催化水解反应的金属酶优秀课件
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• 由于水解过程不发生电子转移，所以金属 离子的氧化态在催化过程中不变化。
二、水解金属酶研究中的过渡金属离子
• EPR、Mössbauer、d-d电子光谱－金属酶存 在某种过渡金属。
• Zn2+,Ca2+,Mg2+等离子不具有未充满的d轨道， 因 此 含 有 Zn2+,Ca2+,Mg2+ 等 离 子 的 金 属 酶 就 难 以应用上述检测技术获得有用信息。
• Co2+取代酶大都能在不同程度上保持酶的 催化活性。
• 电子结构、离子半径、配位几何构型。
• Co2+配合物有多种几何构型，高自旋Co(II) 配合物优先采取四面体结构。
• 四 面 体 场 中 ， 高 自 旋 Co2+ 的 电 子 组 态 为 e4t23，相当于Zn2+的d10组态的球对称结构。
肽酶
肽链内切酶（蛋白酶） 肽链端解酶
嗜热菌 蛋白酶
羧肽酶
氨肽酶
• 根据作用方式，肽酶又分为肽链端解酶和肽链 内切酶。肽链端解酶从肽链羧基末端和氨基末 端切下氨基酸，前者称羧肽酶，后者称氨肽酶。
• 内切酶是另一类肽酶，用于切断蛋白质分子内 部肽键使之变成小分子多肽，如嗜热菌蛋白酶。
酯酶催化酯键水解，其中羧酸酯酶催化羧酸 酯水解
• 采用Co2+作为探针，就能提供锌酶的金属 结合部位结构的有用信息。
第二节 羧肽酶
• 羧肽酶是催化肽链的C-末端氨基酸残基水解的 酶。 第一个被发现的锌酶 第一个被发现的金属酶 动力学、结构、光谱最清楚的水解酶
• 羧肽酶分类： 金属酶，存在于胰液中，细胞外酶，帮助蛋白 质消化，中性或弱碱性显示极大的活性 非金属酶（酵母羧肽酶C），细胞内酶，在酸 性条件下具有很大活性。
作用于酯键，使其水解为酸和醇 作用于糖基化合物，使糖键水解 作用于醚键，使其水解 作用于肽键，使其水解 作用于其它C-N键 作用于酸酐
本章仅对肽酶及酯酶作一些介绍
蛋白质为高分子物质，不能透过细胞膜，必须 水解成小分子才能被肠吸收。蛋白质由各种肽 酶催化，水解成小分子，被肠吸收。
肽酶催化蛋白质的肽键水解
Zn2+第４配位为水。Zn2+处于畸变四面体配位 状态中。
• 〔3〕功能：
• 催化蛋白质或多肽的羧基末端肽键的水解反应。 除了脯氨酸之外，羧肽酶能不同程度的催化具有 各种C-末端氨基酸的肽链水解。
• 底物的C-末端侧链为芳基或分支较大的脂基羧肽 酶显示出很强的活性。
―NH―CH―CO―NH―CH―COO- + H2O →
• 酶分子中部一狭长的空腔，底物结合位置。
• 底物的C－末端沿这条沟槽伸入到酶分子内 的活性部位，空腔中还有一定数量的水分子， Zn2+就处于这条空腔的内表面，它是维持羧 肽酶A活性所必须的组分。
Zn2+与多肽链的两个组氨酸（69,196）的咪唑 基氮原子，以及谷氨酸（72）的羧基氧原子以 配位键结合，
• 为了深入研究金属酶的性质，通常采用探针。 一般采用Co2+代替Zn2+，用Mn2+代替Mg2+。非过 渡金属Tl+作为K+的NMR探针。
• 使用探针离子遵循的原则：同晶置换，即 探针离子在酶分子中占据原有金属离子所 在的同一位置。
• 电子构型、离子半径、配位几何构型。
• 很关键问题：是否能继续ຫໍສະໝຸດ Baidu持酶分子的生 物活性。
RCOO—R’ + H2O → RCOOH + R’OH 磷酸酯酶催化磷酸酯键水解
O
O
‖
‖
RO―P―OR’ + H2O → RO― P―OH +R’OH
|
|
OH
OH
R=H时，磷酸单酯酶（如：碱性磷酸酯酶）
磷酸二酯酶（如：磷脂酶C)
• 水解金属酶之中很多都与Zn2+有关。
• 其次：Ca2+、Mg2+，还有少数酶含Mn2+
• 金属配位键的强弱对于决定反应的途径也 很重要，而这种配位键的强度可随金属不 同而变化。
• Zn2+的电子结构：d10，在可见区没有吸收。 在羧肽酶研究中采用Mn2+，Fe2+，Co2+，Ni2+， Cu2+，Rh3+，Cd2+，Pd2+等离子取代。
• Co2+取代的羧肽酶A对肽键的水解具有很强的 活性。
• Co2+羧肽酶A的吸收光谱与经典的四面体配位 的钴配合物很不同，而且摩尔消光系数很大， 这是由于金属处在畸变四面体配位引起的；圆 二色谱、磁圆二色谱和低温EPR谱的结果证 实这一点。
• 证明锌酶中的Zn2+处于畸变四面体配位状态。
• 碳酸酐酶研究中，钴酶活性是锌酶活性的 50%，而Ni2+，Mn2+，Fe2+酶仅稍具活性， 其它惰性。
• 一、水解酶
六大酶类之中研究的最多并应用最广泛的 一类，其中有不少水解酶的活性与金属离子 有关。
后页表中列出若干水解金属酶和金属离子激 活酶。
金属离子激活酶是指必须加入金属离子才具 有活性的酶。
水解酶根据水解键的类型不同分为六个亚类。
• 酯酶 • 糖苷酶 • 醚酶 • 肽酶 • C-N酶 • 酸酐酶
一、羧肽酶A
• 1.组成、结构与功能
• （1）组成：存在哺乳动物胰脏中，相对分 子质量34600， Zn2+作为辅基，单一多肽 链，约300个氨基酸残基。
• 研究比较多的是牛的羧肽酶A。
羧肽酶原A在胰蛋白酶作用下，一个肽键断 裂，释放出大约60个氨基酸残基的N-末端 裂解物。在不同条件下，可以产生4种不同 羧肽酶A：α307; β305; γ300;δ300
动物体内
羧肽酶原A
二聚体或
三聚体， 无活性
肽键断裂
胰蛋白酶激活
60个氨基酸残基 -N末端裂解物
α,β,γ,δ四种不同的 羧肽酶
307，305，300，300
通常说的羧肽酶A就是羧肽酶A α
• (2)结构：椭球形，羧肽酶A(α) 大约一半的氨 基酸形成α-螺旋结构或β-折叠结构。
• 其余氨基酸无确定模式，相对容易变形，与 底物结合相联系的构象变化主要在这些容易 变形的部分发生。
催化水解反应的金属酶优秀课 件
第一节 概述
根据酶催化反应的类型，把酶分为六类 ：
氧化还原酶类 催化氧化还原反应
转移酶类 催化功能基团转移反应
裂解酶类
催化从底物移去一个基团而留下 双键的反应或其逆反应
异构酶类 催化异构体互相转变
合成酶类
催化双分子合成一种新物质同时 使ATP分解的反应
水解酶类 催化水解反应
|
|
R2
R1
―NH―CH―COOH + NH2―CH―COO-
二、水解金属酶研究中的过渡金属离子
• EPR、Mössbauer、d-d电子光谱－金属酶存 在某种过渡金属。
• Zn2+,Ca2+,Mg2+等离子不具有未充满的d轨道， 因 此 含 有 Zn2+,Ca2+,Mg2+ 等 离 子 的 金 属 酶 就 难 以应用上述检测技术获得有用信息。
• Co2+取代酶大都能在不同程度上保持酶的 催化活性。
• 电子结构、离子半径、配位几何构型。
• Co2+配合物有多种几何构型，高自旋Co(II) 配合物优先采取四面体结构。
• 四 面 体 场 中 ， 高 自 旋 Co2+ 的 电 子 组 态 为 e4t23，相当于Zn2+的d10组态的球对称结构。
肽酶
肽链内切酶（蛋白酶） 肽链端解酶
嗜热菌 蛋白酶
羧肽酶
氨肽酶
• 根据作用方式，肽酶又分为肽链端解酶和肽链 内切酶。肽链端解酶从肽链羧基末端和氨基末 端切下氨基酸，前者称羧肽酶，后者称氨肽酶。
• 内切酶是另一类肽酶，用于切断蛋白质分子内 部肽键使之变成小分子多肽，如嗜热菌蛋白酶。
酯酶催化酯键水解，其中羧酸酯酶催化羧酸 酯水解
• 采用Co2+作为探针，就能提供锌酶的金属 结合部位结构的有用信息。
第二节 羧肽酶
• 羧肽酶是催化肽链的C-末端氨基酸残基水解的 酶。 第一个被发现的锌酶 第一个被发现的金属酶 动力学、结构、光谱最清楚的水解酶
• 羧肽酶分类： 金属酶，存在于胰液中，细胞外酶，帮助蛋白 质消化，中性或弱碱性显示极大的活性 非金属酶（酵母羧肽酶C），细胞内酶，在酸 性条件下具有很大活性。
作用于酯键，使其水解为酸和醇 作用于糖基化合物，使糖键水解 作用于醚键，使其水解 作用于肽键，使其水解 作用于其它C-N键 作用于酸酐
本章仅对肽酶及酯酶作一些介绍
蛋白质为高分子物质，不能透过细胞膜，必须 水解成小分子才能被肠吸收。蛋白质由各种肽 酶催化，水解成小分子，被肠吸收。
肽酶催化蛋白质的肽键水解
Zn2+第４配位为水。Zn2+处于畸变四面体配位 状态中。
• 〔3〕功能：
• 催化蛋白质或多肽的羧基末端肽键的水解反应。 除了脯氨酸之外，羧肽酶能不同程度的催化具有 各种C-末端氨基酸的肽链水解。
• 底物的C-末端侧链为芳基或分支较大的脂基羧肽 酶显示出很强的活性。
―NH―CH―CO―NH―CH―COO- + H2O →
• 酶分子中部一狭长的空腔，底物结合位置。
• 底物的C－末端沿这条沟槽伸入到酶分子内 的活性部位，空腔中还有一定数量的水分子， Zn2+就处于这条空腔的内表面，它是维持羧 肽酶A活性所必须的组分。
Zn2+与多肽链的两个组氨酸（69,196）的咪唑 基氮原子，以及谷氨酸（72）的羧基氧原子以 配位键结合，
• 为了深入研究金属酶的性质，通常采用探针。 一般采用Co2+代替Zn2+，用Mn2+代替Mg2+。非过 渡金属Tl+作为K+的NMR探针。
• 使用探针离子遵循的原则：同晶置换，即 探针离子在酶分子中占据原有金属离子所 在的同一位置。
• 电子构型、离子半径、配位几何构型。
• 很关键问题：是否能继续ຫໍສະໝຸດ Baidu持酶分子的生 物活性。
RCOO—R’ + H2O → RCOOH + R’OH 磷酸酯酶催化磷酸酯键水解
O
O
‖
‖
RO―P―OR’ + H2O → RO― P―OH +R’OH
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OH
OH
R=H时，磷酸单酯酶（如：碱性磷酸酯酶）
磷酸二酯酶（如：磷脂酶C)
• 水解金属酶之中很多都与Zn2+有关。
• 其次：Ca2+、Mg2+，还有少数酶含Mn2+
• 金属配位键的强弱对于决定反应的途径也 很重要，而这种配位键的强度可随金属不 同而变化。
• Zn2+的电子结构：d10，在可见区没有吸收。 在羧肽酶研究中采用Mn2+，Fe2+，Co2+，Ni2+， Cu2+，Rh3+，Cd2+，Pd2+等离子取代。
• Co2+取代的羧肽酶A对肽键的水解具有很强的 活性。
• Co2+羧肽酶A的吸收光谱与经典的四面体配位 的钴配合物很不同，而且摩尔消光系数很大， 这是由于金属处在畸变四面体配位引起的；圆 二色谱、磁圆二色谱和低温EPR谱的结果证 实这一点。
• 证明锌酶中的Zn2+处于畸变四面体配位状态。
• 碳酸酐酶研究中，钴酶活性是锌酶活性的 50%，而Ni2+，Mn2+，Fe2+酶仅稍具活性， 其它惰性。
• 一、水解酶
六大酶类之中研究的最多并应用最广泛的 一类，其中有不少水解酶的活性与金属离子 有关。
后页表中列出若干水解金属酶和金属离子激 活酶。
金属离子激活酶是指必须加入金属离子才具 有活性的酶。
水解酶根据水解键的类型不同分为六个亚类。
• 酯酶 • 糖苷酶 • 醚酶 • 肽酶 • C-N酶 • 酸酐酶
一、羧肽酶A
• 1.组成、结构与功能
• （1）组成：存在哺乳动物胰脏中，相对分 子质量34600， Zn2+作为辅基，单一多肽 链，约300个氨基酸残基。
• 研究比较多的是牛的羧肽酶A。
羧肽酶原A在胰蛋白酶作用下，一个肽键断 裂，释放出大约60个氨基酸残基的N-末端 裂解物。在不同条件下，可以产生4种不同 羧肽酶A：α307; β305; γ300;δ300
动物体内
羧肽酶原A
二聚体或
三聚体， 无活性
肽键断裂
胰蛋白酶激活
60个氨基酸残基 -N末端裂解物
α,β,γ,δ四种不同的 羧肽酶
307，305，300，300
通常说的羧肽酶A就是羧肽酶A α
• (2)结构：椭球形，羧肽酶A(α) 大约一半的氨 基酸形成α-螺旋结构或β-折叠结构。
• 其余氨基酸无确定模式，相对容易变形，与 底物结合相联系的构象变化主要在这些容易 变形的部分发生。
催化水解反应的金属酶优秀课 件
第一节 概述
根据酶催化反应的类型，把酶分为六类 ：
氧化还原酶类 催化氧化还原反应
转移酶类 催化功能基团转移反应
裂解酶类
催化从底物移去一个基团而留下 双键的反应或其逆反应
异构酶类 催化异构体互相转变
合成酶类
催化双分子合成一种新物质同时 使ATP分解的反应
水解酶类 催化水解反应
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R2
R1
―NH―CH―COOH + NH2―CH―COO-