高中生物 酶類(lèi)課件

六、酶類(lèi)酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)或體外起同樣催化作用的一類(lèi)具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。在這里主要討論蛋白質(zhì)屬性的酶。1.酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)根據(jù)酶的化學(xué)組成，可以把酶分成單純酶和結(jié)合酶。單純酶分子完全由蛋白質(zhì)組成，不含其他成分。結(jié)合酶分子由簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)(稱(chēng)為酶蛋白)和輔助因子兩部分組成，輔助因子可以是金屬離子或小分子有機(jī)物。通常把這些小分子有機(jī)物稱(chēng)為輔酶或輔基。輔酶指與酶蛋白結(jié)合比較松，用透析法可以除去的小分子有機(jī)物；而輔基則指與酶蛋白結(jié)合比較緊，用透析法不易除去的小分子有機(jī)物；兩者沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。酶的催化反應(yīng)的專(zhuān)一性和高效性主要決定于酶蛋白。酶分子中有很多化學(xué)基團(tuán)，但并不是所有的基團(tuán)都與酶的活性有關(guān)。酶的活性?xún)H與一部分基團(tuán)有直接關(guān)系，這些基團(tuán)稱(chēng)為酶的必需基團(tuán)。如果對(duì)這些基團(tuán)進(jìn)行取代或修飾，則酶的活性喪失。酶的必需基團(tuán)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至可能不在一條肽鏈上，但由于肽鏈盤(pán)繞折疊使它們?cè)诳臻g上彼此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，而直接與酶的催化功能有關(guān)，這種區(qū)域稱(chēng)為酶的活性中心。酶活性中心包括兩個(gè)功能部位：一個(gè)是結(jié)合部位，一定的底物靠此部位結(jié)合到酶分子上；一個(gè)是催化部位，底物分子中的化學(xué)鍵在此處被打斷或形成新的化學(xué)鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。(二)酶的作用機(jī)制1．酶的催化作用——降低活化能將分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變到活化狀態(tài)(過(guò)渡態(tài))所需的能量，稱(chēng)為活化能。酶的催化作用就是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，由于在酶催化反應(yīng)中只需較低的能量就可使反應(yīng)物進(jìn)入“過(guò)渡態(tài)”，所以同非酶催化反應(yīng)相比，活化分子的數(shù)量大大增加，從而加快反應(yīng)的速度。2．中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)在催化某一反應(yīng)的時(shí)候，酶首先與底物形成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物再分解，釋放出酶及產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物?？捎霉奖硎緸椋好钢越档头磻?yīng)活化能是由于酶與底物生成了中間產(chǎn)物從而改變了反應(yīng)途徑所致。3．“鑰匙-鎖”學(xué)說(shuō)和“誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō)1890年。E.Fischer提出“鑰匙-鎖”學(xué)說(shuō)，認(rèn)為酶和底物結(jié)合時(shí)，底物的結(jié)構(gòu)必須和酶活性部位的結(jié)構(gòu)非常吻合，就像鎖和鑰匙一樣，這樣才能緊密結(jié)合形成中間產(chǎn)物。該學(xué)解釋了酶促反應(yīng)的專(zhuān)一性；但該學(xué)說(shuō)把酶的結(jié)構(gòu)看成是固定不變的，這是不切實(shí)際的，并且該模型不能解釋可逆反應(yīng)。1958年，D．E．Koshland提出了“誘導(dǎo)契合”學(xué)說(shuō)，克服了“鑰匙-鎖”模型的缺點(diǎn)，認(rèn)為酶與底物結(jié)合時(shí)，底物能誘導(dǎo)酶分子的構(gòu)象變化，使酶能與底物分子很好地結(jié)合，從而發(fā)生催化作用。(1)鄰近定向效應(yīng)4．使酶具有高催化效率的因素指底物和酶活性部位的鄰近，對(duì)于雙分子反應(yīng)來(lái)說(shuō)也包含酶活性部位上底物分子之間的靠近，而互相靠近的底物分子之間，以及底物分子與酶活性部位的基團(tuán)之間還要有嚴(yán)格的定向(正確的立體化學(xué)排列)，大大提高了活性部位上底物的有效濃度，使分子間反應(yīng)近似于分子內(nèi)的反應(yīng)，同時(shí)還為分子軌道交叉提供了有利條件；使底物進(jìn)行反應(yīng)的活化能降低，從而大大地增加了酶-底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)的幾率。(2)“張力”和”形變”底物結(jié)合可以誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象的變化，而變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力”甚至“形變”，從而促進(jìn)酶-底物中間產(chǎn)物進(jìn)入過(guò)渡態(tài)。(3)酸堿催化酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)行酸堿催化。（4）共價(jià)催化某些酶可以和底物生成不穩(wěn)定的共價(jià)中間物，這種共價(jià)中間物進(jìn)一步生成產(chǎn)物要比非催化反應(yīng)容易得多。(三)影響酶催化反應(yīng)的因素1.酶濃度的影響在酶促反應(yīng)中，如果底物濃度大到足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比(圖1-1-8)：V=k[E]。2．底物濃度的影響在酶濃度等條件恒定，反應(yīng)系統(tǒng)中沒(méi)有不利于酶發(fā)揮作用的因素存在時(shí)，用反應(yīng)速度對(duì)底物濃度作圖得一直角雙曲線(xiàn)(圖1-1-9)。當(dāng)?shù)孜餄舛萚S]較低時(shí)，反應(yīng)速度和底物濃度幾乎成正比。當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí)，反應(yīng)速度也隨濃度的增加而升高，但不顯著。當(dāng)濃度大大增加時(shí)，反應(yīng)速度趨近一個(gè)最大值即最大速度Vmax，此時(shí)的反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān)。3.PH值的影響pH值對(duì)酶活性影響的原因，除了由于過(guò)酸或過(guò)堿使酶變性失活外，主要是由于影響了酶分子活性中心上有關(guān)基團(tuán)的解離或底物的解離，這樣就影響了酶與底物的結(jié)合，從而影響了酶的活力。4，溫度的影響溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響有兩個(gè)方面：一方面是溫度升高，反應(yīng)速度加快，與一般化學(xué)反應(yīng)相似；另一方面，隨著溫度升高，酶蛋白變性也隨之增加，減少有活性的酶的數(shù)量，降低了酶促反應(yīng)速度。酶促反應(yīng)最適溫度就是兩種過(guò)程的平衡。在低于最適溫度時(shí)，前一種效應(yīng)為主，在高于最適溫度時(shí)，后一種效應(yīng)為主。5，激活劑的影響能提高酶活性的物質(zhì)稱(chēng)為激活劑按分子大小可分為3類(lèi)：第一類(lèi)為無(wú)機(jī)離子，如Mg2+是各種激酶的激活劑，C1-能激活唾液α-淀粉酶；第二類(lèi)為中等大小的有機(jī)化合物，一種是還原劑，如半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，另一種是金屬螯合劑，能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬對(duì)酶的抑制，如乙二氨四乙酸(EDTA)；第三類(lèi)為蛋白質(zhì)性的大分子化合物，這類(lèi)激活劑用于酶原激活，使無(wú)活性酶原變成有活性的酶。6．抑制劑的影響某些物質(zhì)，不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團(tuán)發(fā)生變化，因而引起酶活性下降，甚至喪失，這種作用稱(chēng)為抑制作用，起抑制作用的物質(zhì)稱(chēng)為抑制劑。酶的抑制作用分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩類(lèi)。(四)酶的分類(lèi)和命名國(guó)際生物化學(xué)聯(lián)合會(huì)酶學(xué)委員會(huì)提出的酶的國(guó)際系統(tǒng)分類(lèi)法的分類(lèi)原則是：按其催化的反應(yīng)類(lèi)型分為六大類(lèi)，即氧化還原酶類(lèi)、轉(zhuǎn)移酶類(lèi)、水解酶類(lèi)、裂解酶類(lèi)、異構(gòu)酶類(lèi)、合成酶類(lèi)，分別用1，2，3，4，5．6的編號(hào)來(lái)表示；根據(jù)底物分子中被作用的基團(tuán)或鍵的性質(zhì)，再將每一大類(lèi)分為若干亞類(lèi)，每一亞類(lèi)又分為若干亞亞類(lèi)；然后再把屬于這一亞亞類(lèi)的酶按順序排好。這樣就把已知的酶分門(mén)別類(lèi)地排成一個(gè)表，稱(chēng)為酶表。每個(gè)編號(hào)由四個(gè)數(shù)字組成：如催化乳酸脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿福幪?hào)為ECl．1.1.27。EC指國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)的縮寫(xiě)；第一個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類(lèi)；第二個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類(lèi)中的第一亞類(lèi)，催化醇的氧化；第三個(gè)1，代表該酶屬于氧化還原酶類(lèi)中第一亞類(lèi)的第一亞亞類(lèi)；第四個(gè)數(shù)字表明該酶在一定的亞亞類(lèi)中的排號(hào)。2．酶的命名根據(jù)國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)的建議，每一種酶都給以?xún)蓚€(gè)名稱(chēng)。一個(gè)是系統(tǒng)名，一個(gè)是慣用名。(1)系統(tǒng)命名法包括兩部分，即底物名稱(chēng)及反應(yīng)類(lèi)型。若酶反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，則這兩種底物均需表明，底物名稱(chēng)及反應(yīng)類(lèi)型當(dāng)中用“：”分開(kāi)。例如草酸氧化酶其系統(tǒng)名稱(chēng)為草酸：氧化酶。