酶的功能及作用23431PPT课件

1、第二章酶(Enzyme )、2，主要内容是第一节酶的概况第二节酶促反应机制第三节酶促反应动力学第四节酶活性的调控第五节酶活性测定、酶的制备、3、第一节酶的概况、第一节酶的概念酶由活细胞产生，对其特异基质具有高效催化作用的蛋白质或核酸分子。4，2，酶学研究的简历在公元前两千多年，我国已有酿酒记录。 一百多年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1878年，Kuhne首次提出Enzyme这个词。 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液实现了发酵。 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯脲酶结晶。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶催化活性，提出了核酶(ribozyme )的概念。 1995年发现了脱氧核糖酶。5，3，酶的化学本质1 .许多酶是蛋白质1926年美国Sumner得到脲酶的结晶，指出酶是蛋白质。 1930年Northrop等人得到胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰蛋白酶的结晶，进一步证明酶是蛋白质。6、证据：引起蛋白质改性的理化因素有引起酶失活的两性电解质水解引起氨基酸蛋白质水解酶失活胶体性质化学反应。 7，2 .核酶1982年美国T.Cech等人发现，四膜虫的rRNA前在完全没有蛋白质的状态下可以进行自加工，发现RNA具有催化活性。 thomascechuniversityofcoloradoatboulder，USA，sindinalmanaveritynewhaven，CT，USA，cech和Altman (阿尔特曼)分别独立发现RNA的催化活性4 .抗体酶(abzyme )抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，是在抗体分子的可变区域(即肽链的n端)识别抗原的活性区域，该区域被赋予酶的属性。 1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science发表论文，报告他们获得了具有催化活性的抗体。11、4、酶促反应的特点1、酶与一般催化剂的共同点反应前后没有质量和量的变化只能催化热力学允许的化学反应只能在不改变反应平衡点的情况下加速可逆反应的过程。、12、酶促反应极为高效酶促反应具有高度的特异性酶促反应的调节性酶促反应容易使严格的环境条件酶失活2 .酶促反应的特征、13、5、酶的特异性(特异性)、酶的特异性是指酶催化反应及其基质所具有的严格选择性，通常一种酶是一种或一种以上.14、15、酶特性(特性、特性)、1、绝对特性(absolutespecificity )、例如：16、(1)族特性(基特性、组特性)、相对特性(relativespecificity )、17 (2)键特性、a-b、18， 3、立体特异性(stereospecificity )、(1)D-、L-立体特异性、(2)几何特异性、19、(3)酶从有机化学角度区分属于对称分子的两个同等基团，仅催化一个基团，不催化另一个基团。 例1 :甘油激酶不能区分两个CH2OH基时为：和20，例2 : 21，6，酶分类，1 .酶作用反应性质，22，6种酶催化反应性质，氧化还原酶类(oxido-reductases )，催化氧化还原反应的酶、23、(1)氧化酶类：催化剂基质脱氢，氧化生成H2O或H2O2。、儿茶酚氧化酶(EC1.10.3.1，儿茶酚：氧化酶)、儿茶酚、儿茶酚、24、(2)脱氢酶类：直接催化剂基质脱氢、A2H BA B2H，例如乳酸脱氢酶(EC1.1.1.27，L-乳酸： NAD氧化还原酶)、25、转移酶类(transferases 催化剂基团转移例：谷氨酸转氨酶(GPT)(EC2.6.1.2、L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶)、26、水解酶类(hylase )、AB H2OAOH BH、27、浣熊类(lyases )、 去除基质中的一个基团形成双键或反应的ABA B，例1 :28，例2 :29催化异构酶类(isomerase )，例如，30，连接酶类(也称ligases，synthetases合成酶类)将两个小分子分为一个大分子例如，31、(连接酶)、(异构)、(分裂)、(水解)、32、2 .根据酶的分子组成，33、结合酶的各部分作用：酶蛋白质：决定反应特性的辅助因子：决定反应的种类和性质、34， 辅助因子-金属离子a .酶蛋白质序列稳定化：为了稳定酶蛋白质的催化活性所必需的分子序列b .作为构成酶的活性中心的成分，构成酶的活性中心的c .结合作用：作为桥梁，传递螯合了基质分子和酶蛋白质的d .电子、原子或基e .中和阴离子， 降低反应中静电排斥力的35、36、辅助因子-小分子有机化合物主要参与酶的催化作用，在催化剂中起着原子、电子或某种化学基团的传导作用。 种类很多，分子结构中含有很多维生素和维生素类。37、38、39、3 .视酶的结构而定，单体酶通常为多肽链，但也可以有很多由二硫键连接的多肽链。 在由低聚物酶的两个以上亚基构成的酶聚合酶复合体中，一些与功能相关的酶以非共价键相互键合而形成的复合体被称为聚合酶复合体。 酶系统是在完整细胞内某一代代谢过程中由一些酶形成的反应系统。 酶系统的存在增加了整个代谢反应的催化效率，同时机体更容易控制酶。40，7，酶的命名，根据国际酶学委员会的提议，各酶允许有习惯名和系统名这两个名称。 1 .习惯命名法：基质名“酶”像淀粉酶一样可以在名字前加入酶的来源。 胃蛋白酶的反应性“酶”像水解酶的习惯名称一样短，易于使用，但没有系统性，不正确，有时有几个酶的现象。 41、2 .系统命名法、基质名反应型“酶”如果基质有两个以上，则需要写出所有的基质，各基质之间用冒号分隔。 基质有水时可以省略。 所有基质的配置必须注明。 反应类型为酶学委员会规定的6种。 例如，“乳酸脱氢酶”的系统名称为“L-乳酸：NAD氧化还原酶”，42、酶的指标：国际酶学委员会规定各酶有固有的指标。 例如，乙醇脱氢酶编码为EC1.1.1.1第一“1”第一类，即作为氧化还原酶类的第二“1”第一亚类，供氢体为CHOH； 第三“1”亚类，氢受体为NAD； 第四个“1”在亚类中依次作为乳酸脱氢酶的编码，EC1.1.1.27、43、44、第二节酶的反应促进机制、45、活性中心的基团都是必需基团，但必需基团也包括活性中心以外的一部分基团，它们在维持酶的空间结构、酶活性的调节、免疫等方面是重要的一、酶活性部位，一、酶的活性中心、必需基团构成，具有一定的空间结构，与直接基质结合，将与酶催化作用直接相关的结构区域(微区)称为酶的活性中心.46，2 .必需基团，将与酶活性相关的基团称为必需基团(essentialgroup )酶分子中的氨基酸侧链的化学基团中， 称为与酶活性密切相关化学基团，47、活性中心(activecenter )外的必需基团结合基团：与基质结合的活性中心内的必需基团催化基质转化为生成物，活性中心外的必需基团维持应处于酶活性中心的空间构象，作为调节剂的结合部位是必需的。 例如胰蛋白酶的肽链折叠(表示活性中心)、50、51，结合部位：基质在此与酶分子结合。 一个酶的结合部位可分为不同的子部位，分别与基质的不同部位结合。 催化部位：基质的敏感键在此中断或形成新键，发生一定的化学反应。 一个酶的催化部位可以是多个。52，3 .酶活性中心的特征是酶分子表面的一个凹陷，具有一定的大小和形状，但它们不是刚性的，在与基质接触时显示出一定的柔软性。 活性部位为无极性微环境，有利于与基质结合。 活性中心内有少数极性基团直接作用于基质。53、溶菌酶、活性中心裂纹，能接受肽多糖的6个单糖基，与其形成氢键和范德华力。 结合基为101位天冬氨酸和108位色氨酸催化基为35位谷氨酸和52位天冬氨酸。54、2、促进酶反应的机理活化分子：反应中的能量高，发生有效冲突的分子称为活化分子活化能，在一定温度下基质1摩尔全部进入活化状态所需的自由能。 单位kJ/mol、55、56、酶的催化机制是通过降低活化能，在57例2H2O22H2O O2、58、三、中间产物说、酶催化时，酶活性中心首先与基质结合生成酶基质复合体(ES )，该复合体分解释酶，生成生成物。 一般化学反应履历： SP酶反应促进履历： S EESE P，59，4，诱导适配说(INDUCED-FITHYPOTHESIS )，1958年Koshland为“诱导适配说”:酶分子的活性中心的结构本来就与基质的结构不一致，但酶的活性中心柔软而不刚性。 底物与酶相遇后，酶活性中心的构象发生相应的变化，其上相关的各基团达到正确的序列和定向，底物与酶完全一致，结合成中间络合物，有利于催化反应的进行。 反应结束后，产物从酶中脱落，酶的活性中心恢复到原来的位置。60、61、62、63、5、酶的高效催化剂相关因素；1 .邻近效应和取向效应邻近效应：酶与基质结合形成中间复合体时，基质分子间、酶的催化剂基团与基质结合成为同一分子，有效浓度增加、反应速度增加的效应(2个反应分子、它们反应的基团相互定向效应：指的是酶催化剂基团与基质反应基团之间的精确定向。 64，65，2 .张力效应和基质畸变，66，3 .广义酸碱催化剂，酸碱催化剂：瞬时向反应物中提供质子，或从反应物中提供质子使过渡状态稳定，加速反应。 狭义的酸碱催化剂：水溶液中高反应性的h离子或OH-离子在化学反应速度下表达的催化作用。 广义酸碱催化剂：通过供给h离子或OH-离子和h离子或OH-离子的供体的催化剂构成酶活性中心的极性基团，对基质的变化作为质子的供体或受体发挥作用。、67、向酶活性中心部提供质子或接受质子的广义酸碱催化作用的功能基团为谷氨酸、天冬氨酸侧链上的羧丝氨酸、酪氨酸中的羟基半胱氨酸中的巯基精氨酸中的胍组氨酸中的咪唑基、67 70，4 .共享催化剂是指酶活性中心部的极性基团，根据催化剂时分别发射电子或吸收电子作用于基质的缺电子中心或负中心，能够迅速形成不稳定的共享中间复合体的活性中心部的极性基团攻击基质的方式，共享催化剂分为亲电催化剂和亲核催化剂。 注意，位于、71、活性中心的亲核基团是丝氨酸羟半胱氨酸的巯基组氨酸的咪唑基质中典型的亲核中心：磷酰基、酰基、甘氨酸基、72，特别是组氨酸的咪唑基是强亲核基团，是有效的广义酸碱功能基团。 影响酸碱催化反应速率的因素是酸碱强度。 在这些功能基团中，组氨酸咪唑基的解离状况pK值为6.0，在生理pH条件下，质子供体和质子受体均为。 因此，咪唑基是催化剂中最有效的催化剂功能基团之二是这些功能基团供给质子的速度和接受质子的速度，在咪唑基团的情况下特别显着，供给质子的速度和接受质子的速度非常快，半衰期为10秒到不足10秒。 而且，供给和接收质子的速度几乎相等。 由于咪唑基有这样的优点，组氨酸在很多蛋白质中很少，但很重要，很多酶的活性中心都含有组氨酸。 在生物进化过程中，很有可能选择酶分子中的催化结构，而不是一般的结构蛋白质成分。 具有酸碱催化特征的酶促反应，酶与基质结合的中间产物是离子型络合物。 73、74、5 .金属离子催化剂6 .多价催化剂和协同效应7 .活性部位微环境的影响75、注意：一种酶的催化反应是多种催化机制的综合作用，这是促进酶反应效率的重要原因。 76、第三节酶促反应动力学kinticsofenzyme-catalogyzedreaction、酶促反应动力学：对酶促反应速率的影响进行研究和定量阐述。77、酶反应速度的测定、78、影响因素为酶浓度、基质浓度、pH、温度、抑制剂、活化剂等。 研究一个因素的影响，其馀的各因素是一定的。79、一、酶浓度对反应速度的影响，在反应体系中的基质浓度足够大的情况下，酶促进速度与酶浓度成正比，=kE。80、2、温度对反应速率的影响，一般来说酶促反应的速率随温度升高而加快。 但是，温度上升一定程度后，酶蛋白的热变性作用使反应速度迅速下降，完全失活。 酶的反应速度因温度上升而达到最大值时的温度称为酶的最佳温度。 观察、81、82、3、PH对反应速度的影响，观察PH对酶反应速度的影响，通常为“钟型”曲线，PH过高或过低时酶的催化活性降低。 酶催化活性最高时溶液的pH称为酶的最佳pH。83、84、最佳pH(optimumpH ) :酶催化活性最大时环境pH。，0，酶活性，pH，胃蛋白酶，淀粉酶，胆碱酯酶，2，4，6，8，10，85， (1)底物对酶促反应的饱和现象：研究前提：单底物、单产物反应酶的促反应速度一般在规定的反应条件下，以单位时间内的