生命中的化学4ppt课件

1、生命中的化学物质生命中的化学物质酶与辅酶酶与辅酶 一切的生命景象都是各种复杂化学变化一切的生命景象都是各种复杂化学变化的结果。生物体内化学变化几乎都是在酶的结果。生物体内化学变化几乎都是在酶EnzymeEnzyme的催化下进展的。的催化下进展的。 17 17世纪晚期开场发现和描画酶的作用；世纪晚期开场发现和描画酶的作用； 1897 1897年年Eduard BuchnerEduard Buchner证明细胞的提证明细胞的提取液有催化活性取液有催化活性无细胞发酵无细胞发酵 1926 1926年年James SumnerJames Sumner分别并结晶得到分别并结晶得到ureaseurease；

2、HaldaneHaldane作出了作出了“EnzymeEnzyme的定的定义；义； 内容提纲内容提纲 一：酶是生物催化剂一：酶是生物催化剂 二：辅酶二：辅酶 三：酶的构造和酶的催化作用机制三：酶的构造和酶的催化作用机制 酶是生物催化剂酶是生物催化剂 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂。绝大多数酶都是蛋白质，少数是物催化剂。绝大多数酶都是蛋白质，少数是RNARNA。 酶催化的生物化学反响，称为酶促反响。酶催化的生物化学反响，称为酶促反响。 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物在酶的催化下发生化学变化的物质，

3、称为底物substratesubstrate。 酶可以改动化学反响的速度，但是不能改动化学反响平衡。稳定酶可以改动化学反响的速度，但是不能改动化学反响平衡。稳定底物构成的过渡态，降低反响活化能，从而加速反响的进展。底物构成的过渡态，降低反响活化能，从而加速反响的进展。一、酶的概念一、酶的概念二、酶催化作用特性二、酶催化作用特性1 1、高效性、高效性自然界催化活性最高的一类催化剂，可使反响速度自然界催化活性最高的一类催化剂，可使反响速度提高提高10710161071016倍，比普通的催化剂效率高几倍。倍，比普通的催化剂效率高几倍。 酶是生物催化剂酶是生物催化剂2 2、选择性、选择性1 1反响专注

4、性反响专注性选择性催化一种或一类一样类型的化学反响，选择性催化一种或一类一样类型的化学反响，几乎不产生副反响。几乎不产生副反响。2 2底物专注性底物专注性只作用于某一种或某一类构造类似的物质：只作用于某一种或某一类构造类似的物质： 绝对专注性：对底物要求非常严厉，只作用于一个特定的底物；绝对专注性：对底物要求非常严厉，只作用于一个特定的底物；如：脲酶只催化尿素的水解；如：脲酶只催化尿素的水解； 相对专注性：一类化合物或化学键；又分为：相对专注性：一类化合物或化学键；又分为： a. a. 族族group) group) 专注性专注性; ; b. b. 键键bondbond专注性；专注性； c.

5、c. 位置选择性或区域选择性；位置选择性或区域选择性； 酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂3 3立体化学专注性立体化学专注性对分子构型有选择性对分子构型有选择性 手性专注性：专注性地与手性底物结合，催化其反响；如：胰蛋手性专注性：专注性地与手性底物结合，催化其反响；如：胰蛋白酶只能水解由白酶只能水解由L-L-氨基酸构成的肽键，对氨基酸构成的肽键，对D-D-氨基酸构成的肽键不起氨基酸构成的肽键不起作用；淀粉酶只能选择性地水解作用；淀粉酶只能选择性地水解D-D-葡萄糖构成的葡萄糖构成的1,4-1,4-糖苷键，而不糖苷键，而不能影响能影响L-L-葡萄糖构成的糖苷键；葡萄糖构成的

6、糖苷键； 几何专注性：选择性催化某种几何异构体底物的反响，而对另几何专注性：选择性催化某种几何异构体底物的反响，而对另一种构型那么无催化作用；一种构型那么无催化作用；苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸酶是生物催化剂酶是生物催化剂3 3、反响条件温暖：、反响条件温暖：pH5pH58 8的水溶液；反响温度范围是的水溶液；反响温度范围是20204040；副反响少。副反响少。4 4、酶活力可调理控制：如抑制剂、共价修饰、反响、酶原激活及、酶活力可调理控制：如抑制剂、共价修饰、反响、酶原激活及激素控制等。激素控制等。三、酶的命名及分类三、酶的命名及分类1 1、酶的命名：习惯命名、酶的命名：习惯命名方便常用，如

7、：淀粉酶、蛋白酶等；方便常用，如：淀粉酶、蛋白酶等； 系统命名系统命名底物称号底物称号+ + 构型构型+ + 反响性质反响性质+ + 酶；酶；酶是生物催化剂酶是生物催化剂2 2、酶的分类、酶的分类根据酶所催化的反响类型；分为根据酶所催化的反响类型；分为7 7大类；大类；1 1氧化复原酶氧化复原酶oxidoreductasesoxidoreductases催化氢原子以及电子催化氢原子以及电子转移反响；主要包括：脱氢酶和氧化酶；氧化酶普通都有氧分子转移反响；主要包括：脱氢酶和氧化酶；氧化酶普通都有氧分子直接参与反响；脱氢酶最多，反响通式：直接参与反响；脱氢酶最多，反响通式：2 2转移酶转移酶tra

8、nsferasestransferases催化基团转移反响，从一个催化基团转移反响，从一个底物到另一个底物；根据被转移的基团又可以分为氨基、磷酸基、底物到另一个底物；根据被转移的基团又可以分为氨基、磷酸基、甲基、糖基转移酶等；甲基、糖基转移酶等；3 3水解酶水解酶hydrolaseshydrolases催化底物加水分解，主要包括：催化底物加水分解，主要包括：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶；淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶；酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂酶是生物催化剂4 4裂合酶裂合酶lyaseslyases催化从底物分子中移去一个基团或原子构催化从底物分子中移去一个基团或原子构成双键的反

9、响及其逆反响。主要包括：醛缩酶、水化酶、脱氨酶等。成双键的反响及其逆反响。主要包括：醛缩酶、水化酶、脱氨酶等。5 5异构酶异构酶isomerasesisomerases催化同分异构体的相互转化，催化同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子重排。即底物分子内基团或原子重排。酶是生物催化剂酶是生物催化剂6 6合成酶合成酶ligasesligases又称衔接酶，可以催化又称衔接酶，可以催化C-CC-C、C-OC-O、C-NC-N、C-C-S S键的构成反响，热力学上不能自发进展，必需与键的构成反响，热力学上不能自发进展，必需与ATPATP分解反响偶联；分解反响偶联；7 7核酶核酶独一的非蛋白酶，

10、一类特殊的独一的非蛋白酶，一类特殊的RNARNA，可以催化，可以催化RNARNA分分子的磷酸酯键的水解及其逆反响。子的磷酸酯键的水解及其逆反响。辅酶辅酶 根据酶的组成，可以将酶分成两大类：根据酶的组成，可以将酶分成两大类：1 1单纯蛋白酶单纯蛋白酶组成为单一蛋白质，组成为单一蛋白质，本身的氨基酸残基可以构成催化活性中心，本身的氨基酸残基可以构成催化活性中心，并能有效实施催化功能。例如蛋白水解酶。并能有效实施催化功能。例如蛋白水解酶。2 2结合蛋白酶结合蛋白酶分子中除了蛋白质外，分子中除了蛋白质外，还含有非蛋白质组分。蛋白质部分叫酶蛋白还含有非蛋白质组分。蛋白质部分叫酶蛋白( (又叫又叫apop

11、roteinapoprotein，脱辅基蛋白，脱辅基蛋白) )，非蛋白质，非蛋白质部分包括辅酶部分包括辅酶(coenzyme)(coenzyme)及金属离子及金属离子( (又叫又叫cofactors)cofactors)。辅酶辅酶辅酶辅酶一、辅酶的构造特点与功能一、辅酶的构造特点与功能 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一同、协同实施催化作某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一同、协同实施催化作用，被称为辅酶或辅基用，被称为辅酶或辅基CoenzymeCoenzyme。 辅酶多数具有氧化复原性质，或者具有转移基团的才干，因此辅酶多数具有氧化复原性质，或者具有转移基团的才干，因此多数参与氧化复原或基

12、团转移的酶促反响。多数参与氧化复原或基团转移的酶促反响。 前体大多为维生素，主要是水溶性前体大多为维生素，主要是水溶性B B族的维生素。许多维生素的族的维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用亲密相关：生理功能与辅酶的作用亲密相关：辅酶辅酶1 1、NAD+ NAD+ 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶和和NADP+NADP+烟酰胺腺嘌烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸，辅酶呤磷酸二核苷酸，辅酶维生素烟酰胺的衍生物，多种重要维生素烟酰胺的衍生物，多种重要脱氢酶的辅酶。脱氢酶的辅酶。烟酰胺环的烟酰胺环的4 4位碳具有碳正离子的性质，容易从底物分子中夺取电子和质子，位碳具有碳正离子的性质，容

13、易从底物分子中夺取电子和质子，得到复原型的辅酶得到复原型的辅酶，在，在340 nm340 nm有特征吸收峰。逆反响也容易发生。起着电有特征吸收峰。逆反响也容易发生。起着电子和质子传送体的作用。其参与的氧化复原反响具有严厉的手性选择性。子和质子传送体的作用。其参与的氧化复原反响具有严厉的手性选择性。 辅酶辅酶2 2、FAD FAD 黄素腺嘌呤二核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸和FMNFMN黄素单核苷酸黄素单核苷酸核黄核黄素素VB2VB2的衍生物，多种脱氢酶的辅酶，功能分子为异吡络嗪环。的衍生物，多种脱氢酶的辅酶，功能分子为异吡络嗪环。辅酶辅酶2 2、FAD FAD 黄素腺嘌呤二核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷

14、酸和FMNFMN黄素单核苷酸黄素单核苷酸电子电子和质子传送体。与酶分子通常以共价键相连，有时称为辅基。和质子传送体。与酶分子通常以共价键相连，有时称为辅基。辅酶辅酶3 3、CoA CoA 辅酶辅酶A A生物体内代谢中乙酰化酶的辅酶，前体是维生物体内代谢中乙酰化酶的辅酶，前体是维生素泛酸生素泛酸VB3VB3。传送酰基，构成代谢中间产物。例如：乙酸与辅。传送酰基，构成代谢中间产物。例如：乙酸与辅酶酶A A的巯基结合构成乙酰辅酶的巯基结合构成乙酰辅酶A A，是糖代谢的重要中间产物。，是糖代谢的重要中间产物。辅酶辅酶4 4、FH4FH4或或THFA THFA 四氢叶酸四氢叶酸前体是叶酸，作为一碳基团如

15、前体是叶酸，作为一碳基团如- -CH3CH3，-CH2-CH2-，-CHO-CHO等的载体，这些一碳基团主要衔接在四氢叶酸等的载体，这些一碳基团主要衔接在四氢叶酸的的N5N5和和N10N10位，参与多种生物合成。位，参与多种生物合成。辅酶辅酶5 5、TPP TPP 焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素脱羧酶的辅酶，前体是硫胺素。催化脱羧酶的辅酶，前体是硫胺素。催化酮酸的脱羧反响。酮酸的脱羧反响。辅酶辅酶6 6、磷酸吡哆素、磷酸吡哆素转氨酶经过磷酸吡哆醛和胺间的相互转换，起转转氨酶经过磷酸吡哆醛和胺间的相互转换，起转移氨基的作用。移氨基的作用。辅酶辅酶7 7、生物素、生物素羧化酶的辅酶，本身就是羧化酶的辅酶

16、，本身就是B B族维生素，功能是在生物族维生素，功能是在生物合成中作为合成中作为CO2 CO2 的传送体。的传送体。辅酶辅酶8 8、维生素、维生素B12B12辅酶辅酶维生素维生素B12B12又叫钴胺素。变位酶的辅酶，催化又叫钴胺素。变位酶的辅酶，催化底物分子内基团主要为甲基的变位反响。底物分子内基团主要为甲基的变位反响。辅酶辅酶9 9、硫辛酸、硫辛酸非维生素辅酶，非维生素辅酶，6 6，8-8-二硫辛酸，有硫辛酸氧化型二硫辛酸，有硫辛酸氧化型和二氢硫辛酸复原型两种方式。在酶分子中，经过酰胺键与赖和二氢硫辛酸复原型两种方式。在酶分子中，经过酰胺键与赖氨酸残基相连。高效抗氧化剂，再生谷胱甘肽的功能。

17、氨酸残基相连。高效抗氧化剂，再生谷胱甘肽的功能。辅酶辅酶1010、辅酶、辅酶QQ又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒体中，最又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒体中，最常见的方式侧链含有常见的方式侧链含有1010个异戊二烯构造单元个异戊二烯构造单元n=10n=10。良好的电子。良好的电子传送体，氧化型醌和复原型氢醌两种方式。主要作为线粒传送体，氧化型醌和复原型氢醌两种方式。主要作为线粒体呼吸链氧化体呼吸链氧化- -复原酶的辅酶，在酶与底物分子间传送电子。复原酶的辅酶，在酶与底物分子间传送电子。辅酶辅酶二、辅酶在酶促反响中的作用特点二、辅酶在酶促反响中的作用特点 1 1、辅酶在催化反响过程中

18、，直接参与了反响。、辅酶在催化反响过程中，直接参与了反响。 2 2、每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地、每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反响。催化某一类型的反响。 3 3、全酶中的辅酶决议了酶所催化的反响类型、全酶中的辅酶决议了酶所催化的反响类型反响专注性，而酶蛋白那么决议了所催化的反响专注性，而酶蛋白那么决议了所催化的底物类型底物专注性。底物类型底物专注性。酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制 酶的催化作用主要取决于酶分子的特殊构造。酶的催化作用主要取决于酶分子的特殊构造。一、酶分子的构造一、酶分子的构造 酶根本上都是复杂的蛋白质分子。决议酶活性的特殊

19、空间构酶根本上都是复杂的蛋白质分子。决议酶活性的特殊空间构造叫酶的活性部位。按照酶活性部位的功能，可以分为如下几部分：造叫酶的活性部位。按照酶活性部位的功能，可以分为如下几部分：1 1、结合部位、结合部位构造上有利于与底物构成复合物，使参与反响的基构造上有利于与底物构成复合物，使参与反响的基团相互接近并定向，从而使反响具有分子内反响的特点。团相互接近并定向，从而使反响具有分子内反响的特点。酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制2 2、催化部位、催化部位普通与结合部位重叠，或者非常接近。含有多种具普通与结合部位重叠，或者非常接近。含有多种具有活性侧链的氨基酸残基，如：有活性侧链的氨

20、基酸残基，如：SerSer、HisHis、AspAsp、CysCys等，有的还含等，有的还含有辅酶或者金属离子。其作用是：使底物的价键发生形变或极化，有辅酶或者金属离子。其作用是：使底物的价键发生形变或极化，起到激活底物和降低过渡态活化能的作用。起到激活底物和降低过渡态活化能的作用。 通常将结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。通常将结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制3 3、调控部位、调控部位不是酶的活性中心，可以与底物以外的其他分子发生某种程不是酶的活性中心，可以与底物以外的其他分子发生某种程度结合，从而引起酶分子空

21、间构象的变化，对酶起激活或抑制造用。可以调度结合，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制造用。可以调理酶促反响的速度或方向。细胞的信号转导理酶促反响的速度或方向。细胞的信号转导4 4、酶活性中心的必需基团、酶活性中心的必需基团1 1亲核性基团亲核性基团丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基；丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基；2 2酸碱性基团酸碱性基团天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。5 5、酶活性中心的测定方法、酶活性中心的测定

22、方法1 1切除法切除法用专注性蛋白水解酶将酶分子的肽链切除一部分，然后测定用专注性蛋白水解酶将酶分子的肽链切除一部分，然后测定剩余部分的活性，反复进展，直到找到活性中心。剩余部分的活性，反复进展，直到找到活性中心。2 2化学修饰法化学修饰法选择性运用一些试剂，对酶活性中心的氨基酸残基进展选择性运用一些试剂，对酶活性中心的氨基酸残基进展选择性修饰，而后测定活性，进而推断活性中心的组成。选择性修饰，而后测定活性，进而推断活性中心的组成。3 3X-X-射线晶体衍射法射线晶体衍射法测定酶分子的三维构造。测定酶分子的三维构造。4 4基因定点突变技术基因定点突变技术site-directed mutage

23、nesis;site-directed mutagenesis;酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例1、酶催化作用位点的活、酶催化作用位点的活性官能团性官能团Nucleophiles亲核亲核基团基团Electrophiles亲电亲电基团基团酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例糜蛋白酶糜蛋白酶 (胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶)为胰腺分泌的一为胰腺分泌的一种蛋白水解酶，能迅速分解、变性蛋白质，用种蛋白水解酶，能迅速分解、变性蛋白质，用于创伤或手术后伤口愈合、抗炎及防止部分水于创伤或手术后伤口愈合、抗

24、炎及防止部分水肿、积血、扭伤血肿、乳房手术后浮肿、中耳肿、积血、扭伤血肿、乳房手术后浮肿、中耳炎及鼻炎等。可用于白内障摘除。炎及鼻炎等。可用于白内障摘除。酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例H2N CHCCH2OHOOH酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举例酶的构造和酶的催化作用机制酶的构造和酶的催化作用机制二、酶催化作用举例二、酶催化作用举