食品酶学-第4章.ppt

1、第四章酶的分子结构与催化功能,第一节 酶分子组成第二节 酶的结构与功能第三节 酶的催化作用机制,第一节 酶分子组成,单纯酶(simple enzyme)：仅由氨基酸残基构成 结合酶(conjugated enzyme),全酶(holoenzyme),蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme),辅助因子(cofactor),金属离子,小分子化合物,全酶的结构与分子组成,一、酶蛋白 二、辅酶或辅基,一、酶蛋白,酶是具有催化功能的一大类蛋白质 蛋白质具有特定的立体空间构象，才会有特定的生理功能 酶的空间构象受到破坏，便会导致其变性失去其催化活性,蛋白质的构象,每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称

2、三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象,1、肽键： 性质- 属共价键，是蛋白质和多肽分子中的基本化学键。 特点- 虽是单键，具有部分双键的特点,即有一定刚性难以自由旋转，因此形成肽键平面。,2、肽：定义- 是氨基酸肽键相连的化合物或蛋白质不完全水解的产物。分类- 寡肽，一般由10个以下氨基酸组成。多肽，由10个以上氨基酸组成。书写- 一般将N端写在分子左边,用H表示,将C端写在分子右边,用 OH表示。,蛋白质结构不同组织层次的表示方法,一级结构 二级结构 三级结构 四级结构,一级结构,一级结构是指多肽链的氨基酸序列 蛋白质是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成的大分子 蛋白质分子

3、中氨基酸连接的基本方式是肽键 最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽,举例：五肽的命名 丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸，简写为SerGlyTyrAlaLeu,意义： 不同的一级结构是区别不同的蛋白质的最基本、最重要标志之一。 不同的一级结构是其不同的空间结构与生理功能的基础。,-S-S- A链:HGly.Ile.Val.Glu.Gln.Cys.Cys.Ala.Ser.Val.Cys.Ser.Leu.-Tyr.Gln.-Cys.AsnOH 1 | 8 11 | 21 S S | | S S | | B链HPhe.Val.Asn.Gln.His.Leu.Cys.Gly.Ser.His.Leu.Val

4、.Glu.Ala.-Cys-AlaOH 1 7 19 30,二硫键,二硫键,二级结构,二级结构是指多肽链借助氢键排列成自己特有的螺旋和折叠股片段。这些片段构成所谓规则结构，这种结构像弹簧的螺圈沿一维方向伸展 二级结构元件： 螺旋、折叠片、转角和无规卷曲等,三级结构、四级结构,三级结构是指多肽链借助各种非共价键(或非共价力)弯曲、折叠成具有特定走向的紧密球状构象；由二级结构元件(螺旋,构象、转角和无规卷曲等)构建成的总三维结构 四级结构是指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系和结合方式；蛋白质通过非共价键彼此缔合在一起,核糖核酸酶(示三级结构),血红蛋白(示四级结构),二、辅酶或辅基,蛋白质

5、 -脱辅酶 非蛋白质小分子 -辅因子 物质或金属离子,全酶 = 脱辅酶 + 辅因子,辅因子,辅因子(金属离子及有机物) -与脱辅酶结合的松紧程度不同 辅酶-与脱辅酶结合比较松弛的小分子有机物质 如:辅酶和辅酶等 辅基-以共价键和脱辅酶结合 如:细胞色素氧化酶-铁卟啉 丙酮酸氧化酶-黄素腺嘌呤二核苷酸,铁卟啉,氧化酶的辅基 氧化酶的铁卟啉的功能在于靠铁的价电子变化(Fe2+Fe3+ + e)来传递电子，催化氧化还原反应,黄素核苷酸(FMN和FAD等),为黄素酶类的辅基 FMN和FAD的功能是传递氢(传递质子和电子2H2H+ + 2e)，亦称氢载体而自成氧化还原体系,烟酰胺核苷酸(NAD及NADP

6、),许多脱氢酶的辅酶 NAD(辅酶)和NADP(辅酶) 在脱氢酶催化过程中参与传递氢的作用,硫辛酸,起传递氢、传递酰基的作用,泛醌（辅酶Q ）,是呼吸链上的一个组成成分，其功能是传递氢和电子，在氧化磷酸化作用中起重要作用,辅酶A,辅酶A在脂肪代谢中极为重要 通过其巯基(-SH)的受酰基与脱酰基，参与转酰基作用,磷酸腺苷及其它核苷酸类,是许多转磷酸基酶的辅酶 主要有ATP、GTP、UTP和CTP等 通过磷酸基的转移，能量可以贮存并有效地供给合成时利用,磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛是氨基酸的转氨酶、消旋酶和脱羧酶的辅酶 磷酸吡哆胺与转氨作用有关,生物素,生物素为羧化酶的辅基 可催化CO2的掺

7、入与转移,金属,许多酶尚含有铜、镁、锌、钴等金属离子作为辅基,一些酶含有机分子辅酶和金属离子,某些小分子化合物的种类及作用 名称 缩写名 转移基团 所含维生素 辅酶/辅酶 NAD+/NADP+ H+、电子 尼克酰胺 黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 氢原子 B2 黄素单核苷酸 FMN 氢原子 B2 焦硫酸硫胺素 TPP 醛基 B1 磷酸吡哆醛 氨基 B6 辅酶A CoASH 酰基 泛酸 生物素 CO2 生物素 四氢叶酸 FH4 一碳单位 叶酸 钴胺素辅酶类 氢原子、烷基 B12,总之，酶蛋白在酶促反应中主要起识别底物的作用，酶促反应的特异性、高效率以及酶对一些理化因素的不稳定性均决定于酶蛋白部分。而

8、辅助因子决定反应的种类与性质。,第二节 酶的结构与功能,一、 酶活力部位概念 二、酶原 三、酶的多形性与同工酶,酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。,一、酶活力部位概念,1结合部位 Binding site,酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。 通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。 结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反应的性质。,2催化部位 catalytic site,酶的活性中心(active center) 或活性部位(active site)： 酶的必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异地结合，并

9、将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心,活性中心的构象特点： 在酶分子整个体积中只占比较小的一部分，是一个三维实体，或为裂缝，或为凹陷。 多为氨基酸残基的疏水基团组成的疏水环境，形成疏水“口袋”。,活性中心的必需基团： 结合基团和催化基团 常见基团：His残基的咪唑基、Ser残基的羟基、Cys残基的巯基及Glu残基的-羧基。 活性中心以外的必需基团：为维持酶活性中心应有的空间构象所必需。,S-S,活性中心外 必需基团,结合基团 催化基团,活性中心必需基团,底物,肽链,活性中心,酶活性中心示意图,酶的结构中不仅存在着酶的活力部位，还存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶

10、分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用称别构部位或调节部位。,3调控部位 Regulatory site,二、酶原,酶原 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活 在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,酶原激活的机理,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,三、酶的多形性与同工酶,很多酶可催化相同的反应，但其结构和物理化学性质有所不同，这种现象称为酶的多形性 生物体内催化相同反应而分子结构

11、不同的酶称为同工酶,* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),不同组织中的LDH同工酶的电泳图谱,第三节 酶的催化作用机制,一、酶促反应的机制 二、酶作用高效率的机制,酶促反应的能力学基础,化学反应速率的依赖因素： 分子间碰撞频率 有效碰撞分子的百分数 几个概念： 能阈: 反应物分子发生化学变化所需最低能量 活化分子: 含有高于反应能阈而能起反应的分子 活化能: 底物分子从初态转变到活化态所需的能量,酶促反应活化能的改变,能 量,反 应 过 程,底物,产物,1.酶底物复合物（中间产物学说）,E + S = E-S P + E 许多实验事实证明了ES复合物的存在。ES复合物形成的速率与酶和底物

12、的性质有关。,锁钥学说 (Lock and key)-刚性模式,1890年 Emil Fischer 提出, 酶和底物的结合状如钥匙与锁的关系。底物分子或其一部分象钥匙一样，专一地楔入到酶的活性中心部位，即底物分子进行化学反应的部位与酶分子活性中心具有紧密互补的关系。,2.酶底物复合物的形成,Lock and key model 1890 by Emil Fischer,酶、底物是刚性的，其形状不会改变，不能解释一酶催化两个反应。,诱导契合学说 (Induced fit)柔性学说,1958年 D.E.Koshland提出。,酶与底物在相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。 酶的构象改变有利于底物的结合；底物在酶的诱导下也发生变形，处于不稳定的过渡态,Induced fit model 1958 by Daniel Koshland,酶的活性中心是柔性的而非刚性的。,二、酶作用高效率的机制,酶,A,B,1、趋近效应和定向效应,酶将2个底物拉近，以准确的方向碰撞。实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应,+,-,+,-,稳定的底物,通过电荷等相互作用，底物张力变形激活形成过渡态,2、 张力效应（strain）,-,-,+,+,3、