酶学概论PPT课件

1、 酶就是由细胞合成的，酶就是由细胞合成的，具有高效率、高度专一具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂，性、活性可调节的生物催化剂，在机体内行使在机体内行使催化功能催化功能。没有酶的反应有酶催化的反应第1页/共42页 底物底物酶酶产物产物有酶催化的反应称为有酶催化的反应称为酶促反应酶促反应，在酶催化作用下进行化学变化在酶催化作用下进行化学变化的物质称为的物质称为底物底物，酶促反应生成的物质称为酶促反应生成的物质称为产物产物第2页/共42页酶催化底物转变成产物酶催化底物转变成产物第3页/共42页 第二节第二节 酶的化学本质和结构酶的化学本质和结构 绝大多数酶是蛋白质，绝大多数酶是蛋白质，少

2、数酶是少数酶是RNA（核酶）（核酶）第4页/共42页 ribozyme核酶（具有催化功能的核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，Thomas Cech和Sidney Altman 四膜虫L19RNA具有生物催化功能，催化rRNA前体的剪接 （2）1984年 Atman和Pace E.Coli RNase P中的RNA具有加工tRNA前体的催化功能第5页/共42页酶分子组成酶分子组成单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合结合蛋白质酶类蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅酶辅酶辅基辅基金属离子金属离子辅助因子辅助因子第6页/共42页全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 辅助因子辅助因子 辅酶辅酶(coenzy

3、me)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。第7页/共42页酶的辅助因子主要是金属离子和有机化合物酶的辅助因子主要是金属离子和有机化合物金属离子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、Mn3+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等 第8页/共42页 酶蛋白的结构酶蛋白的结构1 1 单体酶单体酶由一条肽链组成的酶分子由一条肽链组成的酶分子牛胰RNase 124aa 单链鸡卵清溶菌酶 129aa 单链第9页/共42页2 2 寡聚酶寡聚酶 含相同

4、亚基的寡聚酶：含相同亚基的寡聚酶： 苹果酸脱氢酶（鼠肝），苹果酸脱氢酶（鼠肝），2 2个相同的亚基个相同的亚基 含不同亚基的寡聚酶：含不同亚基的寡聚酶： 琥珀酸脱氢酶（牛心），琥珀酸脱氢酶（牛心），22个亚基个亚基寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。第10页/共42页第三节第三节 酶的催化性质酶的催化性质一一 酶与非酶催化剂的共同性质酶与非酶催化剂的共同性质 只

5、能催化热力学允许的反应，反应完成后本身不被消耗或变化，即可以重复使用，对正反应和逆反应的催化作用相同，不改变平衡常数，只加快到达平衡的速度或缩短到达平衡的时间。第11页/共42页二二 酶特有的催化性质酶特有的催化性质1. 高效性高效性极高的催化效率极高的催化效率酶催化反应速度是相应的酶催化反应速度是相应的无催化反应无催化反应的的10106 6-10-101212倍，倍，并且并且高出高出非酶催化反应非酶催化反应速度至少速度至少几个数量级几个数量级。第12页/共42页2. 2. 酶在活性中心与底物结合酶在活性中心与底物结合 酶的活性中心也称为活性部位，是指酶分子上直接直接与底物结合与底物结合，并与

6、催化作用直接相关的区域。 活性中心由结合基团结合基团和催化基团催化基团组成。前者负责与底物结合，决定酶的专一性决定酶的专一性，后者参与催化，负责底物旧键的断裂和产物新键的形成，决定酶的催化决定酶的催化能力能力。但也可能有某些基团两者兼而有之。第13页/共42页活性中心活性中心的主要的主要特征特征（1）活性中心是一个三维实体，通常由在一级结构上并不相邻的氨 基酸残基组成（2）活性中心只占酶总体积很小的一部分（约12%）（3）活性中心为酶分子表面的一个裂缝、空隙或口袋，中心内多为 疏水氨基酸残基，但也有少量极性氨基酸残基，以便底物结合 和进行催化。（4）与底物结合为多重次级键，包括氢键、疏水键和范

7、德华力；（5）底物结合的特异性在一定程度上取决于活性中心和底物之间在 结构上的互补性；（6）活性中心的构象不是固定不变的，而是具有一定的柔性。第14页/共42页第15页/共42页3. 3. 专一性专一性是指酶对参与反应的底物有严格的选择性，即一种酶仅能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物，发生某种特定类型的化学反应，产生特定的产物。第16页/共42页专一性一般有四种类型：（1 1）绝对专一性）绝对专一性 它是指一种酶仅催化一个特定的反应。例如，脲酶只能催化尿素的水解反应；（2 2）基团专一性）基团专一性 它是指一种酶只作用于含有特定官能团（如磷酸基团、氨基和甲基等）的分子。如磷酸酶只水解特

8、定底物分子上的磷酸基团；（3 3）键专一性）键专一性 它是指一种酶只作用于含有一种特定化学键的分子，而不管底物分子其它部分的结构。如二肽酶识别的是二肽分子中的肽键，而不管构成这个肽键的两个氨基酸残基是哪一种；（4 4）立体专一性）立体专一性 酶对底物分子的立体异构有一定的要求 类别类别：旋光异构专一性旋光异构专一性和和几何异构专一性几何异构专一性第17页/共42页解释酶专一性的几种模型：解释酶专一性的几种模型：（1）锁与钥匙学说）锁与钥匙学说（2）诱导契合学说）诱导契合学说（3）“三点附着三点附着”模型模型（4）“四点定位四点定位”模型模型 第18页/共42页酶与底物结合的酶与底物结合的“锁与

9、钥匙锁与钥匙”模型模型第19页/共42页酶与底物结合的酶与底物结合的“诱导契合诱导契合”模型模型第20页/共42页己糖激酶的诱导契合 第21页/共42页酶与底物结合的酶与底物结合的“三点附着三点附着”模型模型第22页/共42页4. 4. 反应条件温和反应条件温和 酶反应要求比较温和的反应条件，如常温、常压，中性pH环境。第23页/共42页5. 5. 对反应条件敏感对反应条件敏感（最适温度、最适（最适温度、最适pHpH），容容 易失活易失活 高温，高压，强碱，强酸和紫外线等都容易使酶失去活性。第24页/共42页6. 6. 酶活性酶活性受到调控受到调控 别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解

10、等。7. 7. 许多酶的活性还需要辅助因子的存在，作为许多酶的活性还需要辅助因子的存在，作为辅辅 助因子的多为维生素或其衍生物。助因子的多为维生素或其衍生物。第25页/共42页 第四节第四节 酶的命名和分类酶的命名和分类一一 命名命名习惯命名习惯命名 系统命名系统命名第26页/共42页1 1习惯命名习惯命名(1)依据底物来命名（绝大多数酶）： 蛋白酶、淀粉酶(2) 依据催化反应的性质命名： 水解酶、转氨酶(3) 结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。(4) 有时加上酶的来源 胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第27页/共42页2 2 国际系统命名国际系统命名基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质基本原

11、则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。（底物为水时可略去不写）。第28页/共42页国际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（EC编号）编号）（1 1）按反应性质分六大类，用）按反应性质分六大类，用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6表示。表示。（2 2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为 若干个亚类，编号用若干个亚类，编号用1 1、2 2、3 3 表示。表示。（3 3）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1 1、2 2、3 3表示。表示。 每一个酶的编号

12、由每一个酶的编号由4 4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”隔开。隔开。 第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个 表示亚表示亚- -亚类，第四个数字表示在亚亚类，第四个数字表示在亚- -亚中的编号。亚中的编号。第29页/共42页*国际生物化学会酶学委员会（国际生物化学会酶学委员会（Enzyme CommissionEnzyme Commission）将）将 酶分成六大类：酶分成六大类：1.氧还原酶类，氧还原酶类，2.移换酶类，移换酶类，3.水解酶类，水解酶类，4.裂合酶类，裂合酶类，5.异构酶类，异构酶类，6.合成酶类合成酶类*每一种酶

13、有一个编号每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶如乙醇脱氢酶EC1.1.1.1大类大类亚类亚类亚亚类亚亚类序号序号第30页/共42页 氧、转、水、裂、异、合氧、转、水、裂、异、合二二 酶的国际系统分类酶的国际系统分类第31页/共42页1氧化还原酶类氧化还原酶类催化氧化还原反应： A2H+B=A+B2H 乳酸：NAD+氧化还原酶（）， 习惯名：乳酸脱氢酶 第32页/共42页2转移酶类转移酶类 AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移换酶（）， 习惯名： 谷丙转氨酶第33页/共42页3水解酶类水解酶类催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。 AB+HOHAOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（）， 习惯

14、名： Ile氨肽酶。第34页/共42页4裂合酶类（裂解酶）裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应 ABA+B 二磷酸酮糖裂合酶（）， 习惯名：醛缩酶第35页/共42页5异构酶异构酶 催化同分异构体相互转化 AB 6-磷酸Glc异构酶 （）（）第36页/共42页6合成酶（连接酶）合成酶（连接酶）催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。 A+B+ATPA-B+ADPUTP：氨连接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA 连接酶第37页/共42页国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异忽略了酶的物种差异和

15、组织差异SOD： ，只有一个名称和编号2O2-+2H+H2O2+O2 三类不同的SOD：CuZn-SOD 真核生物细胞质中Mn-SOD 真核生物线粒体中Fe-SOD同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结构也有很大不同。在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。第38页/共42页类别反应性质实例氧化还原酶（氧化还原酶（oxidoreductase）包括：脱氢酶，氧化酶，还原酶，过氧化氢酶，加氧酶，羟化酶。电子转移乙醇脱氢酶转移酶（转移酶（transferases）包括：转醛酶和转酮酶，甲基、糖基和磷酸基转移酶，激酶，磷酸变位酶。分子间基团转移蛋白质激酶A水解酶（水解酶（hydrolases）包括：酯酶，糖苷酶，肽酶，磷酸酶，磷脂酶，酰胺酶，脱氨酶和核酸酶通过加水导致键的断裂脂肪酶裂合酶（裂合酶（lyases）包括：脱羧酶，醛缩酶，水合酶，脱水合酶，合酶，裂解酶 消除反应，产生双键碳酸酐酶异构酶（异构酶（isomerases）包括：消旋酶，差向异构酶，异构酶，变位酶（并非所有）。分子内的重排磷酸葡萄糖异构酶连接酶（连接酶（ligases）包括：合成酶和羧化酶水解ATP与分子之间的连接偶联DNA连接酶酶的分类及其实例酶的分类及其实例第39页/共42页为什么要研究酶？为什么要研究酶？理解酶的作用机制