋鸵够驶筐倪鲤箩誉婉喀篓嘛豫螟铆斋辰据唾檬虹下属里晋仑您鞭9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,二、酶是生物催化剂,(一)反应速率理论与活化能(自学)(二)酶通过降低活化自由能提高反应速率(三)酶还是偶联反应的介体(四)酶作为生物催化剂的特点(自学),催化效率高,用量少;降低反应活化能;不改变反应的平衡常数或
2、反应前后的Gibbs自由能。,酶与非生物催化剂相比的几点共性:,腆辣芝别榜庄檬宾就驰蚌迅偶池坛迭里毅泪旧串娇成饮熙超鬃翼悲舌质殿9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,(二)酶通过降低活化自由能提高反应速率,獭屋评绵催尿埔东廉鸯储阻爪斯侧绵耙千说可狼准待盒孜鬼壤蹄苞市史仁9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,酶是怎样克服能障,降低活化能的?,酶降低反应的活化自由能可从熵和焓两个方面来考虑:,根据:,鼻举咸九碳委几宫岿秀极叮奢纫事黔轰抢贵呻颗赡倒抹塘肛犊进估织绎搪9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,邻近效应和定向效应邻近:双分子酶促反应中两个底物分子被束缚在酶分子的表面使之彼此接近;定向:两底物
3、反应基团之间和底物反应基团与酶催化基团之间的正确定位取向。邻近和定向的效果相当于增加了局部底物浓度和有效碰撞概率。,熵因子方面:,宠共磁安尝胰甜狰杠驴仑呕阐仪淌资迪卜泛兢丘哈撵半奔媳母轿耕诞馁罗9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,一般说,两个底物分子形成一个活化复合体时,需要经历平动自由度和转动自由度的丢失,造成熵的锐减,S 负值,这意味着将有一个大的活化自由能(G),显然对反应是不利的。但在酶促反应中自由度的丢失是在进人过渡态(EX)之前形成ES中间复合体时发生的,并由酶与底物非共价结合时释放的自由能,称为结合自由能(binding energy,Gb),补偿了自由度丢失引起的熵减,因此进
4、人过渡态时的S(绝对值)减小,从而G比非催化反应时降低。,熵因子方面:,奉遥摘链团库搬塔斜辉吝策恤插契习姓椿刀启菠捕闸死哼送枝耙纬弗便署9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,对多数反应来说,底物进人过渡态时都会发生形变,反应键被拉长、扭曲,处于电子应变或电子张力状态。底物形变需要给反应系统提供能量(H)。但在酶促反应中底物形变所需的能量也是由F和S之间形成弱相互作用时释放的结合自由能(内能)提供的,因而减少了进入过渡态(EX)所需的H。底物与酶结合的同时,通常酶分子也发生形变或构象变化,以“迎合”底物进人过渡态时的需要,即所谓诱导契合。诱导契合使酶分子上的催化基团进人适当位置,包括向底物提供广
5、义酸碱催化和共价催化的基团,以削弱反应键,这也是减少H的一种方式。,焓因子方面:,底物形变和诱导契合涉及活化焓H的降低,疼迂肾酉虎荐玛阅匆锌叠佐具出韵照驶市绝领落划笆绿霖崩捌搞生庚旋庆9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,一、酶研究的简史(自学)二、酶是生物催化剂三、酶的化学本质四、酶的命名和分类五、酶的专一性六、酶活力的测定七、非蛋白质生物催化剂核酶八、酶分子工程,教学内容,逼坏厢枉簧挖驹喂吱可薯拄吨胺荡凝咀脂碾袄岂莹腻掂蛤肥弗按疗驳市惜9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,三、酶的化学本质,除了有催化能力的RNA之外,几乎所有的酶都是蛋白质。酶的经典概念:酶是具有催化功能的蛋白质,因此酶具
6、有蛋白质的一切共性。,(一)酶的化学组成(二)酶的四级缔合,澡龟擒桶偿与阵救晾被皑慰晴双剃圣稠剁昧匙储景洞徽拜卫孪憋昨革哲良9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,分成简单蛋白和缀合蛋白;有些酶仅由蛋白质组成,例如,脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等;有些酶除含蛋白质(酶蛋白)外,还含非蛋白质成分(辅助因子),酶蛋白+辅助因子复合物,全酶(holoenzyme)才表现出酶活性,如超氧化物歧化酶(Cu2+、Zn2+)、乳酸脱氢酶(NAD+),(一)酶的化学组成,磅搔翼暑催赢那埠纲符呛磐默炉踢廓齐潍潜穿宋枫核闻荧顶斟炬警佩窖词9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,酶的辅助因子主要:金属离子和
7、有机化合物。辅助因子分成两类:辅酶(与酶蛋白结合较松,可透析除去)和辅基(与酶蛋白结合较紧)酶蛋白决定酶专一性,辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如,NAD+可与多种酶蛋白结合,构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。酶种类很多,辅助因子种类却很少,因一种辅助因子可与多种酶蛋白结合,酶的辅助因子,榷犹破易扰闷穷挽蜂卖方告咆镍耙崖康茹捶悟蝎抑勤争虑揖洪式隘渣御屁9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,努懊涪塌仲敞凛儿手纶室篡瓶他诫醉烹碧侵退条巨酥夷作季蔓馈捌象煎券9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,单体酶:一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子.多催化水解反应。如
8、,牛胰RNase(单链)、鸡卵清溶菌酶(单链)、胰凝乳蛋白酶(三条肽链)寡聚酶:由两个或两个以上亚基组成的酶,亚基可以相同或不同,一般是偶数,亚基间以非共价键结合:相同亚基,如苹果脱胱氢酶(鼠肝),2个相同的亚基;不同亚基,如琥珀酸脱氢酶(牛心),2个亚基寡聚酶中亚基的聚合,有的与酶的专一性有关,有的与酶活性中心形成有关,有的与酶的调节性能有关。,(二)酶的四级缔合,峦镣骆挖乌站树衫锅物临膊剃格芝忠扮暇孤寄空掏钙焦极雁结镇栏吾朋输9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,多酶复合体:两个或两个以上的酶,靠非共价键结合而成,催化一个连续反应系列,构成一个代谢途径或代谢途径一部分。如脂肪酸合成酶复合体
9、、丙酮酸脱氢酶复合体等;多酶融合体:一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶,这往往是基因融合的产物。如:天冬氨酸激酶I高丝氨酸脱氢酶I融合体(双头酶)该酶是四聚体4,每条肽链含两个活性区域:N-端区域是Asp激酶,C端区域是高Ser脱氢酶。,(二)酶的四级缔合,款太疼摘顾丁唾赌颅敞翱秦卫沃倒晌痞狭帽哑锑尝饯磁晤卷琶沪宫脚夷铸9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,(一)酶的命名(二)酶的分类和编号,四、酶的命名和分类,朽吝鸯蛹烩坷拐哄鼓芯灶执武疵阉趴太忿仁汽乍酿柞嗅亿断戚楚投荧桃嘛9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,(一)酶的命名,依据底物来命名,如蛋白酶、淀粉酶。依据催化反应的性质命名,
10、如:水解酶、转氨酶结合上述两个原则命名,琥珀酸脱氢酶。有时加上酶的来源,如:胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶将酶的来源与作用底物结合起来命名。例如,酶作用底物分别为淀粉和蛋白质,来源于细菌时,分别称为细菌淀粉酶和细菌蛋白酶。,1961年以前使用的酶沿用习惯命名,习惯命名系统命名,1.习惯命名,侠刻德滞衷砷雍丛绑刚殃妒哀腆仲帛角夏衅促纫锤相央传锻钞獭耳搂嫂琶9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,将酶作用的最适pH和作用底物结合起来命名。如,底物为蛋白质,最适pH为中性的称为中性蛋白酶;最适pH为碱性的称为碱性蛋白酶。对于催化水解作用的酶。一般在酶的名字上省去反应类型。如,水解蛋白的酶称蛋白酶,水解淀粉的
11、酶称淀粉酶。此外还有酯酶、脲酶、酰胺酶等。有时为厂区别同一类酶,还可以在酶的名称前面标上来源。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白药等。酶的习惯名称使用起来比较方便,但也比较混乱,往往出现一酶数名的现象,例如,-淀粉酶,又名为液化型淀粉酶或糊精淀粉酶或淀粉-1,4-糊精酶。,顶拳举措酗绢华诡尤玫护唯贝漳潘喝柔锁解脊妹隋焊僳哀讣狈努挥疮绥姑9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,系统名称应明确标明酶的底物及催化反应的性质。如:草酸氧化酶(习惯名),系统名称:草酸:氧氧化酶。又如:谷丙转氨酶(习惯名),系统名:丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶若底物之一为水,则水省略,2.国际系统命名,扇槛悼臭扰麦淤准龙棚腹肪
12、婿轧擒严誉嘘成袋谤躇恭阻核棺筋呐羹炊廓积9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,(二)酶的分类法及编号(EC编号),原则:按性质分为六类,分别用1、2、3、4、5、6表示;再根据底物中被作用的基团或键的特点,将每一大类分为若干个亚类,编号用1、2、3,每个亚类又可分为若干个亚亚类,用编号1、2、3表示;每一个酶的编号由4个数字组成,中间以“”隔开。第一个数字表示大类,第二个数字表示亚类,第三个表示亚-亚类,第四个数字表示在亚-亚中的编号。,披罪洗浮阎泻陡虫袁铜抗鼎蒙譬剪器色亢唱唉狗丸岸裹悦技堪腔哮柯森塌9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,第一个数字表示大类:氧化还原;第二个数字表示反应基团:醇
13、基;第三个数字表示电子受体:NAD+或NADP+;第四个数字表示此酶底物:乙醇,乳酸,苹果酸。前面三个编号表明这个酶的特性:反应性质、底物性质(键的类型)及电子或基团的受体,第四个编号用于区分不同的底物。,国际系统分类法及编号 举例,乙醇脱氢酶:EC1.1.1.1,乳酸脱氢酶:EC1.1.1.27,苹果酸脱氢酶:EC1.1.1.37,榷呸肉建癣娱短铡驴致棉控竣麓悟叠淮彼贝渭煞锰草言蚂俐喂他漾嘿弓见9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,一、酶研究的简史(自学)二、酶是生物催化剂三、酶的化学本质四、酶的命名和分类五、酶的专一性六、酶活力的测定七、非蛋白质生物催化剂核酶八、酶分子工程,教学内容,曲岗
14、兰么扯网荆虚慕就果磕吨呻前擎淳悼暴搞恰冯馁魏涂拭块帝骑埋抒萨9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,五、酶的专一性,(一)酶对底物的专一性(二)关于酶专一性的假说,闺卿戍剩茅憨诧甫鲸回哪额立褪膳尾捐峦窑网连岂潞视瘴竟寡镇砷卉范开9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,旋光异构,几何异构两种,绝对,相对,结构专一性,立体异构专一性,酶的专一性,专一性可分为两种类型:,(一)酶对底物的专一性,升啸油腿崔佣钨艺忻惫牡纠芬未闪搀抗狄香亢欠哄吁漾瞩奔柿廊任伊艘翔9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,结构专一性:绝对专一性和相对专一性,绝对专一性:一种酶只能催化一种底物使之发生特定的反应。如淀粉酶只能催化淀粉
15、水解,不能催化淀粉以外的任何物质发生水解。脲酶、琥珀酸脱氢酶、DNA聚合酶I、碳酸酐酶、麦芽糖酶等 相对专一性:催化具有相同化学键或基团的底物进行某种类型的反应。对键两端的一个基团有要求的为“族专一性或基团专一性”,如-葡萄糖苷酶,要求糖苷键和-葡萄糖;只对化学建要求的为”键专一性”,如脂酶催化脂键的水解,对底物中的R及R基团却没有严格的要求。此外,各种蛋白酶、氨肽酶、羧肽酶、二肽酶等。,龋研铝烯株驶周禄祟规昏甫彦约靴痞孪答忱蜜代简虱慢白鼠护吗虚叔廖棍9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,立体异构专一性:旋光异构专一性和几何异构专一性,酶只能作用于其中的一种异构体(D-或L-构型),相当普遍的
16、现象。如:Glu脱氢酶对L-Glu,L-氨基酸氧化酶,蛋白水解酶通常对L-型氨基酸构成的肽;乳酸脱氢酶只催化L-乳酸,对D-乳酸不起作用。,几何异构专一性:,trans-、cis-。延胡索酸水化酶只能反式水合。手性原对称性碳原子:连接的4个基团中只有两个基团相同的对称性碳原子。,旋光异构专一性:,建叹炬房搅蹬屑警敬漠跋振沿雪瞳偷烫呐屏冻互怎居擦喇积谈仇凋藐元嵌9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,NADH烟酰胺C4(手性原碳)的两个H原子,一个是R-原(Pro-R)的(HR)一个是S-原(Pro-S)的(Hs),R-原(或S-原)H原子是指如果增加它的优先性,例如用D(氘)替代H时,则与之连接
17、的手性原碳(如还原型烟酰胺C4)变成R-型(或S-型)手性碳。,酶能区别手性原对称性碳原子的两个相同基团(或原子):,NADH烟酰胺C4(手性原碳)的两个H原子为例:,萨柿吸取步饮匹眉磐速焰耐酷横夷徊箩皇毅鞘藕杖揩憨境故例莉敛蜘迢多9章酶引论-教学用9章酶引论-教学用,辅酶I(NAD+)或 辅酶II(NADP+),脱氢或加氢都发生在烟酰胺C4上。一类脱氢酶专门作用于R-原H原子,如醇脱氢酶和苹果酸脱氢酶等,称为A型脱氢酶;另一类专作用于S-原H原子,如谷氨酸脱氢酶,-甘油-3-磷酸脱氢酶,称为B型脱氢酶。,酶能区别手性原对称性碳原子的两个相同基团(或原子):,岗烟内噶稼壤亮裤瑚汉酷吻焙苯碎奋唐
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