生物催化剂-PowerPointPresentatio

多酶复合体 由多个功能上相关的酶彼此嵌合而形成的复合体。它可以促进某 个阶段的代谢反应高效、定向和有序地进行。 例如，由三个酶组成的丙酮酸脱氢酶系。
酶的活性中心（active site）
与酶的催化活性有关的基团称为必需基团
必需基团
活性中心内的必需基团 活性中心外的必需基团
结合基团（与底物结合，决定专一性）
最适温度（optimum T）：使酶促反应速度达到最大时的温度。 最适温度因不同的酶而异，动物体内的酶的最适温度在37 0C -40 0C
左右。有的温泉微生物的酶非常耐热，也有的酶在较低的温度下活 性反而高。
酶反应的温度曲线和最适温度
5.2 溶液pH值对酶促反应速度的影响
最适pH（optimum pH）： 使酶促反应速度达到最大时溶液的
在酶的动力学研究中，一般 使用初速度的（V0）概念。
1.5 酶的特点
高效性
酶的催化作用可使反应速度比非催化反应提高108 -1020倍。比其 他催化反应高106 -1013倍
例如：过氧化氢分解
2H2O2
2H2O + O2
Fe3+ 催化，效率为6×104 mol/mol. s 过氧化氢酶催化，效率为6 × 106 mol/mol.s
S HN
O
N H
生物素
OH O
O
HO N
S
O
N H
羧基生物素
OH O
维生素B12中心钴原子结合5’-脱氧腺苷基称辅酶B12 ， 为一些变位酶和转甲基酶的辅酶。
硫辛酸，含硫脂肪酸，其巯基 有氧化和还原两种形式，既可 以传递氢和电子，又能转移 脂酰基。
R
O NH2
O
NH2 O NH2
H2N
O O
H
N
3+ N Co N
要的酶量为1个酶活国际单位（IU） 。
比活性（specificity of enzyme ）指的是每毫克酶蛋白所具有的 酶活性单位数。
比活性 = 活性单位数/酶蛋白重量（mg） 比活性反映了酶的纯度与质量。
酶促反应的速度曲线
随着酶催化的反应进行，反 应速度会变慢，这是由于产物 的反馈作用、酶的热变性或副 反应引起的。但是，在反应起 始不久，在酶促反应的速度曲 线上通常可以看见一段斜率不 变的部分，这就是初速度。
氢原子转移 氢原子转移
吡哆醇(吡哆醛、 吡哆胺， B6)
磷酸吡哆醛
泛酸
辅酶A(CoA)
氨基转移 酰基转移
叶酸
四氢叶酸
“一碳基团”转移
生物素(H)
生物素
羧化作用
钴胺素(B12)
甲基钴胺素 5′-脱氧腺苷钴胺素
甲基转移
HO OPO HO O
P O OH
CH3
N+ S
H H2N
N
N
CH3
硫胺素
焦磷酸硫胺素TPP
羧肽酶
本章主要内容
酶的一般概念 酶的组成与维生素 酶的结构与功能的关系 酶的催化机理 酶反应的动力学 酶活性的调节
1.酶的概述
1.1 定义
酶是生物催化剂。绝大部分酶是蛋白质，还有一些核糖核酸 RNA具有催化作用，称为核酶（ribozyme）。
细胞的代谢由成千上万的化学反应组成，几乎所有的反应都是由 酶（enzyme）催化的。
VB1，硫胺素经 焦磷酸化转变为 TPP，焦磷酸硫 胺素。它是酮酸 脱氢酶的辅酶。
6
78
H5 N
9
O
N 10
4
R
HN 3 2 1NH
O
2e-+2H+
2e-+2H+
NH2
N
N
5N O
OH OH N 10
HN N
OH
OO
OPO PO
O-
O-
O
NN O
OH OH
FMN
FAD
以VB2，核黄素为基础形成两种辅基 FMN黄素单核苷酸和FAD黄素 腺嘌呤 二核苷酸。作用是传递氢和电子。
指酶对其所催化底物的立体构型有特定的要求。 例如，乳酸脱氢酶专一地催化L-乳酸转变为丙酮酸，延胡索酸只作 用于反式的延胡索酸（反丁烯二酸）。立体专一性保证了反应的定向 进行。
R1: Lys, Arg R2: 不是Pro
R3: Tyr, Trp, Phe R4: 不是 Pro
▪ 酶容易变性
这是酶的化学本质（蛋白质）所决定的。
辅酶与辅基的异同点: 它们都是耐热的有机小分子，结构上常与 维生素和核苷酸有关。但是辅酶与酶蛋白结合不紧，容易经透析除去， 而辅基通常与酶蛋白共价相连。
金属离子的作用：它们是酶和底物联系的“桥梁”；稳定酶蛋白的 构象；酶的“活性中心”的部分。
结合酶举例，( )内为辅因子：
乳酸脱氢酶（辅酶I, NAD） 异柠檬酸脱氢酶（辅酶I, NAD） 醇脱氢酶（辅酶I, NAD） 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（辅酶II, NADP） 琥珀酸脱氢酶（FAD） 乙酰辅酶A羧化酶（生物素，ATP，Mg++） 脂酰辅酶A合成酶（辅酶A, CoA）
87
10
1
N
HN
N
H2N
2
HN
4
N6 9
5
3O
HO O
HN
O
O
HO
2-氨基-4羟基-6甲基蝶呤 对氨基苯甲酸 谷氨酸
叶酸，其还原衍生物四氢叶酸 是一碳基团转移酶的辅酶。 一碳基团，如甲基、乙烯基、 甲酰基等。
蝶酸 叶酸（蝶酰谷氨酸）
生物素，维生素H。 噻吩和脲缩组成，CO2 的载体， 羧化酶的辅酶，且有戊酸侧链 。
▪ 酶的可调节性
抑制和激活（activation and inhibition ） 反馈控制(feed back) 酶原激活(activation of proenzyme) 变构酶(allosteric enzyme) 化学修饰(chemical modification ) 多酶复合体(multienzyme complex) 酶在细胞中的区室化 (enzyme compartmentalization )
4.4 催化机理
邻近与定向效应：增加了酶与底物的接触机会和有效碰撞。 张力效应：诱导底物变形，扭曲，促进了化学键的断裂。 酸碱催化：活性中心的一些基团，如His，Asp作为质子的受体或供体，
参与传递质子。
共价催化：酶与底物形成过渡性的共价中间体，限制底物的活动，使
反应易于进行。
疏水效应：活性中心的疏水区域对水分子的排除、排斥，有利于酶与
EC. X. X. X. X
例如： 乳酸脱氢酶
1.4 酶活性(enzyme activity)
酶活性的表示方法： 酶活性指的是酶的催化能力， 用反应速度来衡量，即单位
时间里产物的增加或底物的减少。 V= dP / dt = - dS / dt
测定方法： 吸光度测定、气体分析、电化学分析等。
酶活性的计量： EC 1961年规定： 在指定的条件下，1分钟内，将1微摩尔的底物转变为产物所需
专一性
即对底物的选择性或特异性。一种酶只催化一种或一类底物转变 成相应的产物。
绝对专一性
一种酶只催化一种底物转变为相应的产物。 例如，脲酶只催化尿素水解成CO2 和NH3。
相对专一性
一种酶作用于一类化合物或一类化学键。 例如，不同的蛋白水解酶对于所水解的肽键两侧的基团有 不同的要 求。
立体专一性
底物的接触。
5.酶促反应的动力学及其影响因素
影响酶促反应速度的因素与酶作为生物催化剂的 特点密切有关。这些因素有：温度、酸碱性、底物 （substrate）浓度、酶浓度、激活剂（activators）和 抑制剂（inhibitors）等。
5.1 温度对酶促反应速度的影响
一般来说，随着温度升高，化学反应的速度加快。在较低温度 条件下，酶促反应也遵循这个规律。但是，温度超过一定数值时， 酶会因热变性，导致催化活性下降。
B族维生素及其辅酶、辅基形式
B族维生素
辅酶、辅基形式
在酶催化反应中的作用
硫胺素(B1) 核黄素(B2)
硫胺素焦磷酸酯(TPP)
黄素单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
α-酮酸的氧化脱羧
氢原子转移 氢原子转移
尼克酰胺或称 烟酰胺(PP)
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP+)
3′-磷酸腺苷酸
NH2 N
N
N
N
OH
O
O P O OH
HO P O OH
O OPO
O OH H N
H N
SH
OH
O
O
泛酸
巯基乙胺
泛酸（维生素B3） 是CoA （辅酶A ）的组成成分。 CoA是脂酰基的载体。
O
OH
O2N
OH
O
OPO
N
OH
磷酸吡哆胺
吡哆醛和吡哆胺（吡哆素）， 维生素B6。磷酸吡哆醛是氨 基酸转氨酶、脱羧酶等的辅酶。
2.2 维生素与辅酶、辅基的关系
维生素（Vitamin）是动物和人类生理活动所必需的，从食物中获得 的一类有机小分子。它们并不是机体的能量来源，也不是结构成分， 大多数以辅酶、辅基的形式参与调节代谢活动。
脂溶性维生素： A 视黄醇（维生素A原——胡萝卜素） D 钙化醇 E 生育酚 K 凝血维生素
水溶性维生素：B族维生素和维生素C （以下主要介绍B族维生素与辅酶、辅基的关系）
2. 酶的组成与维生素
2.1 酶的化学本质 已知的上千种酶绝大部分是蛋白质 单纯酶：少数，例如：溶菌酶（催化水解细菌多糖细胞壁） 结合酶：大多数 结合酶 = 酶蛋白 + 辅因子 辅因子包括: 辅酶、辅基和金属离子。