第03章酶.ppt

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1、目目 录录第第 三三 章章 酶酶目目 录录n酶（酶（enzymeenzyme）是由活细胞产生的、能对特异是由活细胞产生的、能对特异底物进行高效率催化的生物催化剂，其化学底物进行高效率催化的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。本质是蛋白质。核酶核酶（ribozymeribozyme）具有高效、特异催化作具有高效、特异催化作用的用的核酸（核酸（RNARNA）。主要参与。主要参与RNARNA的剪接。的剪接。目目 录录n酶催化的生物化学反应，称为酶催化的生物化学反应，称为酶促反酶促反应（应（Enzymatic reaction）n在酶的催化下发生化学变化的物质，在酶的催化下发生化学变化的物质，称为称为底物

2、（底物（substrate）目目 录录目目 录录酶的分类（按结构）酶的分类（按结构）:单体酶单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶体系多酶体系多酶复合体多酶复合体(multienzyme complex)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)目目 录录n单体酶：单体酶：仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。n寡聚酶：寡聚酶：由多个相同或不同亚基以由多个相同或不同亚基以非非共价键共价键连接组成的酶。连接组成的酶。n多酶复合体：多酶复合体：由几种不同功能的酶彼由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。此聚合形成

3、的多酶复合物。n多功能酶或串联酶：多功能酶或串联酶：一些多酶体系在一些多酶体系在进化过程中由于进化过程中由于基因的融合基因的融合，多种不，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。类酶称为多功能酶。目目 录录一、一、酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(simple enzyme)目目 录录n全酶全酶分子中各部分在催化反应中的作用分子

4、中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的决定反应的特异性；特异性；辅助因子辅助因子决定反应的决定反应的种类与性质；种类与性质；目目 录录 金属酶金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。易丢失。如羧基肽酶、黄嘌呤氧化酶等。如羧基肽酶、黄嘌呤氧化酶等。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。结合不甚紧密。如己糖激酶等如己糖激酶等。n金属离子是最多见的辅助因子金属离子是最多见的辅助因子目目 录录金属离子在全酶中

5、的作用金属离子在全酶中的作用 传电子传电子：作为酶活性中心的催化基团参与催化作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子反应、传递电子。架桥梁架桥梁：作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用底物起作用。稳构象稳构象：稳定酶的构象所必需稳定酶的构象所必需。降斥力降斥力：中和阴离子，降低反应中的静电斥力。中和阴离子，降低反应中的静电斥力。目目 录录n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子

6、或一些基团。传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。目目 录录n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基(prosthetic group)。n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FAD、FMN、生物素等。、生物素等。目目 录录小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用尼尼克克酰酰胺胺（维维生生素素PP之之一一）尼尼克

7、克酰酰胺胺（维维生生素素PP之之一一）维维生生素素B2（核核黄黄素素）维维生生素素B2（核核黄黄素素）维维生生素素B1（硫硫胺胺素素）泛泛酸酸硫硫辛辛酸酸维维生生素素B12生生物物素素吡吡哆哆醛醛（维维生生素素B6之之一一）叶叶酸酸NAD+（尼尼克克酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，辅辅酶酶I）NADP+（尼尼克克酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸磷磷酸酸，辅辅酶酶II）FMN（黄黄素素单单核核苷苷酸酸）FAD（黄黄素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸）TPP（焦焦磷磷酸酸硫硫胺胺素素）辅辅酶酶A（CoA）硫硫辛辛酸酸钴钴胺胺素素辅辅酶酶类类生生物物素素磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛四四氢氢叶叶酸酸氢

8、氢原原子子（质质子子）醛醛基基酰酰基基烷烷基基二二氧氧化化碳碳氨氨基基甲甲基基、甲甲烯烯基基、甲甲炔炔基基、甲甲酰酰基基等等一一碳碳单单位位所所含含的的维维生生素素名名称称小小分分子子有有机机化化合合物物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转转移移的的基基团团尼尼克克酰酰胺胺（维维生生素素PP之之一一）尼尼克克酰酰胺胺（维维生生素素PP之之一一）维维生生素素B2（核核黄黄素素）维维生生素素B2（核核黄黄素素）维维生生素素B1（硫硫胺胺素素）泛泛酸酸硫硫辛辛酸酸维维生生素素B12生生物物素素吡吡哆哆醛醛（维维生生素素B6之之一一）叶叶酸酸NAD+（尼尼克克酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，辅辅酶

9、酶I）NADP+（尼尼克克酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸磷磷酸酸，辅辅酶酶II）FMN（黄黄素素单单核核苷苷酸酸）FAD（黄黄素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸）TPP（焦焦磷磷酸酸硫硫胺胺素素）辅辅酶酶A（CoA）硫硫辛辛酸酸钴钴胺胺素素辅辅酶酶类类生生物物素素磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛四四氢氢叶叶酸酸氢氢原原子子（质质子子）醛醛基基酰酰基基烷烷基基二二氧氧化化碳碳氨氨基基甲甲基基、甲甲烯烯基基、甲甲炔炔基基、甲甲酰酰基基等等一一碳碳单单位位所所含含的的维维生生素素名名称称小小分分子子有有机机化化合合物物(辅辅 酶酶 或或 辅辅 基基)转转移移的的基基团团二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基

10、团必需基团(essential group)酶分子氨基酸残基酶分子氨基酸残基侧链的化学基团中侧链的化学基团中，一一些与酶活性密切相关的些与酶活性密切相关的化学基团化学基团。目目 录录目目 录录或称或称活性部位活性部位(active site)，指酶的必需基团指酶的必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物的区域物特异结合并将底物转化为产物的区域。酶的活性中心酶的活性中心(active center)目目 录录活性中心内的必需基团活性中

11、心内的必需基团结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)影响底物中某些化学键影响底物中某些化学键的稳定性的稳定性催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录目目 录录三、同工酶三、同工酶n同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性

12、质反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。乃至免疫学性质不同的一组酶。（一同三不同（一同三不同）目目 录录同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同基因转录生成的不同mRNAmRNA所翻译的不同多肽所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。链组成的蛋白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的

13、疾病谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。提供了理论依据。目目 录录n乳酸脱氢酶同工酶（乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，在体内）为四聚体，在体内共有共有五种分子形式五种分子形式，即，即LDH1（H4），），LDH2（H3M），），LDH3（H2M2），），LDH4（HM3）和）和LDH5（M4）。）。目目 录录n同工酶谱的改同工酶谱的改变有助于对疾变有助于对疾病的诊断。病的诊断。同工酶的临床意义：同工酶的临床意义：心肌梗塞和肝病病人血清心肌梗塞和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1酶酶活活性性心肌梗心肌梗塞塞酶谱酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2345L

14、DH目目 录录第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 目目 录录u酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，只能加速可逆反应的进程，缩短反应达到平衡缩短反应达到平衡所需的时间，所需的时间，而不改变反应的平衡点。而不改变反应的平衡点。一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催一般情况下，对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。化作用相同。

15、目目 录录一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性（三）（三）酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性目目 录录（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的降低反应的活化能活化能(activation energ

16、y)。酶比一般催化剂能更。酶比一般催化剂能更有效地降低反应的活化能。有效地降低反应的活化能。目目 录录反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。目目 录录一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性或专一性。*酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性目目 录录根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：n绝对特异性绝对特异性(absolute speci