王镜岩生化4-酶[2]PPT课件

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酶是非常有效的和特异性高的生物催化剂。酶催化反应条件
温和、常温、常压。酶催化的反应比相应的没有催化剂的反应
快103～1017倍。例如在0℃时，1mol过氧化氢酶能使5×106 mol
H2O2 分 解 为 H2O 和 O2 ； 而 在 同 样 条 件 下 ， 每 克 离 子 铁 只 能 使 6×10－4mol H2O2分解，酶比铁离子快了1010倍。
光学异构性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一 种，而对另一种不起作用。例如精氨酸酶只水解L-精氨酸生 成L-鸟氨酸和尿素，而对D-精氨酸没有作用。
几何异构性是指立体异构中的顺式和反式，-、-构型。 有的酶具有这种立体异构的专一性，如延胡索酸酶只能催化 延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸不 起作用。
过渡态
无催化
自 由 能
自由能变化
活化能
a.无酶催化的反应
自 由 能
反应剂
催化
产物
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b.酶催化的反应
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纵坐标表示自由能（G），横坐标为反应过程。从图中 可以看到，S和P都含有一定的自由能，即处于称为基态的一 种稳定的状态。S和P之间的平衡反映了它们的基态自由能的 差别，它们之间存在着象座“ 山 ” 的能障，反应的底物必 须提高能量水平才能跨越能障。
酶作用的特异性分为绝对特异性、相对特异性和立体异构
特异性。
绝对特异性是指酶只能催化一种或两种结构极相似的化合
物的反应，如脲酶只水解尿素。而相对特异性是指酶可作用于
一类化合物或一种化学键，如脂肪酶或酯酶催化酯键水解，对
酯键两侧的基团要求不严格，对很多有机酸和醇（或酚）形成
的酯键都能水解。
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立体异构特异性是指酶作用的底物应具有特定的立体结 构才能被催化。这种异构性包括光学异构性和几何异构性。
低。
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4.4 酶催化作用发生在活性部位
酶分子一般都很大，但酶中真正起催化作用的部位只是酶
分子中某一部位，该部位称为酶的活性部位，活性部位是酶结
合和催化底物的场所。
活性部位是一个三维空间结构；通常位于酶蛋白的两个结
构域或亚基之间的裂隙，或位于蛋白质表面的凹槽。
活性部位是多肽链折叠形成的一个特殊的空间结构，一些
6. 连接酶：催化两个底物的连接反应或称之交联反应。这类 反应通常需要输入能量，例如腺苷三磷酸ATP。连接酶也常 称之合成酶。
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4.2 比活是酶纯化程度的指标
酶活性也称为酶活力，是指酶催化指定化学反应的能力。 酶活力的大小用酶活性单位的多少来表示。 比活是指每毫克蛋白含有的酶单位数。
猪肾氨基酰化酶各个步骤纯化数据
3. 水解酶：催化水解反应。这是特殊的一类转移酶，水作为转 移的基团的受体。
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4. 裂合酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反应，或裂解， 生成一个双键。在裂解酶催化的可逆反应中，裂解酶催化一 个底物加到第二个底物的一个双键处。催化细胞内的加成反 应的裂解酶常命名为合成酶。
5. 异构酶：催化异构化反应。这类反应是最简单的酶促反应， 因为这些反应只有一个底物或一个产物。
4酶
4.1 酶可以按催化的反应类型分类 4.2 比活是酶纯化程度的指标 4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡 4.4 酶催化作用发生在活性部位 4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制 4.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程 4.7 可逆抑制剂通过非共价键与酶结合 4.8 不可逆抑制剂共价修饰酶 4.9 酶促反应的速度受pH的影响 4.10 丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征 4.11 调节酶一般都是寡聚体 4.12 某些酶具有组织或器官特异性
是6到7，所以它是一个在中性pH下用于质子转移的理想的基
团。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充当酸碱催
化剂，因为这些羧基解离的pKα.值近似为4。
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用B：表示一个碱，或一个质子受体，而用BH＋表示相应 的共轭酸，一个质子的供体。一个质子受体可以通过除去一个 质子切断C-H键形成一个负碳离子。
“ 山 ”顶处称为过渡态，因为具有过渡态能量的分子可
以转化为 S 或 P。从反应物化能用ΔG0 S→P，P→S的活化能 用ΔG0 P→S表示。而ΔG0 代表由S到P的整个标准自由能变化。 一个底物要转化为产物必须克服活化能障，升高反应温度可
以增加具有克服活化能障的底物分子数，但活化能并没有降
纯化步骤
粗提取液 丙酮分级 凝胶层析
级分体积 （ml）
1860
80
80
总蛋白 （mg）
6720
960
300
活力 （U） 13440
9600
8700
比活 （U/mg）
2
15
29
离子交换
22
90
4230
47
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4.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡
一个简单的单底物的酶促反应可用下式表示。 E＋S＝ES＝E＋P 可以用相应反应历程图表示。
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4.1 酶的命名和分类是根据酶催化的反应
将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类型：
1. 氧化还原酶：催化氧化－还原反应。其中的大多数酶称之脱 氢酶，但有些也称之氧化酶、过氧化酶、加氧酶或还原酶。
2. 转移酶：催化基团转移反应。其中许多转移酶需要辅酶。通 常底物分子的一部分与酶或辅酶共价结合，这类酶包括激酶。
在氨基酸序列相距很远的氨基酸残基经折叠会靠近，有的就是
活性部位的组成成分，直接参与酶的催化作用。
对活性部位没有直接贡献的其它部位是形成和稳定酶天然
结构所需要的。当然酶的其它功能还包括调节功能和指导酶正
确定向于细胞中的信号部分。
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4.5 存在着几种解释酶催化作用的机制
4.5.1 几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制
在活性部位，离子化的氨基酸残基侧链参与两类化学催
化，即酸碱催化和共价催化，是两种主要的化学催化模式。
在酸碱催化中，一个反应的加速是通过催化一个质子转
移完成的。酶利用在细胞接近中性pH条件下可以给出或接受
质子的氨基酸侧链，酶的活性部位可以提供一个相当于强酸
或强碱溶液的生物环境。
由于在大多数蛋白质中，组氨酸侧链咪唑基解离的pK值
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也可参与涉及碳的其它键的断裂，例如一个C-N键的 断裂，通过B：在中性溶液中除去水分子的一个质子后产 生的一个等价的OH－来完成。
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4.5.2 许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化进 行的