酶學概論PPT課件

1、 酶就是由細胞合成的，酶就是由細胞合成的，具有高效率、高度專一具有高效率、高度專一性、活性可調節(jié)的生物催化劑，性、活性可調節(jié)的生物催化劑，在機體內行使在機體內行使催化功能催化功能。沒有酶的反應有酶催化的反應第1頁/共42頁 底物底物酶酶產物產物有酶催化的反應稱為有酶催化的反應稱為酶促反應酶促反應，在酶催化作用下進行化學變化在酶催化作用下進行化學變化的物質稱為的物質稱為底物底物，酶促反應生成的物質稱為酶促反應生成的物質稱為產物產物第2頁/共42頁酶催化底物轉變成產物酶催化底物轉變成產物第3頁/共42頁 第二節(jié)第二節(jié) 酶的化學本質和結構酶的化學本質和結構 絕大多數(shù)酶是蛋白質，絕大多數(shù)酶是蛋白質，少

2、數(shù)酶是少數(shù)酶是RNA（核酶）（核酶）第4頁/共42頁 ribozyme核酶（具有催化功能的核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，Thomas Cech和Sidney Altman 四膜蟲L19RNA具有生物催化功能，催化rRNA前體的剪接 （2）1984年 Atman和Pace E.Coli RNase P中的RNA具有加工tRNA前體的催化功能第5頁/共42頁酶分子組成酶分子組成單純蛋白質酶類單純蛋白質酶類結合結合蛋白質酶類蛋白質酶類酶蛋白質酶蛋白質輔酶輔酶輔基輔基金屬離子金屬離子輔助因子輔助因子第6頁/共42頁全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔助因子輔助因子 輔酶輔酶(coenzy

3、me)：與酶蛋白結合較松，可透析除去。輔基輔基(prosthetic group)：與酶蛋白結合較緊。第7頁/共42頁酶的輔助因子主要是金屬離子和有機化合物酶的輔助因子主要是金屬離子和有機化合物金屬離子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、Mn3+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。有機化合物：NAD，NADP，F(xiàn)AD，生物素，卟啉等 第8頁/共42頁 酶蛋白的結構酶蛋白的結構1 1 單體酶單體酶由一條肽鏈組成的酶分子由一條肽鏈組成的酶分子牛胰RNase 124aa 單鏈雞卵清溶菌酶 129aa 單鏈第9頁/共42頁2 2 寡聚酶寡聚酶 含相同

4、亞基的寡聚酶：含相同亞基的寡聚酶： 蘋果酸脫氫酶（鼠肝），蘋果酸脫氫酶（鼠肝），2 2個相同的亞基個相同的亞基 含不同亞基的寡聚酶：含不同亞基的寡聚酶： 琥珀酸脫氫酶（牛心），琥珀酸脫氫酶（牛心），22個亞基個亞基寡聚酶中亞基的聚合，有的與酶的專一性有關，有的與寡聚酶中亞基的聚合，有的與酶的專一性有關，有的與酶活性中心形成有關，有的與酶的調節(jié)性能有關。酶活性中心形成有關，有的與酶的調節(jié)性能有關。大多數(shù)寡聚酶是胞內酶，而胞外酶一般是單體酶。大多數(shù)寡聚酶是胞內酶，而胞外酶一般是單體酶。第10頁/共42頁第三節(jié)第三節(jié) 酶的催化性質酶的催化性質一一 酶與非酶催化劑的共同性質酶與非酶催化劑的共同性質 只

5、能催化熱力學允許的反應，反應完成后本身不被消耗或變化，即可以重復使用，對正反應和逆反應的催化作用相同，不改變平衡常數(shù)，只加快到達平衡的速度或縮短到達平衡的時間。第11頁/共42頁二二 酶特有的催化性質酶特有的催化性質1. 高效性高效性極高的催化效率極高的催化效率酶催化反應速度是相應的酶催化反應速度是相應的無催化反應無催化反應的的10106 6-10-101212倍，倍，并且并且高出高出非酶催化反應非酶催化反應速度至少速度至少幾個數(shù)量級幾個數(shù)量級。第12頁/共42頁2. 2. 酶在活性中心與底物結合酶在活性中心與底物結合 酶的活性中心也稱為活性部位，是指酶分子上直接直接與底物結合與底物結合，并與

6、催化作用直接相關的區(qū)域。 活性中心由結合基團結合基團和催化基團催化基團組成。前者負責與底物結合，決定酶的專一性決定酶的專一性，后者參與催化，負責底物舊鍵的斷裂和產物新鍵的形成，決定酶的催化決定酶的催化能力能力。但也可能有某些基團兩者兼而有之。第13頁/共42頁活性中心活性中心的主要的主要特征特征（1）活性中心是一個三維實體，通常由在一級結構上并不相鄰的氨 基酸殘基組成（2）活性中心只占酶總體積很小的一部分（約12%）（3）活性中心為酶分子表面的一個裂縫、空隙或口袋，中心內多為 疏水氨基酸殘基，但也有少量極性氨基酸殘基，以便底物結合 和進行催化。（4）與底物結合為多重次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵和范

7、德華力；（5）底物結合的特異性在一定程度上取決于活性中心和底物之間在 結構上的互補性；（6）活性中心的構象不是固定不變的，而是具有一定的柔性。第14頁/共42頁第15頁/共42頁3. 3. 專一性專一性是指酶對參與反應的底物有嚴格的選擇性，即一種酶僅能作用于一種底物，或一類分子結構相似的底物，發(fā)生某種特定類型的化學反應，產生特定的產物。第16頁/共42頁專一性一般有四種類型：（1 1）絕對專一性）絕對專一性 它是指一種酶僅催化一個特定的反應。例如，脲酶只能催化尿素的水解反應；（2 2）基團專一性）基團專一性 它是指一種酶只作用于含有特定官能團（如磷酸基團、氨基和甲基等）的分子。如磷酸酶只水解特

8、定底物分子上的磷酸基團；（3 3）鍵專一性）鍵專一性 它是指一種酶只作用于含有一種特定化學鍵的分子，而不管底物分子其它部分的結構。如二肽酶識別的是二肽分子中的肽鍵，而不管構成這個肽鍵的兩個氨基酸殘基是哪一種；（4 4）立體專一性）立體專一性 酶對底物分子的立體異構有一定的要求 類別類別：旋光異構專一性旋光異構專一性和和幾何異構專一性幾何異構專一性第17頁/共42頁解釋酶專一性的幾種模型：解釋酶專一性的幾種模型：（1）鎖與鑰匙學說）鎖與鑰匙學說（2）誘導契合學說）誘導契合學說（3）“三點附著三點附著”模型模型（4）“四點定位四點定位”模型模型 第18頁/共42頁酶與底物結合的酶與底物結合的“鎖與

9、鑰匙鎖與鑰匙”模型模型第19頁/共42頁酶與底物結合的酶與底物結合的“誘導契合誘導契合”模型模型第20頁/共42頁己糖激酶的誘導契合 第21頁/共42頁酶與底物結合的酶與底物結合的“三點附著三點附著”模型模型第22頁/共42頁4. 4. 反應條件溫和反應條件溫和 酶反應要求比較溫和的反應條件，如常溫、常壓，中性pH環(huán)境。第23頁/共42頁5. 5. 對反應條件敏感對反應條件敏感（最適溫度、最適（最適溫度、最適pHpH），容容 易失活易失活 高溫，高壓，強堿，強酸和紫外線等都容易使酶失去活性。第24頁/共42頁6. 6. 酶活性酶活性受到調控受到調控 別構調節(jié)、酶的共價修飾、酶的合成、活化與降解

10、等。7. 7. 許多酶的活性還需要輔助因子的存在，作為許多酶的活性還需要輔助因子的存在，作為輔輔 助因子的多為維生素或其衍生物。助因子的多為維生素或其衍生物。第25頁/共42頁 第四節(jié)第四節(jié) 酶的命名和分類酶的命名和分類一一 命名命名習慣命名習慣命名 系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名第26頁/共42頁1 1習慣命名習慣命名(1)依據(jù)底物來命名（絕大多數(shù)酶）： 蛋白酶、淀粉酶(2) 依據(jù)催化反應的性質命名： 水解酶、轉氨酶(3) 結合上述兩個原則命名：琥珀酸脫氫酶。(4) 有時加上酶的來源 胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第27頁/共42頁2 2 國際系統(tǒng)命名國際系統(tǒng)命名基本原則：明確標明酶的底物及催化反應的性質基本原

11、則：明確標明酶的底物及催化反應的性質（底物為水時可略去不寫）。（底物為水時可略去不寫）。第28頁/共42頁國際系統(tǒng)分類法及編號（國際系統(tǒng)分類法及編號（EC編號）編號）（1 1）按反應性質分六大類，用）按反應性質分六大類，用1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6表示。表示。（2 2）根據(jù)底物中被作用的基團或鍵的特點，將每一大類分為）根據(jù)底物中被作用的基團或鍵的特點，將每一大類分為 若干個亞類，編號用若干個亞類，編號用1 1、2 2、3 3 表示。表示。（3 3）每個亞類又可分為若干個亞一亞類，用編號）每個亞類又可分為若干個亞一亞類，用編號1 1、2 2、3 3表示。表示。 每一個酶的編號

12、由每一個酶的編號由4 4個數(shù)字組成，中間以個數(shù)字組成，中間以“”隔開。隔開。 第一個數(shù)字表示大類，第二個數(shù)字表示亞類，第三個第一個數(shù)字表示大類，第二個數(shù)字表示亞類，第三個 表示亞表示亞- -亞類，第四個數(shù)字表示在亞亞類，第四個數(shù)字表示在亞- -亞中的編號。亞中的編號。第29頁/共42頁*國際生物化學會酶學委員會（國際生物化學會酶學委員會（Enzyme CommissionEnzyme Commission）將）將 酶分成六大類：酶分成六大類：1.氧還原酶類，氧還原酶類，2.移換酶類，移換酶類，3.水解酶類，水解酶類，4.裂合酶類，裂合酶類，5.異構酶類，異構酶類，6.合成酶類合成酶類*每一種酶

13、有一個編號每一種酶有一個編號,如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶EC1.1.1.1大類大類亞類亞類亞亞類亞亞類序號序號第30頁/共42頁 氧、轉、水、裂、異、合氧、轉、水、裂、異、合二二 酶的國際系統(tǒng)分類酶的國際系統(tǒng)分類第31頁/共42頁1氧化還原酶類氧化還原酶類催化氧化還原反應： A2H+B=A+B2H 乳酸：NAD+氧化還原酶（）， 習慣名：乳酸脫氫酶 第32頁/共42頁2轉移酶類轉移酶類 AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移換酶（）， 習慣名： 谷丙轉氨酶第33頁/共42頁3水解酶類水解酶類催化水解反應，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。 AB+HOHAOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（）， 習慣

14、名： Ile氨肽酶。第34頁/共42頁4裂合酶類（裂解酶）裂合酶類（裂解酶）催化從底物上移去一個基團而形成雙鍵的反應或其逆反應 ABA+B 二磷酸酮糖裂合酶（）， 習慣名：醛縮酶第35頁/共42頁5異構酶異構酶 催化同分異構體相互轉化 AB 6-磷酸Glc異構酶 （）（）第36頁/共42頁6合成酶（連接酶）合成酶（連接酶）催化一切必須與ATP分解相偶聯(lián)、并由兩種物質合成一種物質的反應。 A+B+ATPA-B+ADPUTP：氨連接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA連接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA 連接酶第37頁/共42頁國際分類的盲區(qū)：忽略了酶的物種差異和組織差異忽略了酶的物種差異和

15、組織差異SOD： ，只有一個名稱和編號2O2-+2H+H2O2+O2 三類不同的SOD：CuZn-SOD 真核生物細胞質中Mn-SOD 真核生物線粒體中Fe-SOD同是CuZn-SOD，來自牛紅細胞與豬紅細胞的，其一級結構也有很大不同。在討論一個具體的酶時，應對它的來源與名稱一并加以說明。第38頁/共42頁類別反應性質實例氧化還原酶（氧化還原酶（oxidoreductase）包括：脫氫酶，氧化酶，還原酶，過氧化氫酶，加氧酶，羥化酶。電子轉移乙醇脫氫酶轉移酶（轉移酶（transferases）包括：轉醛酶和轉酮酶，甲基、糖基和磷酸基轉移酶，激酶，磷酸變位酶。分子間基團轉移蛋白質激酶A水解酶（水解酶（hydrolases）包括：酯酶，糖苷酶，肽酶，磷酸酶，磷脂酶，酰胺酶，脫氨酶和核酸酶通過加水導致鍵的斷裂脂肪酶裂合酶（裂合酶（lyases）包括：脫羧酶，醛縮酶，水合酶，脫水合酶，合酶，裂解酶 消除反應，產生雙鍵碳酸酐酶異構酶（異構酶（isomerases）包括：消旋酶，差向異構酶，異構酶，變位酶（并非所有）。分子內的重排磷酸葡萄糖異構酶連接酶（連接酶（ligases）包括：合成酶和羧化酶水解ATP與分子之間的連接偶聯(lián)DNA連接酶酶的分類及其實例酶的分類及其實例第39頁/共42頁為什么要研究酶？為什么要研究酶？理解酶的作用機制