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1、第四章 酶(Enzymes),内 容 简 介酶是具有高度催化效率及高度特异性的蛋白质。酶通过多种机制降低反应活化能使反应速率增加。酶分子一级结构及空间结构是催化功能的基础。酶促反应速率受到S、E、pH、T、抑制剂及激活剂的影响酶活性可受到别构调节、共价修饰、酶原激活、关键酶、多酶体系、同工酶等调节酶的命名包括习惯命名和系统命名，酶可分为六类。酶与疾病发生、诊断、治疗等密切相关。,一、酶的概念酶是由生物活细胞产生的具有高效催化功能和高度专一性的一类特殊蛋白质，又叫生物催化剂,绝大多数的酶都是蛋白质。,酶的化学本质是什麽？,酶的概念,一、相关概念酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。被酶的催化的物质
2、称为底物(S)反应的生成物为产物（P）酶所具有的催化能力称酶的活性酶失去催化能力称酶的失活,酶的组成单纯酶：完全由氨基酸组成，催化能力由蛋白质的结构决定(淀粉酶脂肪酶蛋白酶等都是单纯酶)结合酶：这类酶由蛋白质和非蛋白质两部分组成此酶水解后除得到氨基酸外，还有非氨基酸类物质蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子生物体内多数酶是结合酶 结合酶（全酶）酶蛋白辅助因子,非共价,共价紧密,辅助因子的种类及作用名称 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焦硫酸硫胺素 TPP醛基 B1磷酸吡哆醛氨基 B6辅酶A CoA
3、SH 酰基 泛酸生物素 CO2 生物素四氢叶酸 FH4 一碳单位 叶酸辅酶B12 氢原子、烷基 B12,一些金属酶和金属激活酶类 金属酶 金属离子 金属激活酶 金属离子 碳酸酐酶 Zn2+柠檬酸合成酶 K+羧基肽酶 Zn2+丙酮酸激酶 K+Mg2+过氧化物酶 Fe2+丙酮酸羧化酶 Mn2+Zn2+过氧化氢酶 Fe2+精氨酸酶 Mn2+己糖激酶 Mg2+磷酸水解酶类 Mg2+磷酸转移酶 Mg2+蛋白激酶 Mg2+，Mn2+锰超氧化物歧化酶 Mn2+磷脂酶C Ca2+谷胱甘肽过氧化物酶 Se 磷脂酶A2 Ca2+,（二）单体酶、寡聚酶、多酶体系1)单体酶:2)寡聚酶:3)多酶体系:4)多功能酶：,
4、多酶体系 有助于代谢的顺利进行多功能酶 便于调控。,二、酶的活性中心,酶的活性中心：酶分子中能与底物结合并将底物转化为产物的具有特定空间结构的区域称为酶的活性中心,酶的必需基团：指酶分子中与酶的活性密切相关的基团,二酶的必需集团和活性中心必需基团:酶分子中有些基团若经化学修饰（氧化、还原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团称为必需基团。活性中心：酶分子中由必须基团互相靠近所构成的能直接与底物结合并催化底物转变为产物的空间部位(活性部位)。,必需基团,活性中心,结合部位,催化部位,结构基团：位于酶的活性中心外,维持酶的空间结构,二酶的必需集团和活性中心,专一性,催化性质,一些酶活性中
5、心的必需基团,三、酶的结构与功能,（二）空间结构与功能酶的活性中心是三维立体结构的裂缝或裂隙,（五）同工酶（isozyme）是指催化相同的化学反应，但酶分子结构、理化性质及免疫学性质等不同的一组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链或由同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。,哺乳类动物细胞的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）共有5种同工酶。该酶是由两种亚基构成的四聚体，一种亚基是骨骼肌型（M），另一种亚基是心肌型（H）。这两种亚基以不同比例组成5种同工酶。,图5-7 LDH同工酶,同工酶,人的LDH同工酶谱（LDH活性的百分数%）,三、
6、酶的结构与功能 酶的一级结构是决定其催化功能最重要的化学结构，是酶发挥催化功能的结构基础。,有相同催化功能的同一类酶，其活性中心的一些氨基酸序列有极大的同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心的氨基酸残基有25%的同源性，甚至二硫键的位置亦相同。,酶一级结构的差别也决定了催化性质的不同，如胰蛋白酶、胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活性中心Ser残基附近都有一个在立体结构上的“口袋”状结构。由于三种蛋白酶的口袋”状结构不同，决定其与不同底物结合即有不同特异性。酶的特异的三维空间结构是酶催化功能的基础。酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必需结构。,图
7、 5-2 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心底物结合口袋,第二节 酶的命名与分类,Cysteine proteinase,六大类中的一类,作用的键的类型,作用的键的类型,序列号,转移酶类转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。,谷丙转氨酶,氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶AH2+BA+BH2,水解酶类水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。,裂解酶类：催化从底物分子中移去一个基团 或原子而形成双键的反应及其逆反应。,苹果酸裂合酶,异构酶类异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。,6-磷酸
8、葡萄糖异构酶,合成酶类：称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=A-B+ADP+Pi丙酮酸+CO2 草酰乙酸丙酮酸羧化酶,习惯命名法:根据其催化底物来命名（蛋白酶；淀粉酶）根据所催化反应的性质来命名（水解酶；转氨酶；裂解酶等）结合上述两个原则来命名（琥珀酸脱氢酶）有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点（胃蛋白酶、胰蛋白酶、硷性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶）。,ES（底物）P（产物）,酶促反应：酶所催化的反应底物：在酶促反应中被催化的物质产物：酶促反应中生成的物质酶的活性：酶的催化能力酶的失活：酶失去催
9、化能力,通过降低反应活化能而使反应速率加快。,酶是生物催化剂，具一般催化剂的共性,酶 也有与一般催化剂不同的特性,1、酶的催化效率极高2、高度的特异性(专一性)3、酶的(可调节性)不稳定性,活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。,活化能,H2O2分子：无催化剂，需活化能18000卡/克分子过氧化氢作催化剂，需活化能2000卡/克分子胶态钯作催化剂，需活化能1.170卡/克分子,立体异,绝对特异性,相对特异性,图5-9 蔗糖酶的水解作用,消化道中各种蛋白酶的专一性,相对特异性,3立体异构特异性：一些酶仅能催化一种立体异构体进行
10、反应，或其催化的结果只产生一种立体异构体，酶对立体异构物的选择性称为立体异构特异性（stereospecificity）。,乳酸脱氢酶的立体异构特异性,（三）酶活性的可调节性,二、酶促反应的机理,（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,*诱导契合假说(induced-fit hypothesis),酶底物复合物,酶与底物接近结构相互诱导变形和相互适应结合。,酶与底物结合的诱导契合学说A.二氢叶酸还原酶（蓝色）与NADP+（暗红色）结合前无口袋状结构。B.在NADP+的诱导下，酶形成一个口袋状结构容纳NADP+，形成E-S复合物。,（二）邻近效应和定向排列,在酶的作用下，诸底物可聚集到酶的活性
11、中心部位，它们相互靠近形成利于反应的正确定向关系，使底物有充足的时间进行反应，同时也可诱导酶蛋白发生一定构象变化使其催化基团和结合基团正确排列定位，利于底物和酶更好地互补。,靠近,（三）多元催化 酶是两性电解质,所含的多功能基团有不同解离常数,同种酶常间有酸性、碱性双重催化作用（多功能基团协同作用）,（四）表面效应（surface effect）酶分子表面由亲水基团构成，而内部常为疏水性氨基酸组成，并常形成疏水性“口袋”样结构，酶活性中心多位于此疏水“口袋”中，即底物与酶的反应在酶分子内部疏水环境中进行，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物密切接触。,酶反应速度极高的原因，其中最主要的是：a.酶与底物结合时，两者构象的改变使它们相互契合。b.底物分子适当地向酶分子活性中心靠近。c.底物趋向于酶的催化部位。d.活性中心这一局部地区的底物浓度大大增高。使酶反应速度增高的其它因素：a 酶与底物形成有一定稳定度的过度态中间物 _共价的ES 中间物迅速分解成产物b 酶活性中心的质子供体和质子受体对底物分子 进行了广义的酸碱催化,
