高中生物 酶類課件

六、酶類酶是由活細胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)或體外起同樣催化作用的一類具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。在這里主要討論蛋白質(zhì)屬性的酶。1.酶的化學結(jié)構(gòu)根據(jù)酶的化學組成，可以把酶分成單純酶和結(jié)合酶。單純酶分子完全由蛋白質(zhì)組成，不含其他成分。結(jié)合酶分子由簡單的蛋白質(zhì)(稱為酶蛋白)和輔助因子兩部分組成，輔助因子可以是金屬離子或小分子有機物。通常把這些小分子有機物稱為輔酶或輔基。輔酶指與酶蛋白結(jié)合比較松，用透析法可以除去的小分子有機物；而輔基則指與酶蛋白結(jié)合比較緊，用透析法不易除去的小分子有機物；兩者沒有本質(zhì)區(qū)別。酶的催化反應的專一性和高效性主要決定于酶蛋白。酶分子中有很多化學基團，但并不是所有的基團都與酶的活性有關。酶的活性僅與一部分基團有直接關系，這些基團稱為酶的必需基團。如果對這些基團進行取代或修飾，則酶的活性喪失。酶的必需基團在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠，甚至可能不在一條肽鏈上，但由于肽鏈盤繞折疊使它們在空間上彼此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，而直接與酶的催化功能有關，這種區(qū)域稱為酶的活性中心。酶活性中心包括兩個功能部位：一個是結(jié)合部位，一定的底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；一個是催化部位，底物分子中的化學鍵在此處被打斷或形成新的化學鍵，從而發(fā)生一定的化學反應。(二)酶的作用機制1．酶的催化作用——降低活化能將分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變到活化狀態(tài)(過渡態(tài))所需的能量，稱為活化能。酶的催化作用就是降低化學反應的活化能，由于在酶催化反應中只需較低的能量就可使反應物進入“過渡態(tài)”，所以同非酶催化反應相比，活化分子的數(shù)量大大增加，從而加快反應的速度。2．中間產(chǎn)物學說在催化某一反應的時候，酶首先與底物形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物再分解，釋放出酶及產(chǎn)生的反應產(chǎn)物?？捎霉奖硎緸椋好钢越档头磻罨苁怯捎诿概c底物生成了中間產(chǎn)物從而改變了反應途徑所致。3．“鑰匙-鎖”學說和“誘導契合”學說1890年。E.Fischer提出“鑰匙-鎖”學說，認為酶和底物結(jié)合時，底物的結(jié)構(gòu)必須和酶活性部位的結(jié)構(gòu)非常吻合，就像鎖和鑰匙一樣，這樣才能緊密結(jié)合形成中間產(chǎn)物。該學解釋了酶促反應的專一性；但該學說把酶的結(jié)構(gòu)看成是固定不變的，這是不切實際的，并且該模型不能解釋可逆反應。1958年，D．E．Koshland提出了“誘導契合”學說，克服了“鑰匙-鎖”模型的缺點，認為酶與底物結(jié)合時，底物能誘導酶分子的構(gòu)象變化，使酶能與底物分子很好地結(jié)合，從而發(fā)生催化作用。(1)鄰近定向效應4．使酶具有高催化效率的因素指底物和酶活性部位的鄰近，對于雙分子反應來說也包含酶活性部位上底物分子之間的靠近，而互相靠近的底物分子之間，以及底物分子與酶活性部位的基團之間還要有嚴格的定向(正確的立體化學排列)，大大提高了活性部位上底物的有效濃度，使分子間反應近似于分子內(nèi)的反應，同時還為分子軌道交叉提供了有利條件；使底物進行反應的活化能降低，從而大大地增加了酶-底物中間產(chǎn)物進入過渡態(tài)的幾率。(2)“張力”和”形變”底物結(jié)合可以誘導酶分子構(gòu)象的變化，而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力”甚至“形變”，從而促進酶-底物中間產(chǎn)物進入過渡態(tài)。(3)酸堿催化酶活性部位上的某些基團可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對底物進行酸堿催化。（4）共價催化某些酶可以和底物生成不穩(wěn)定的共價中間物，這種共價中間物進一步生成產(chǎn)物要比非催化反應容易得多。(三)影響酶催化反應的因素1.酶濃度的影響在酶促反應中，如果底物濃度大到足以使酶飽和，則反應速度與酶濃度成正比(圖1-1-8)：V=k[E]。2．底物濃度的影響在酶濃度等條件恒定，反應系統(tǒng)中沒有不利于酶發(fā)揮作用的因素存在時，用反應速度對底物濃度作圖得一直角雙曲線(圖1-1-9)。當?shù)孜餄舛萚S]較低時，反應速度和底物濃度幾乎成正比。當?shù)孜餄舛容^高時，反應速度也隨濃度的增加而升高，但不顯著。當濃度大大增加時，反應速度趨近一個最大值即最大速度Vmax，此時的反應速度與底物濃度無關。3.PH值的影響pH值對酶活性影響的原因，除了由于過酸或過堿使酶變性失活外，主要是由于影響了酶分子活性中心上有關基團的解離或底物的解離，這樣就影響了酶與底物的結(jié)合，從而影響了酶的活力。4，溫度的影響溫度對酶促反應的影響有兩個方面：一方面是溫度升高，反應速度加快，與一般化學反應相似；另一方面，隨著溫度升高，酶蛋白變性也隨之增加，減少有活性的酶的數(shù)量，降低了酶促反應速度。酶促反應最適溫度就是兩種過程的平衡。在低于最適溫度時，前一種效應為主，在高于最適溫度時，后一種效應為主。5，激活劑的影響能提高酶活性的物質(zhì)稱為激活劑按分子大小可分為3類：第一類為無機離子，如Mg2+是各種激酶的激活劑，C1-能激活唾液α-淀粉酶；第二類為中等大小的有機化合物，一種是還原劑，如半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，另一種是金屬螯合劑，能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬對酶的抑制，如乙二氨四乙酸(EDTA)；第三類為蛋白質(zhì)性的大分子化合物，這類激活劑用于酶原激活，使無活性酶原變成有活性的酶。6．抑制劑的影響某些物質(zhì)，不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團發(fā)生變化，因而引起酶活性下降，甚至喪失，這種作用稱為抑制作用，起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。酶的抑制作用分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩類。(四)酶的分類和命名國際生物化學聯(lián)合會酶學委員會提出的酶的國際系統(tǒng)分類法的分類原則是：按其催化的反應類型分為六大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類、合成酶類，分別用1，2，3，4，5．6的編號來表示；根據(jù)底物分子中被作用的基團或鍵的性質(zhì)，再將每一大類分為若干亞類，每一亞類又分為若干亞亞類；然后再把屬于這一亞亞類的酶按順序排好。這樣就把已知的酶分門別類地排成一個表，稱為酶表。每個編號由四個數(shù)字組成：如催化乳酸脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿?，編號為ECl．1.1.27。EC指國際酶學委員會的縮寫；第一個1，代表該酶屬于氧化還原酶類；第二個1，代表該酶屬于氧化還原酶類中的第一亞類，催化醇的氧化；第三個1，代表該酶屬于氧化還原酶類中第一亞類的第一亞亞類；第四個數(shù)字表明該酶在一定的亞亞類中的排號。2．酶的命名根據(jù)國際酶學委員會的建議，每一種酶都給以兩個名稱。一個是系統(tǒng)名，一個是慣用名。(1)系統(tǒng)命名法包括兩部分，即底物名稱及反應類型。若酶反應中有兩種底物起反應，則這兩種底物均需表明，底物名稱及反應類型當中用“：”分開。例如草酸氧化酶其系統(tǒng)名稱為草酸：氧化酶。