《酶引论教学用》PPT课件.ppt

1、第9章，酶的介绍，1。酶研究简史(自学)2。酶是生物催化剂3。酶的化学本质4。酶5的命名和分类。酶特异性6。酶活性的测定。非蛋白生物催化剂核酶8。酶分子工程，教学内容2。酶是生物催化剂。反应速率理论和活化能(自学)2降低反应活化能；反应前后的平衡常数或吉布斯自由能不变。酶与非生物催化剂的一些共性：(2)酶通过降低活化自由能来提高反应速率。酶如何克服能量障碍并降低活化能？酶还原反应的激活自由能可以从熵和焓来考虑：根据邻近效应和取向效应邻近：在双分子酶促反应中，两个底物分子结合在酶分子表面，使它们相互靠近；方向：两个底物反应基团之间以及底物反应基团和酶催化基团之间的正确方向。邻近效应和取向效应相当

2、于增加了局部衬底浓度和有效碰撞概率。就熵因子而言，它是33，360。一般来说，当两个底物分子形成活化复合物时，它们需要经历平移自由度和旋转自由度的损失，导致熵的急剧降低和S的负值，这意味着将会有大的活化自由能(G)，这显然不利于反应。然而，在酶促反应中，当ES中间体复合物在进入过渡态(ex)之前形成时，自由度损失发生，并且当酶和底物非共价结合时释放的自由能(称为结合能，Gb)补偿了由自由度损失引起的熵减少，因此当进入过渡态时，S的绝对值降低，因此G与非催化反应相比降低。熵因子是：对于大多数反应，当衬底进入过渡状态时，它将变形，并且反应键将被拉伸和扭曲，这将处于电子应变或电子张力状态。衬底变形需

3、要向反应系统提供能量(h)。然而，在酶促反应中底物变形所需的能量也是由形成氟和硫之间的弱相互作用时释放的结合自由能(内能)提供的，因此减少了进入过渡态所需的氢。当底物与酶结合时，酶分子通常发生变形或构象变化，以满足底物进入过渡状态的需要，这被称为诱导结合。诱导偶联将酶分子上的催化基团带到合适的位置，包括向底物提供广泛的酸碱催化和共价催化基团以削弱反应键，这也是降低焓因子的一种方法。酶研究简史(自学)2。酶是生物催化剂3。酶的化学本质4。酶5的命名和分类。酶特异性6。酶活性的测定。非蛋白生物催化剂核酶8。酶分子工程，教学内容3。酶的化学本质，除了具有催化能力的核糖核酸。酶的经典概念：酶是一种具有

4、催化功能的蛋白质，因此酶具有蛋白质的所有共性。(1)酶的化学组成(2)酶的四级结合，分为简单蛋白和结合蛋白；有些酶只由蛋白质组成，如脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。有些酶不仅含有蛋白质(酶蛋白)，还含有非蛋白质成分(辅因子)，以及酶蛋白辅因子复合物，使全酶显示出酶活性，如超氧化物歧化酶(Cu2，Zn2)和乳酸脱氢酶(NAD)。(1)酶的化学组成，酶的辅因子主要包括：金属离子和有机化合物。辅助因子分为两类：辅酶(与酶蛋白松散结合，可通过透析去除)和辅助基团(与酶蛋白紧密结合)。酶蛋白决定酶的特异性，而辅助因素决定酶反应的类型和性质。例如，NAD可以与各种酶蛋白结合形成具有强特异性的乳

5、酸脱氢酶、乙醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶。酶的种类很多，但辅因子的种类很少，因为一个辅因子可以与多种酶蛋白结合。单体酶：由一个或多个共价连接的肽链组成的酶分子，催化水解反应。例如，牛胰腺RNase(单链)、鸡蛋清溶菌酶(单链)、糜蛋白酶(三肽链)寡聚化酶：一种由两个或多个亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是均匀的，亚基与3360个相同的亚基非共价键合，如苹果脱氢酶(小鼠肝脏)和两个相同的亚基；不同的亚基，如琥珀酸脱氢酶(牛心)，两种亚基寡聚化酶中的亚基聚合与酶的特异性、酶活性中心的形成和调节性能有关。(2)酶的四阶段结合，多酶复合物：两种或多种酶通过非共价键结合，催化一系列连续反

6、应，构成代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合物和丙酮酸脱氢酶复合物；多酶融合：多肽链包含两种或两种以上具有催化活性的酶，通常是基因融合的产物。例如，天冬氨酸激酶1高丝氨酸脱氢酶1融合物(双头酶)是一个四聚体4，每个肽链包含两个活性区域：在氮末端的天冬氨酸激酶和在碳末端的高丝氨酸脱氢酶。(2)酶的四级关联，(1)酶的命名，(2)酶的分类和编号，(4)酶的命名和分类，(1)根据底物如蛋白酶和淀粉酶来命名酶。根据催化反应的性质命名，例如，水解酶和转氨酶是根据上述两个原理命名的，琥珀酸脱氢酶。有时，添加酶的来源，如胃蛋白酶和牛糜蛋白酶，来命名与作用底物结合的酶的来源。例如，酶作用的底物是淀粉

7、和蛋白质，当它们来自细菌时，被称为细菌淀粉酶和细菌蛋白酶。1961年以前使用的酶是根据惯用的命名系统命名的。习惯性命名，将酶作用的最佳酸碱度与底物结合起来。例如，底物是蛋白质，最适的酸碱度是中性的，这就是所谓的中性蛋白酶；最佳的酸碱度是碱性的，这被称为碱性蛋白酶。催化水解的酶。通常，反应类型从酶的名称中省略。例如，水解蛋白质的酶叫蛋白酶，水解淀粉的酶叫淀粉酶。此外，还有酯酶、脲酶、酰胺酶等。有时，为了工厂区分同一种酶，还可以在酶的名称前标明来源。如胃蛋白酶、胰蛋白酶和木瓜蛋白酶。酶的习惯名称使用方便，但也容易混淆。例如，-淀粉酶，也称为液化淀粉酶或糊精淀粉酶或淀粉-1，4-糊精酶，经常出现。系

8、统的名称应清楚地表明酶的底物和催化反应的性质。如草酸氧化酶(俗称)，系统名称：草酸：氧氧化酶。另一个例子是丙氨酸氨基转移酶(习惯名称)，系统名称：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶。如果其中一种基质是水，则水被省略。2.国际系统命名，(2)酶的分类和数量(酶代码)，原理：根据它们的性质，它们被分为六类，分别用1、2、3、4、5和6表示；然后，根据底物中作用基团或键的特征，将每一类分为若干子类，编号为1、2和3，每一子类又可分为若干子类，由编号1、2和3表示；每种酶的数量由4个数字组成，用隔开。第一个数字代表主要类别，第二个数字代表子类别，第三个数字代表子类别，第四个数字代表子类别中的数字。第一个数字

9、代表主要类别：氧化还原；第二个数字表示反应基团：醇基团；第三个数字表示电子受体：NAD或NADP第四个数字表示这种酶的底物：乙醇、乳酸和苹果酸。前三个数字表示这种酶的特征：反应特性、底物特性(键的类型)和电子或基团的受体，第四个数字用于区分不同的底物。国际系统分类和编号的例子，乙醇脱氢酶：EC1.1.1.1，乳酸脱氢酶：EC1.1.1.27，苹果酸脱氢酶：EC1.1.1.37，1。酶研究简史(自学)2。酶是生物催化剂。酶的化学性质。酶的命名和分类。酶促5。酶特异性，(1)酶对底物的特异性，(2)酶特异性假说，包括光学异构，几何异构，绝对，相对，结构特异性，立体异构特异性，酶特异性和特异性可分为

10、两种类型：(1)酶对底物的特异性、结构特异性：绝对特异性和相对特异性例如，淀粉酶只能催化淀粉的水解，但不能催化淀粉以外的任何物质的水解。脲酶、琥珀酸脱氢酶、脱氧核糖核酸聚合酶、碳酸酐酶、麦芽糖酶等。是相对特定的：它们催化具有相同化学键或基团的底物进行某些类型的反应。键两端的基团需要的是“家族特异性或基团特异性”，例如-葡萄糖苷酶，它需要糖苷键和-葡萄糖；化学结构的唯一要求是“键特异性”。例如，脂肪酶催化脂键水解，但对底物中的R and R基团没有严格要求。此外，各种蛋白酶、氨肽酶、羧肽酶、二肽酶等。立体异构特异性：光学异构特异性和几何异构特异性，其中酶只能作用于一种异构体(D-或L-构型)，这

11、是相当普遍的现象。如：谷氨酸脱氢酶为左旋谷氨酸，左旋氨基酸氧化酶，蛋白水解酶通常为左旋氨基酸肽；乳酸脱氢酶只催化乳酸，但对乳酸没有影响。几何异构特异性：反式-，顺式-。富马酸水合酶只能被反式水合。手性原始对称碳原子：四个相连基团中只有两个相同的对称碳原子。光学异构体特异性：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸C4(手性碳)有两个氢原子，一个是R- pro (HR)另一个是S- pro (HS)，而R- pro(或S- pro)氢原子意味着如果它的优先性增加，例如，D(.该酶可以区分两个相同的手性碳原子组(或原子):烟酰胺C4(手性碳)的两个氢原子，例如：辅酶(NAD)或辅酶(NADP)，烟酰胺C4发生脱氢或氢

12、化。一类脱氢酶，如乙醇脱氢酶和苹果酸脱氢酶，专门作用于R-原-氢原子，被称为A型脱氢酶。另一种只对硫原子起作用，如谷氨酸脱氢酶和甘油-3-磷酸脱氢酶，被称为B型脱氢酶。酶可以区分两个相同的手性碳原子组(或原子):(2)酶特异性假说，“锁定-关键”模型(刚性模板理论):三点组合理论：底物分子和酶活性中心组必须在三点互补和匹配，酶才能作用于该底物。诱导楔入模型：当酶分子靠近底物分子时，酶蛋白被底物分子诱导，构象发生改变，有利于与底物结合。在此基础上，酶和底物互补楔入并反应。首先，酶研究的简史(自学)。第二，酶是生物催化剂。第三，酶的化学本质。第四，酶的命名和分类。第五，酶的特异性。第六，酶活性的测

13、定。第八，非蛋白生物催化剂核酶。六.酶活性的测定：(1)酶活性、活性单位和比活性；(2)反应速率、初始速率和酶活性的测定；(1)酶活性、活性单位和比活性、酶活性或酶活性：催化某种化学反应的能力。代表酶的量。酶活性单位：测量酶活性的单位。传统酶单位：在一定条件下和一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量(常规单位)。酶浓度可以用单位体积的酶单位数来表示，如单位/毫升、单位/升等。1961年，国际单位(IU)被用作酶活性单位：酶的国际单位，通常称为酶单位，是在特定条件下(温度一般为25，其他条件为最佳条件)每分钟催化1摩尔底物转化为产物的酶量。1972年，酶活性单位Katal(缩写Kat)被引

14、入。1 Katal定义为在最佳条件下每秒催化形成lmol产物所需的酶量(mols)。1吉=6107国际单位.习惯单位不是统一的，但它们实际上有自己的便利。酶的比活性或比活性定义为每毫克蛋白质的酶活性单位数(单位/毫克)。比活性代表酶的纯度。(2)反应速率、初始速率和酶活性的测定。在定容体系中，反应速率可以用单位时间内反应物浓度或产物浓度的变化速率来表示。对于简单的非催化反应。化学反应速率及其测定、酶活性测定方法：分光光度法和荧光法是最简单、最灵敏、便于自动化、且不干扰反应连续测量的方法。其他方法，如同位素测定和电化学方法，必须在反应系统中取样，反应才能终止。如果在反应开始时溶液中只存在，其初始

15、浓度称为A0，那么原点的切线斜率(或A0)就是初始速率或初始速度，即：2.初始反应速率的概念是，底物不过量，其浓度将显著降低，并且在反应过程中速率将持续降低；该反应具有明显的可逆性，逆反应速率将随着产物浓度的增加而增加，底物转化率的净速率将降低；酶的稳定性差，产品会抑制酶的活性，酶的活性会降低，酶反应的速率也会减慢。反应速率随时间变慢的可能原因是：为了准确反应酶活性，最好测量酶反应的初始速率v0。当反应时间尽可能短(一般不超过5分钟)并且底物浓度的变化不超过初始浓度的5%时，产物产率几乎与时间成正比。过程曲线的最早段是一条直线，因此通常不需要通过原点的切线找到初始速率。3.酶活性的测定，反应条

16、件如温度和酸碱度必须保持恒定并加以解释；s和e辅因子应该过量，s应该至少是酶的KM的5倍。初始速率v0是对S的零级反应，v0与S无关，v0是对e的一级反应。此时，每个酶分子都被S完全饱和，酶的催化能力得以充分发挥，酶浓度成为化学反应速率的唯一限制因素。当测量酶活性时，通常需要绘制两条曲线(:)来确定酶反应时间(线性范围)以找到初始速率；酶浓度曲线，即v0作为e函数的曲线，被确定为线性关系e范围；待测样品e应在此范围内。必须同时制作质控品或空白品。对照试验与样品试验相同，除了在反应前酶通过煮沸或其他方法变性和失活。虽然酶的活性是由酶催化的化学反应速率决定的，但它不是由反应速率直接表示的。酶活性单位的维数是两个物理量，即物质质量/时间；反应速率单位的维数是三个物理量，即物质的质量/(体积时间)。酶浓度单位的维数与反应速率单位的维数相同，因此反应速率直接代表酶浓度。在酶活性测定中需要解释的一些问题，(1)核酶的发现，(2) L19RNA是核酶，(RNaseP的RNA成分是核酶，(7)非蛋白生物催化剂核酶，1981，Cech T等发现原生动物嗜热四膜虫的rrna前体通过自身剪接切断插入序列或内