生物酶的結(jié)構(gòu)和活性研究

生物酶的結(jié)構(gòu)和活性研究演示文稿1第一頁，共二十三頁。氨基酸名稱英文縮寫簡寫氨基酸名稱英文縮寫簡寫甘氨酸GlyG絲氨酸SerS丙氨酸AlaA蘇氨酸ThrT纈氨酸ValV天冬酰胺AsnN異亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF組氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW賴氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的英文簡寫一、酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)第二頁，共二十三頁。酶的一級(jí)結(jié)構(gòu):酶分子多肽鏈共價(jià)主鏈的氨基酸排列順序。

多肽鏈氨基酸殘基第三頁，共二十三頁。二、酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)1、二級(jí)結(jié)構(gòu)2、三級(jí)結(jié)構(gòu)3、四級(jí)結(jié)構(gòu)

第四頁，共二十三頁。二級(jí)結(jié)構(gòu)

肽鏈的主鏈在空間的走向多肽鏈通過氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。

氫鍵是維持二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力第五頁，共二十三頁。三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的肽鏈再折疊形成的構(gòu)象。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力:氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和二硫鍵第六頁，共二十三頁。四級(jí)結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)的多條肽鏈在天然構(gòu)象空間上的排列方式，多以弱鍵互相連接。疏水力、氫鍵、鹽鍵每條肽鏈本身具有一定的三級(jí)結(jié)構(gòu)，就是蛋白質(zhì)分子的亞基。第七頁，共二十三頁。酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)則決定了酶的性質(zhì)與功能。一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了各種側(cè)鏈之間的各種相互作用，包括疏水鍵、氫鍵、離子鍵、二硫鍵、配位鍵、范德華力等。第八頁，共二十三頁。酶的多種存在類型1、單體酶：由一條肽鏈組成，只表現(xiàn)出一種酶活性。2、寡聚酶：由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的酶，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。3、多酶復(fù)合體：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的酶靠共價(jià)鍵連接而成。4、多酶融合體：指一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活性的酶。第九頁，共二十三頁。三、酶的活性中心1、活性中心：酶蛋白分子中與催化有關(guān)的一個(gè)特定區(qū)域，它能與底物結(jié)合并發(fā)揮催化作用。氨基酸殘基分為：接觸殘基輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基非貢獻(xiàn)殘基非必需基團(tuán)必需基團(tuán)第十頁，共二十三頁。一些酶活性中心的必需基團(tuán)活性中心內(nèi)起催化作用的部位稱為催化部位或催化位點(diǎn)，與底物結(jié)合的部位稱為結(jié)合部位或結(jié)合位點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)的酶來說，催化部位和結(jié)合部位都不是只有一個(gè)，有時(shí)可以是有多個(gè)。第十一頁，共二十三頁。

一般來說，構(gòu)成酶的活性中心的氨基酸殘基主要是接觸殘基和輔助殘基，結(jié)構(gòu)殘基雖然不在酶活性中心范圍之內(nèi)，但它們卻屬于酶活性中心外的必需范圍，如果被其它氨基酸殘基取代，往往會(huì)造成酶的失活。如前所述，在構(gòu)成酶分子中的氨基酸殘基中只有少數(shù)的氨基酸殘基與酶的催化活性有關(guān)。一個(gè)酶的活性中心一般是相當(dāng)小的，由幾個(gè)到十幾個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，那么對(duì)于酶分子來說如此小的活性中心為什么需要一個(gè)大而復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)才能獲得催化活性呢？第十二頁，共二十三頁。為了使催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)聚集起來并保持它們相應(yīng)的空間位置從而賦予活性中心一定的柔性，進(jìn)而具有催化功能就必須有這樣大而復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)來保證。活性中心各基團(tuán)的相對(duì)空間位置對(duì)酶活性具有重要的意義。第十三頁，共二十三頁。酶活性部位的柔性是酶充分表現(xiàn)其活性所必需的1、滿足底物結(jié)合誘導(dǎo)的構(gòu)象調(diào)整(誘導(dǎo)契合)；2、酶的活性基團(tuán)在活性部位必須具有一定的空間取向，以保持一個(gè)適應(yīng)催化反應(yīng)的空間微環(huán)境；3、殘基側(cè)鏈活性基團(tuán)的運(yùn)動(dòng)更有利于催化的高效性；4、某些酶的活性是可調(diào)節(jié)的。蛋白質(zhì)(酶)分子具有剛?cè)嵯嚅g的空間結(jié)構(gòu)第十四頁，共二十三頁。2、輔酶因子

有些酶屬于簡單蛋白質(zhì)，完全由氨基酸殘基組成，如：脲酶、溶菌酶、核糖核酸酶有些酶除了蛋白質(zhì)成分——酶蛋白外，還有非蛋白質(zhì)成分，如：碳酸酐酶、超氧化物歧化酶、細(xì)胞色素氧化酶、乳酸脫氫酶非蛋白質(zhì)成分的必需基團(tuán)第十五頁，共二十三頁。與酶蛋白結(jié)合比較疏松，一般為非共價(jià)結(jié)合，可用透析方法除去的稱為輔酶（coenzyme,Co)。與酶結(jié)合牢固，一般為共價(jià)結(jié)合，不能用透析方法出去的稱為輔基（prostheticgroup)。包含輔助因子的酶稱為全酶。第十六頁，共二十三頁。輔助因子既可以是無機(jī)離子，也可以是有機(jī)化合物。舉例：羧肽酶（從C－末端催化水解蛋白質(zhì)）活性需要鋅離子，否則便會(huì)失活，重新加入鋅，活力又可恢復(fù)。第十七頁，共二十三頁。生物酶催化的優(yōu)越性(與化學(xué)催化相比)：催化條件溫和催化效率高高選擇性(底物，區(qū)域，位點(diǎn)，立體)低能耗綠色過程四、酶的功能第十八頁，共二十三頁。1、酶的高效性

催化反應(yīng)的高效性是指極少量的催化劑就可以使大量的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。酶是自然界中催化活性最高的一類催化劑，生命體內(nèi)發(fā)生的許多化學(xué)反應(yīng)在沒有催化劑存在的情況下是很難進(jìn)行的，而酶的催化作用可使這些反應(yīng)的反應(yīng)速度提高10E6-10E12倍。第十九頁，共二十三頁。2、酶催化的專一性

酶催化作用的專一性是指酶僅僅能催化某一種或某一類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者說只能作用于某一種或某一類的底物。

例如：蛋白酶只能水解蛋白質(zhì)的肽鏈生產(chǎn)小肽或氨基酸，但不能催化淀粉的水解反應(yīng)，同樣，淀粉酶只能分解淀粉生成糊精或葡萄糖，而不能作用于其它物質(zhì)。第二十頁，共二十三頁。(1)、反應(yīng)專一性：酶一般只能選擇性地催化一種或一類相同類型的化學(xué)反應(yīng)，酶催化反應(yīng)幾乎沒有副反應(yīng)。第二十一頁，共二十三頁。(2)、底物專一性

一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的物質(zhì)，而根據(jù)酶對(duì)底物專一性的程度和類型，大致上又可分為以下幾類：①結(jié)構(gòu)專一性

“絕對(duì)專一性”(例如脲酶只能催化尿素水解，而對(duì)尿素的類似物卻均無作用)

“相對(duì)專一性”(如胰凝乳蛋白酶選擇性地水解含有芳香側(cè)鏈的氨基酸殘基形成的肽鏈)。第二十二頁，共二十三頁。②立體專一性，酶的一個(gè)重要特征是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。在酶催化反應(yīng)中，還存在潛手性例子，雖然底物本身不具有手性，但