酶学理论基础

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★已知酶历年增长统计图
酶种类
4000 3500 3000
3702 3169 2966
2500 2000 1500
1770
2122
2477
1000 500
874 712
0 1955
1960
1965
1970 1975 年份
1980
1985
1990
1995
2000
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(6)连接酶类
作用:催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成
通式:
A + B + ATP ===AB + ADP +Pi
A + B + ATP ===AB + AMP +Pi
种类:羧化酶
例如丙酮酸羧化酶(EC 6.4.1.1)催化反应:
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二、核酸类酶
或多条多肽链,这些多肽链彼此以非共价键相连,每一条肽
链都有自己的二、三级结构。
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3、酶的活性中心
在酶分子中,显示酶的催化活性的失去其催化 活性。
在酶蛋白分子的众多氨基酸残基中,构成酶 的活性中心的只有少数几个氨基酸残基,这 些氨基酸残基在肽链中处于不同位置,甚至 处在不同的肽链中,通过肽链的盘绕、折叠 形成酶蛋白的空间结构后,这些氨基酸残基 集中在一起而形成酶的活性中心。
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2.1、酶催化作用特点
酶具有一般催化剂的特征: 1.只能进行热力学上允许进行的反应; 2.可以缩短化学反应到达平衡的时间,而
不改变反应的平衡点; 3.通过降低活化能加快化学反应速度。
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2.1.1、高效性
催化效率比无催化剂时要高出108~1020, 比一般的非生物催化剂高106~1013倍。 例如:
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★各种氨基酸残基的作用
催化活性显示作用
活性中心
与底物结合、催化作用
接触残疾
协助催化作用 辅助残基


活性中心外(维持空间构象)

其它方面作用
(活性调节、防止降解、运输转移)
非贡献残基
结构残基
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2、酶的催化作用
2.1、酶催化作用特点
2.2、酶催化作用机制
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(2)构象变化效应
当酶分子与底物分子互相接近时,由于两 者的相互作用,酶分子和底物都会发生构 象变化,从而有利于酶与底物的结合,这 种作用称为构象变化效应。
EC. X.X.X.X
乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27
第1大类,氧化还原酶
第1亚类,氧化基团CHOH 第1亚亚类,H受体为NAD+
该酶在亚亚类中的流水编号
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(1)氧化还原酶类
作用:催化氧化-还原反应
通式:
种类:
脱氢酶(dehydrogenase)和氧化还原酶(Oxidase)
1.2.1、酶的组成

单纯酶(单体酶) 结合酶(全酶)
辅酶 :与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物
辅因子
辅基 :与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物
金属激活剂 :金属离子作为辅助因子 注:酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分;
辅因子通常作为电子、原子或某些化学基团的载体。
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★辅助因子
无机辅助因子: Mg2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+、
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第二章 酶学理论基础
1、酶的分类、组成和结构特点 2、酶的催化作用 3、酶促反应动力学 4、酶活力及其测定
作业☺
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1、酶的分类、组成和结构特点
1.1、酶的分类与命名
酶的种类很多,有人估计每个大肠杆菌细胞中包 含的蛋白质约有3000种,高等真核生物每个细胞 中约5000种,其中主要是是酶蛋白。而迄今为止 已经确认的酶很少,只有4000多种。随着生物化 学、分子生物学等生命科学的发展,还会发现更多 的新酶。
Ni2+
有机辅助因子:
NAD、FAD、CoQ、CoA、硫辛酸、TPP、生 物素、铁卟啉、磷酸吡哆醛、四氢叶酸
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★其它重要概念
寡聚酶 (oligomeric enzyme):
由几个或多个亚基组成,亚基之间以非 共价键结合牢固地联在一起,单个亚基没有 催化活性,所有的亚基都有四级结构。
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1、维持酶蛋白分子构象作用力
①盐键 ②氢键 ③疏水作用 ④范德华力 ⑤二硫键
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2、具有酶活性的蛋白质都是球蛋白, 结构特征如下:
(1) 肽链往往是通过一部分α-螺旋、一部分β-折叠、一部分β-转角和 一部分无规卷曲形成紧密的球状构象;
1mol铁离子催化: 6×10-4mol; 1mol过氧化氢酶催化:5×106 mol。 刀豆脲酶催化尿素水解比非催反应速率大1014倍。
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2.1.2、专一性
①绝对专一性:
脲酶
只能催化一种底物的反应,对作用物某一化学键和化学键两端所 连接的基团有选择作用;
②相对专一性: 酯酶、а-D-葡萄糖苷酶 对作用物某一化学键有要求,而化学键两端所连接的基团没 有选择作用;
1.1.1、酶的分类命名原则
按照分子中起催化作用的主要组分不同,酶可以分为蛋白类酶 (proteozyme,P酶)和核酸类酶(ribozyme,R酶,核酶)两大类。 因而采取分类命名:
对于蛋白类酶现在普遍接受的是国际酶学委员会1961年制定的酶分类与 命名法。
对于核酸类酶由于其研究历史不长,对于分类和命名还没有统一 的原则和规定。
核酸酶是唯一的非蛋白酶,是一类特殊的RNA,能够催化RNA 分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应和一些其它反应。
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★核酸类酶的分类
自我剪切酶
分子内催化
自我剪接酶
R酶
分子间催化
RNA剪切酶 DNA剪切酶 多肽剪切酶 多糖剪接酶
多功能R酶
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1.2、酶的组成和结构特点
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(2)辅助残基
特点:不与底物直接接触,
但在酶与底物结合以及协 助接触基团发挥一定的作 用; 如图中的R4残基;
接触残基和辅助残基组成 酶的活性中心。
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(3)结构残基
特点:不在酶活性中心范围内, 但在维持酶分子特定的空间构象 方面起重要作用;
如图中R10、R162、R169;
酶学理论基础
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第二章 酶学理论基础
教学目标:
了解酶的分类、组成和结构特点 理解酶催化作用的机制 掌握酶促反应动力学和影响因素以及酶活力测定方法
教学重点:
酶的分类、组成和结构特点、催化机制、酶促反应动力学、酶活力及 其测定
教学难点:
酶催化作用的机制及特点、酶促反应动力学及影响因素
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★“琐和钥匙”学说
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★“诱导契合”学说
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2.2.4、酶高效催化的机制
(1)趋近与定向效应 (2)构象变化效应 (3)酸碱催化机制 (4)共价催化机制 (5)微环境效应
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(1) 趋近与定向效应
u溶菌酶、羧肽酶
例如乳酸脱氢酶(EC1.1.1.27)反应式:
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(2)转移酶类
作用:催化基团转移反应 通式: 种类:酮醛基转移酶、酰基转移酶、
糖苷基转移酶、含氮基转移酶等; 例如谷丙转氨酶(EC2.6.1.2)反应式:
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(3)水解酶类
作用:催化底物的加水分解反应 通式: 种类:淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。
例如磷酸二酯酶(EC3.1.4.1)催化脂的水解反应:
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(4)裂合酶类
作用:催化从底物分子中移去一个基团或原 子形成双键的反应及其逆反应
通式: 种类:醛缩酶、水化酶、脱氨酶等 例如醛缩酶(EC4.1.2.7)催化反应:
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(5)异构酶类
作用:催化各种同分异构体的相互转变 通式: 种类:异构酶 例如葡萄糖-6-磷酸异构酶(EC5.3.1.9)催化反应:
(2)大多数非极性侧链总是埋藏在分子内部形成疏水内核,而大多 数极性侧链总是暴露在小分子的表面上,形成一些亲水区;
(3)分子表面往往有一个内陷的空穴,往往是疏水区,对酶分子而言, 此空穴正好容纳一个或两个小分子底物或大分子底物的一部分,即酶活 性部位;
注:有些球蛋白具有四级结构,这类球蛋白的分子中含两条
2.2.1、酶的作用在于降低反应活化能
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2.2.2、中间复合物学说
1902年,亨利(Henri)根据蔗糖酶催化蔗糖水解 的实验结果,提出中间产物学说。他认为在底物 转化成产物之前,必须首先与酶形成中间复合物, 然后再转变为产物,并重新释放出游离的酶,即:
E + S k1 ES k3 E + P
k2
过渡态中间产物的形成使反应的活化能大幅降低。
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2.2.3、酶的作用专一性机制
关于酶的作用专一性机制有多种学说。 这些学说有一些共同的特点: 1.酶的活性中心是酶表现专一性的基础,不 仅要求结合基团与催化基团的存在,而且要 求他们有特定的构象分布; 2.酶要表现作用必须通过它和底物结合。
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底物 肽链
★酶活性中心示意图
S-S
活性中心外
必需基团
结合基团
活 性


催化基团
必 需


活性中心
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★氨基酸残基的分类
1960年,柯施兰德(Koshland)将酶分子
中的氨基酸残基分为以下四类:
接触残基 辅助残基 结构残基 非贡献残基
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(1)接触残基
特点:直接与底物接触,参与底 物的化学转变;
如图中的R1、R2、R6、R8、R9、 R163、R164、R165;
这类残基的侧链中与底物结合的基 团称为结合基团,起催化作用的基
团称为催化基团。 注:
有时结合基团也起催化作用很
难绝对区分。有时一些接触基 团也可能起着下述辅助残基的 作用。
惯用名:只取一个较重要的底物名称和反应类型。
乳酸:NAD+氧化还原酶
乳酸脱氢酶
注:对于催化水解反应的酶一般在名称上省去反应类型!
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1961年国际酶学委员会(Enzyme Committee,EC)根据酶所 催化反应类型和机理分为6类:
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★Systematic name
★酶学委员会建议,在发表论文时,与论题有关的主要酶在第一次提到时 应写出它的编号、系统命名、习惯命名和来源,然后再用系统命名或习惯 命名叙述。
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一、蛋白类酶的系统名、惯用名
系统名:包括所有底物的名称和反应类型。
乳酸 + NAD+
丙酮酸 + NADH + H+
乳酸:NAD+氧化还原酶
Each enzyme is now classified and named according to the type of chemical reaction it catalyzes. So an enzyme is assigned a four-number classification and a two-part name. In addition recommended name is suggested by IUB for everyday use.
多酶复合物 (multienzyme system):
几个酶镶嵌而成的复合物,这些酶催化 将底物转化为产物的一系列顺序反应。
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1.2.2、酶的空间结构
蛋白质功能决定于其结构,不仅与其氨基酸 组成(一级结构)有关,而且还与其空间结 构有关(二级结构、三级结构、四级结构)。
酶蛋白空间结构的基本结构单位: 螺旋结构、折叠结构、转角结构、卷曲结构
它们与酶的催化活性显示有关, 又称为贡献残基。结构残基的侧 链属于活性中心以外的必需基团。
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(4)非贡献残基
特点:对酶活性的显示无明 显作用,可以由其他氨基酸残
基替代; 如图中的R3、R5、R7等,
在酶分子中占很大比例; 它们可能在酶的活性调节、
酶的运输转移、防止酶的降 解、免疫作用或种系发育等 其他方面起重要作用。
③立体异构专一性: L-氨基酸氧化酶、D-乳酸脱氢酶 只对某种构型的化合物有作用,而对其对映体无作用.
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2.1.3、可调控性
(1)酶量调节
※诱导或抑制酶的合成
※调节酶的降解
(2)酶活性调节
※共价调节 ※别构调节
(3)同工酶调节
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2.2、酶催化作用机制
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