酶化学一PPT课件

1,.,人们对酶的认识起源于长期的生产与生活实践，公元前两千多年，我国已有酿酒记载。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。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。1995年，JackW.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)。,酶的发现及研究历史,2,.,一、酶的概念及特点,酶是具有高效性和专一性的生物催化剂,酶是生物催化剂,（一）定义：,生物体一切生化反应都需酶催化才能进行！,3,.,1、酶与一般催化剂的共同点：,（1）降低反应的活化能。（2）提高反应速度，不改变反应平衡点;（3）只起催化作用，本身不消耗；,（二）酶的特点：,4,.,2、酶作为生物催化剂的特点,（1）高效性：具有极高的催化效率（2）专一性：具有高度的底物特异性，一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性。,5,.,3、酶的催化活性是可以调节的：许多因素可以影响或调节酶的催化活性，如代谢物、对酶分子的共价修饰，酶蛋白的合成改变等。4、酶易失活：凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等都能使酶破坏而完全失去活性。条件温和，常温、常压和近中性。,2、酶作为生物催化剂的特点,6,.,（1）大多数酶是蛋白质：1926年Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。证据：有空间结构；两性性质；胶体性质；变性失活；可被蛋白酶分解；呈色反应等。（2）某些RNA具有催化活性，将本质为RNA的酶称核酶（ribozymes)，由1982年Cech发现。,二、酶的化学本质与组成,1、酶的化学本质,7,.,1.单纯酶类：只含有氨基酸的酶2.结合酶类：蛋白质非蛋白质部分全酶（Holoenzyme），又称全酶及复合酶1)蛋白部分：称酶蛋白，决定酶的特异性和催化的高效性。2)非蛋白部分：称辅因子cofactor（辅酶coenzyme，辅基prostheticgroup和金属元素metal)。传递电子、原子和某些化学基团。,2、酶的化学组成,8,.,（1）单体酶（monomericenzyme）：一条肽链构成，如溶菌酶、羧肽酶A等（2）寡聚酶（oligomericenzyme）：几到几十个亚基（相同或不同）组成，大多是偶数亚基，也有奇数的（3）多酶体系（multienzymecomplex）：几种酶彼此嵌合的复合体，有利于一系列反应连续进行，如丙酮酸脱氢酶复合体、脂肪酸合成酶复合体等,3、酶的类型,根据蛋白分子结构不同分,9,.,三、酶的命名和分类,1、习惯命名(Commendedname)：,1)根据酶的底物命名：如蛋白酶、淀粉酶,2)根据酶所催化的反应性质来命名：如转氨酶，脱羧酶等,3)有的酶结合上述两个原则来命名：乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等,4)在上述命名基础上，有时还加上酶的来源或酶的其他特点：如胃蛋白酶、碱性磷酸酶等。,1961年前使用,（一）命名,10,.,2、国际系统命名法（Systematicname）,每个酶有两个名称：系统名、惯用名惯用名：简单、易懂、应用历史较长、便于使用，但缺乏系统性系统名：明确标明酶的底物及催化反应的性质，后面加一个“酶”字，如有两个底物都应写出，中间用“：”隔开。此外，底物的构型也要写出,11,.,底物1：底物2+反应性质+酶,乳酸+NAD+,丙酮酸+NADH+H+,乳酸：NAD+氧化还原酶,当底物为水时，可省略,12,.,系统名：包括所有底物的名称和反应类型。,惯用名：只取较重要的底物名称和反应类型。,对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型,系统名一般都很长，使用不方便，未得到推广。,13,.,（二）国际系统分类法,1961年国际酶学委员会（EnzymeCommittee,EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：,14,.,15,.,催化氧化-还原反应，氢的转移或电子传递。主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,1、氧化还原酶Oxidoreductase,16,.,（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应,（2）氧化酶类,催化底物脱氢，氧化生成H2O2：,催化底物脱氢，氧化生成H2O：,（3）过氧化物酶,17,.,（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）,18,.,转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,2、转移酶Transferase,19,.,水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：,3、水解酶hydrolase,20,.,裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。,4、裂合酶Lyase,21,.,异构酶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。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应,5、异构酶Isomerase,P,P,22,.,合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。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草酰乙酸,6、合成酶LigaseorSynthetase,23,.,酶的系统编号：4位数字第一位：代表六大类反应类型第二位：亚类（作用的基团或键的特点）第三位：亚亚类（精确表示底物/产物的性质）第四位：在亚亚类中的序号,24,.,四、酶的专一性,1、结构专一性酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择类别：绝对专一性和相对专一性2、立体异构专一性酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求类别：旋光异构专一性和几何异构专一性,（一）酶的专一性类型,（二）酶作用专一性的假说,（1）锁钥学说（模板学说）：Fischer1894年提出，认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样,26,.,(2)、诱导契合学说：1958年Koshland提出：当E与S接近时，E蛋白受S分子的诱导，其构象发生有利于S结合的变化，E与S在此基础上互补契合、进行反应。酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.,27,.,五、酶的作用机制,（一）酶作用在于降低反应活化能,28,.,活化能：在一定温度下1mol底物全部进入活化态所需要的自由能。,一、酶的概念,29,.,为什么酶能降低反应的活化能，从而提高化学反应速度？为什么酶具有高效性和专一性？,30,.,（二）酶活性部位,也称活性中心，是指酶分子中直接与底物结合并与酶催化作用直接有关的部位，包括结合部位和催化部位。组成活性中心的基团：结合基团和催化基团,31,.,酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位，结合部位决定酶的专一性。,酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位，催化部位决定酶所催化反应的性质。,1、结合部位,2、催化部位,32,.,3、酶活性中心的特点,占酶分子整体结构的比例很小：约1-2具有三维立体结构：酶的活性部位含有特定的催化基团：羟基、氨基、巯基等酶的活性部位具有柔性或可运动性：S和E形状不是正好互补的，诱导契合位于酶分子表面的一个裂缝内：内有疏水性基团酶的活性部位对整体结构具有较高的依赖性：,33,.,Asp,His,Ser,胰凝乳蛋白酶的活性中心,活性中心重要基团:His57,Asp102,Ser195,34,.,4、必需基团,活性中心以外的基团是必需基团。不与底物直接作用，而是维持酶活性中心的空间构象所必要的那些基团常见的主要有Glu和Asp的-COOH,Lys的-NH2,His的咪唑基,Ser的-OH,Cys的-SH,Tyr的侧链基团等。,35,.,底物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,36,.,目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物,在溶菌酶结构的研究中，已得到其与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在,（三）中间产物学说,37,.,（四）与酶高效率有关的因素,1、底物和酶的邻近与定向效应,邻近效应：指底物与酶活性部位的靠近，减少底物与酶的催化基团之间的距离，使反应更易进行。,定向效应：指底物的反应基团之间、酶的催化基团与底物之间的正确定位与取向,38,.,（四）与酶高效率有关的因素,2、底物变形和诱导契合,底物的结合可以诱导酶分子构象的变化，而变化的酶分子又使底