生物化学2第二章酶化学zjg

1、2020年7月4日，张金国酶学第一章生物化学第二章，2020年7月4日，酶化学第二章第二章(6小时)。第1节酶的基本特性第2节酶的命名和分类第3节酶的催化机理第4节酶促反应的动力学和影响因素第5节酶活性的调节机理，2020年7月4日，张继革-生物化学，3。酶是一种高效、高特异性、活性可调的生物催化剂。新陈代谢是维持生物体生长、繁殖、运动和其他生命活动的化学变化的总称。生物体不断地与周围环境交换物质和能量，将吸收的营养物质转化为自身的成分，这就是所谓的同化过程；生物体不断分解其组成物质，这是一个异化的过程。新陈代谢紊乱会导致疾病，新陈代谢的停止意味着生命的终结。人体内的所有代谢反应都是由酶催化的

2、，酶是研究生命活动的关键。酶学概述, 2020年7月4日，张建国-生物化学，4、酶学研究简史，早在8000多年前(于时代)，中国就有用“酶”酿酒的记载。一百多年前，巴斯德认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，酶这个词首次由威廉屈尼提出。1897年，布克纳兄弟用酵母抽提物发酵，没有细胞，这表明发酵与细胞无关，而是由细胞外物质引起的。米氏和门登在1913年提出了酶动力学原理的米氏方程。萨姆纳于1926年首次从豆类中提纯脲酶晶体。2020年7月4日，张-生物化学，5。酶的化学本质和组成(1)酶1的化学本质。酶是蛋白质。1926年，Sumner首次从刀豆球蛋白种子中提取脲酶晶体，证明它具有蛋白

3、质性质。20世纪30年代，诺斯罗普分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶，这证明了酶的化学本质是蛋白质。第一节，酶的基本特性，2020年7月4日，张继格-生物化学，6，2，酶是蛋白质的证据：(1)酶被酸和碱水解的最终产物是氨基酸；元素分析与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成。1969年，人工合成了牛胰腺核糖核酸酶。(2)分子量和结构与蛋白质相似，具有一级、二级、三级和四级结构。(3)所有使蛋白质变性的因素也能使酶变性和失活。酶可以被蛋白酶水解并失活。(4)酶具有蛋白质的特性，如两性解离、胶体性质、酶受热变性、颜色反应等。不能通过半透膜。2020年7月4日，张生物化学7，但也有人发现，

4、1982年，切赫首先发现核糖核酸也具有酶催化活性，并提出了核酶的概念。1995年，杰克沃绍斯塔克(Szostak)首次报道了一种具有脱氧核酶活性的DNA片段。大多数酶的化学性质是由蛋白质组成的。核酶的化学本质是核糖核酸，2020/7/4，张杰格-生物化学，8。核酶的发现改变了酶是蛋白质的概念，即“酶是具有催化功能的生物大分子(蛋白质或核糖核酸)”。酶可分为两大类：蛋白质基酶(p型酶)和少数核酸基酶(r型酶)，2020/7/4，张建国生物化学，9，(2)酶的组成简单酶：仅由蛋白质脲酶，溶菌酶，淀粉酶，脂肪酶，核糖核酸酶等组成。共轭酶):全酶=酶蛋白辅因子(辅酶，辅因子)超氧化物歧化酶Cu2，Zn

5、2)，乳酸脱氢酶(NAD)酶蛋白决定酶的特异性，辅助，2020年7月4日，张-生化，10，酶的辅助因子主要包括金属离子和有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉和其他金属离子：Fe2，Fe3，Zn2，Cu2，Mn2，Mn3，Mg2，K，Na，Mo6辅酶：它是松散的辅基：它通过共价键与酶蛋白结合，共价键紧密，不能通过透析去除。，2020/7/4，zhangjg-biochemistry，11，2020/7/4，zhangjg-biochemistry，12，2020/7/4，zhangjg-biochemistry，13，(3)同功酶在同一生物体中能催化同一化学反应。例如，哺乳动物乳酸

6、脱氢酶(催化乳酸脱氢为丙酮酸的乳酸脱氢酶)有五种形式：分子形式：乳酸脱氢酶1、乳酸脱氢酶2、乳酸脱氢酶3、乳酸脱氢酶4、乳酸脱氢酶5；亚基组成：H4、H3M、H2M2、HM3、M4。乳酸脱氢酶同功酶分子都是四聚体，但它们的亚基组成不同。不同的组织有不同的内容，用于疾病诊断。2020/7/4，张建国-生物化学，14，临床意义1。ldh1和LDH2升高，见于急性心肌梗死、病毒性心肌炎、风湿性心肌炎和克山病。2LDH5和LDH4增加：(1)急性肝炎：LDH5明显增加，LDH4略有增加；(2)急性肝萎缩：低密度脂蛋白5和低密度脂蛋白4均显著升高；(3)慢性肝炎和肝硬化：低密度脂蛋白H5略有增加；(4)

7、急性骨骼肌损伤和皮肌炎：乳酸脱氢酶5和乳酸脱氢酶4均升高；(5)前列腺癌：低密度脂蛋白5增加，低密度脂蛋白5低密度脂蛋白11。3 . 3LDH的五种同工酶增加：胃癌、结肠癌和胰腺癌。2020/7/4，张jg-biochemics，15，(iv)核酶的发现，1982年，R.Cech等人发现四膜虫细胞的26s rRNA前体具有自剪接功能，并把这种具有催化活性的天然核糖核酸称为核酶。1983年，Altman等人发现核糖核酸酶P的核糖核酸组分对加工t RNA前体具有催化作用。然而，核糖核酸酶P中的蛋白质组分没有催化作用，只起到稳定构象的作用。核酶的发现改变了酶是蛋白质的概念。切赫和奥特曼获得了1989

8、年的诺贝尔奖。2020/7/4，张-生物化学，16，核酶在阻断基因表达和抗病毒中的应用前景。核酶可以特异性切割靶核糖核酸序列，核酶药物可以选择性切割癌细胞或病毒的核糖核酸，从而阻断它们合成蛋白质。例如，根据艾滋病毒的核糖核酸序列和结构，设计了一种核酶来切割艾滋病毒的核糖核酸，但这种核酶对正常细胞RKA没有影响。核酶药物剂量小，毒性小，病毒不易产生耐药性。具有广阔的应用前景和巨大的临床实用价值。2020年7月4日，张-生化，17。(5)模型酶通过化学方法合成非蛋白质分子或具有催化功能的蛋白质分子，模拟生物体内酶的结构、特性、作用原理和化学反应过程。酶是一种具有催化活性的蛋白质，具有许多优点。然而

9、，酶很容易被各种物理和化学因素失活，因此它们不能广泛用于替代工业催化剂。研究模拟酶的目的就是为了解决酶的上述缺点，这是仿生聚合物的一个新的研究领域和重要内容。模拟酶的金属辅助基团、模拟酶的活性官能团、模拟酶的聚合物作用方式、模拟酶与底物的相互作用、模拟酶的性质等。2020年7月4日，张-生化，18，(六)抗体酶抗体酶是一种人工酶，本质上是一种具有催化能力的抗体。然而，纯抗体没有催化能力。具有催化活性的抗体是通过改变抗体与抗原结合的微环境并在适当位置引入相应的催化基团而产生的。获得抗体酶的途径：底物类似物在过渡态的诱导；在现有抗体的基础上，通过化学修饰或蛋白质工程将催化基团引入其配体结合位点。复

10、制方法。抗体酶的研究为人们设计适合市场需求的蛋白质提供了合理的途径，即人工设计酶，设计针对性强、疗效高的药物。，2020年7月4日，张-生化，19，2。酶催化的特点，以及问题1:化学催化剂的特点是什么？2020/7/4，张-生物化学，20，酶与非生物催化剂相比的一些共性：参与反应，反应前后其组成不变；它能在不改变化学反应平衡点的情况下提高化学反应速率；通过降低反应活化能，加快反应速度；它只能催化热力学允许的反应。2020年7月4日，张，-生物化学，21，酶催化的特点：(1)催化效率极高；(2)极高的催化特异性；(3)酶活和酶量可调；(4)反应条件温和、常温、常压、中性酸碱度环境。2020年7月

11、4日，张，生物化学，22，(1)高效酶催化1。催化效率与普通催化剂相比，酶催化速度可提高1061012倍，是相应未催化反应的108 1020倍。例如， 1摩尔马肝过氧化氢酶在一定条件下可以催化5106摩尔过氧化氢的分解，1摩尔铁在相同条件下只能催化6104摩尔过氧化氢的分解。因此，这种酶的催化效率是铁的1010倍。也就是说，同样数量的铁在一秒钟内被过氧化氢酶催化反应需要300年。2020年7月4日，张-生化，23，酶促反应的本质降低了反应的活化能，例如，H2O2的分解，并且在没有催化剂时的活化能为75.24 kJ/mol；钯催化剂的活化能为48.9 kj/mol。过氧化氢酶作为催化剂时，活化能

12、降至8.36kJ/mol以下。2，活化能与过渡态，2020年7月4日，张-生化，24，酶促反应称为酶促反应。酶首先与底物(反应物)结合产生不稳定的中间体ES (a)。然后分解成反应产物释放酶。2020/7/4，张-生物化学，25，(2)酶催化的特异性1。概念和特征酶只能催化某种底物发生特定的反应并产生特定的产物。这种特性被称为酶特异性。酶有很高的特异性，几乎没有副反应发生。1)绝对特异性：一些酶只作用于一种底物并催化一种反应，但不作用于任何其他物质。例如，脲酶只能催化尿素的分解，但对甲基尿素没有影响。另一个例子：琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸，2020/7/4，张杰格-生物化学，26，2)相对特异性

13、：这种酶对一类具有相似结构的底物有作用。包括键特异性和组特异性。(1)键特异性，如酯酶，能水解不同脂肪酸形成的酯键。2020/7/4，Zhangjg-biochemistry，27，(2)家族特异性不仅要求底物具有一定的化学键，而且要求两个原子基团连接在化学键的两端，如-葡糖苷酶，这要求底物必须是由-糖苷键形成的糖苷。麦芽糖，蔗糖，2020年7月4日，张-生物化学，28，3)立体异构特异性的概念：除了底物分子的化学结构外，酶对立体异构也有一定的要求：光学异构特异性和几何异构特异性(1)光学异构特异性酶只作用于一种光学异构体。例如，左旋精氨酸酶只分解左旋精氨酸，但对右旋精氨酸没有影响。2020/

14、7/4，张-生物化学，29，(2)几何异构特异性当底物具有几何异构体时，酶只作用于其中一种异构体。例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸生成富马酸，而不能催化马来酸。酶催化的特异性具有重要意义，2020/7/4，张继格-生物化学，30，2，酶特异性假说-酶与底物的结合(1)锁键假说)费希尔1894认为底物分子或其一部分就像一把钥匙，只插入酶的活性中心，并通过多条通道，酶活性中心的催化基团正好与底物的敏感键对齐，从而进行催化反应。，2020/7/4，Zhangjg-biochemics，31，2020/7/4，Zhangjg-biochemics，32，lock-and-key模型认为酶的分子结构是互

15、补的和刚性的，这很好地解释了立体异构特异性。但是它不能解释可逆反应，也就是说，许多酶可以同时催化正反应和负反应，锁和钥匙模型不能解释酶与底物结合然后与产物结合的事实。2020年7月4日，张-生物化学，33，(2)诱导-拟合杂交模型Koshland，1958，认为酶活性位点的形状与底物的形状不完全互补。当酶分子接近底物分子时，酶蛋白被底物分子诱导，其构象发生变化，有利于与底物结合。人们认为这种酶有一定的弹性。2020/7/4，Zhangjg-biochemistry，34，2020/7/4，Zhangjg-biochemistry，35，3 .酶活性的测定，(1)酶活性的概念1。酶活性：酶催化底物化学反应的能力，也称为酶活性。测量酶的活性实际上是测量酶反应的速度。酶促反应速度越快，酶活性越大。相反，速度越慢，酶的活性越小。2020年7月4日，张-生化，36，酶促反应的初始速度：反应速度在底物开始反应后的短时间内。反应时间一般为5-10分钟。酶促反应速度的提高或降低有许多原因，如底物浓度的降低、产物对酶的抑制、由于产物浓度的增加而加速的逆向反应、酶变性等。因此，为了消除上述干扰，