酶化學一課件

人們對酶的認識起源于長期的生產與生活實踐，公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結晶。1982年，Cech首次發(fā)現RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。酶的發(fā)現及研究歷史一、酶的概念及特點酶是具有高效性和專一性的生物催化劑酶是生物催化劑（一）定義：生物體一切生化反應都需酶催化才能進行！1、酶與一般催化劑的共同點：（1）降低反應的活化能。

（2）提高反應速度，不改變反應平衡點;（3）只起催化作用，本身不消耗；（二）酶的特點：2、酶作為生物催化劑的特點（1）高效性：具有極高的催化效率（2）專一性：具有高度的底物特異性，一種酶只作用于一種或一類化合物，以促進一定的化學變化，生成一定的產物，這種現象稱為酶作用的特異性。3、酶的催化活性是可以調節(jié)的：許多因素可以影響或調節(jié)酶的催化活性，如代謝物、對酶分子的共價修飾，酶蛋白的合成改變等。4、酶易失活：凡能使蛋白質變性的因素如強酸、強堿高溫等都能使酶破壞而完全失去活性。條件溫和，常溫、常壓和近中性。2、酶作為生物催化劑的特點（1）大多數酶是蛋白質：1926年Sumner首次從刀豆制備出脲酶結晶，證明其為蛋白質，并提出酶的本質就是蛋白質的觀點。證據：有空間結構；兩性性質；膠體性質；變性失活；可被蛋白酶分解；呈色反應等。（2）某些RNA具有催化活性，將本質為RNA

的酶稱核酶（ribozymes)，由1982年Cech發(fā)現。二、酶的化學本質與組成1、酶的化學本質1.單純酶類：只含有氨基酸的酶2.結合酶類：蛋白質＋非蛋白質部分＝全酶（Holoenzyme），又稱全酶及復合酶1)蛋白部分：稱酶蛋白，決定酶的特異性和催化的高效性。2)非蛋白部分：稱輔因子cofactor（輔酶coenzyme，輔基prostheticgroup和金屬元素metal)。傳遞電子、原子和某些化學基團。2、酶的化學組成（1）單體酶（monomericenzyme）：一條肽鏈構成，如溶菌酶、羧肽酶A等（2）寡聚酶（oligomericenzyme）：幾到幾十個亞基（相同或不同）組成，大多是偶數亞基，也有奇數的（3）多酶體系（multienzymecomplex）：幾種酶彼此嵌合的復合體，有利于一系列反應連續(xù)進行，如丙酮酸脫氫酶復合體、脂肪酸合成酶復合體等3、酶的類型根據蛋白分子結構不同分三、酶的命名和分類1、習慣命名(Commendedname)：1)根據酶的底物命名：如蛋白酶、淀粉酶2)根據酶所催化的反應性質來命名：如轉氨酶，脫羧酶等3)有的酶結合上述兩個原則來命名：乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶等4)在上述命名基礎上，有時還加上酶的來源或酶的其他特點：如胃蛋白酶、堿性磷酸酶等。1961年前使用（一）命名2、國際系統命名法（Systematicname）每個酶有兩個名稱：系統名、慣用名慣用名：簡單、易懂、應用歷史較長、便于使用，但缺乏系統性系統名：明確標明酶的底物及催化反應的性質，后面加一個“酶”字，如有兩個底物都應寫出，中間用“：”隔開。此外，底物的構型也要寫出底物1：底物2+反應性質+酶

乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶當底物為水時，可省略

系統名：包括所有底物的名稱和反應類型。乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶

慣用名：只取較重要的底物名稱和反應類型。乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶對于催化水解反應的酶一般在酶的名稱上省去反應類型系統名一般都很長，使用不方便，未得到推廣。（二）國際系統分類法1961年國際酶學委員會（EnzymeCommittee,EC）根據酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類：催化氧化-還原反應，氫的轉移或電子傳遞。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。1、氧化還原酶OxidoreductaseAH2+B（O2）A+BH2（H2O2，H2O）（1）脫氫酶類：催化直接從底物上脫氫的反應AH2+BA+BH2（需輔酶Ⅰ或輔酶Ⅱ）（2）氧化酶類①催化底物脫氫，氧化生成H2O2：AH2+O2A+H2O2（需FAD或FMN）②催化底物脫氫，氧化生成H2O：2AH2+O22A+2H2O（3）過氧化物酶ROO+H2O2RO+H2O+O2（4）加氧酶（雙加氧酶和單加氧酶）O2+OHOHC=OC=OOHOH（順，順-已二烯二酸）RH+O2+還原型輔助因子ROH+H2O+氧化型輔助因子（又稱羥化酶）轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移到另一個底物的分子上。根據X分類：轉移碳基、酮基或醛基、?；?、糖基、烴基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。例如，谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應。2、轉移酶TransferaseA·X

+

BA+B·X水解酶催化底物的加水分解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應：3、水解酶hydrolaseAB+

H2OAOH

+BH裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應。4、裂合酶Lyase異構酶催化各種同分異構體的相互轉化，即底物分子內基團或原子的重排過程。

例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應5、異構酶IsomeraseABPP合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯。例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。丙酮酸+CO2草酰乙酸6、合成酶LigaseorSynthetaseA+B+ATPA·B+ADP+Pi酶的系統編號：4位數字第一位：代表六大類反應類型第二位：亞類（作用的基團或鍵的特點）第三位：亞亞類（精確表示底物/產物的性質）第四位：在亞亞類中的序號乳酸脫氫酶EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的編號四、酶的專一性1、結構專一性酶對所催化的分子（底物，Substrate）化學結構的特殊要求和選擇類別：絕對專一性和相對專一性2、立體異構專一性酶除了對底物分子的化學結構有要求外，對其立體異構也有一定的要求類別：旋光異構專一性和幾何異構專一性（一）酶的專一性類型（二）酶作用專一性的假說（1）鎖鑰學說（模板學說）：

Fischer

1894年提出，認為整個酶分子的天然構象是具有剛性結構的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結合如同一把鑰匙對一把鎖一樣

(2)、誘導契合學說：1958年Koshland提出：當E與S接近時，E蛋白受S分子的誘導，其構象發(fā)生有利于S結合的變化，E與S在此基礎上互補契合、進行反應。酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀.五、酶的作用機制（一）酶作用在于降低反應活化能活化能：在一定溫度下1mol底物全部進入活化態(tài)所需要的自由能。一、酶的概念為什么酶能降低反應的活化能，從而提高化學反應速度？為什么酶具有高效性和專一性？（二）酶活性部位也稱活性中心，是指酶分子中直接與底物結合并與酶催化作用直接有關的部位，包括結合部位和催化部位。組成活性中心的基團：結合基團和催化基團酶分子中與底物結合的部位或區(qū)域一般稱為結合部位，結合部位決定酶的專一性。酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位，催化部位決定酶所催化反應的性質。1、結合部位2、催化部位3、酶活性中心的特點占酶分子整體結構的比例很?。?/p>

約1-2％具有三維立體結構：酶的活性部位含有特定的催化基團：羥基、氨基、巰基等酶的活性部位具有柔性或可運動性：S和E形狀不是正好互補的，誘導契合位于酶分子表面的一個裂縫內：內有疏水性基團酶的活性部位對整體結構具有較高的依賴性：AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團:

His57

,Asp102

,

Ser1954、必需基團活性中心以外的基團是必需基團。不與底物直接作用，而是維持酶活性中心的空間構象所必要的那些基團常見的主要有Glu和Asp的-COOH,Lys的ε-NH2,His的咪唑基,Ser的-OH,Cys的-SH,Tyr的側鏈基團等。底物活性中心以外的必需基團結合基團催化基團活性中心目前一般認為，酶催化某一反應時，首先在酶的活性中心與底物結合生成酶－底物復合物，此復合物再進行分解而釋放出酶，同時生成一種或數種產物在溶菌酶結構的研究中，已得到其與底物形成復合物的結晶，并得到了X線衍射圖，證明了ES復合物的存在++（三）中間產物學說（四）與酶高效率有關的因素1、底物和酶的鄰近與定向效應鄰近效應：指底物與酶活性部位的靠近，減少底物與酶的催化基團之間的距離，使反應更易進行。定向效應：指底物的反應基團之間、酶的催化基團與底物之間的正確定位與取向（四）與酶高效率有關的因素2、底物變形和誘導契合底物的結合可以誘導酶分子構象的變化，而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產生“張力”甚至“變形”，從而促進酶-底物中間產物進入過渡態(tài)。（四）與酶高效率有關的因素3、酸堿催化酶活性部位上的某些基團可以向反應物提供質子或接受質子，從而穩(wěn)定過渡態(tài)，降低反應的活化能，加速反應進行。經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有