酶学基础知识
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
游离酶存在的一些问题
1）酶的稳定性较差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶、Taq酶 等；和胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外，大多数的酶在高 温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失 活。
诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，
底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化， 这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之 与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。
诱导契合学说:该学说认为酶表面并没有一种与底
物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成 了互补形状.
酶分子的固定化技术
4.酶的催化活性可调节控制
如抑制剂调节、共价修饰调节、反 馈调节、酶原激活及激素控制等。
某些酶催化活力与辅酶、辅基及 金属离子有关。
5.酶容易变性与失活 6.酶提取难、价格贵
酶结构与功能的关系
酶的化学本质是蛋白质，同 样具有一、二、三级结构，有 些酶还具有四级结构。作为生 物催化剂，酶的结构又有一些 特点。
物体内作用，因此酶的作用又有特性。
一 酶和一般催化剂的共性
1.用量少而催化效率高； 2.它能够改变化学反应的速度，但是不能
改变化学反应平衡。 3.只能催化热力学允许的反应，在反应前
后不发生改变。
二 酶催化作用特性
1．高效性 2．专一性 3．反应条件温和 4. 酶的催化活性可调节控制
辅助因子
通常是对热稳定 的金属离子或有 机小分子
辅基(结合紧密) 辅酶(结合疏松)
酶的分类
根据酶所催化的反应类型，按照国际系统 分类方法，将酶分为六大类：
1 氧化-还原酶 Oxidoreductase
氧化-还原酶催化氧化-还原反应。
主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶 (Oxidase)。
AB
A+B
5 异构酶 Isomerase
异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即 底物分子内基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
CH2OH O OH
OH OH
OH
CH2OH
CH2OH
O OH
OH OH
A
B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
6 合成酶 Ligase or Synthetase
二 酶催化作用特性
1．高效性
酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012倍。 例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2 用Fe3+ 催化，效率为6*10-4 mol/mol.S，而用过
氧化氢酶催化，效率为6*106 mol/mol.S。 用-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条
酶的专一性 Specificity又称为特异性，是 指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根 据专一性的不同又可分为：
（1) 绝对专一性 （2）相对专一性 （3）立体异构专一性
3．反应条件温和
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反 应温度范围为20-40C。
高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起 酶的失活。
酶学基础知识
酶是生物催化剂
酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分 子，所以又称为生物催化剂(biocatalysts）
绝大多数的酶都是蛋白质。
酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（Enzymatic reaction）。
在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物 （substrate）。
酶的分类
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH
NH2
O
CH3CCOOH HOOCCH2CH2CHCOOH
O
NH2
❖A·X + B
A +B·X
3 水解酶 hydrolase
水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：
一 活性部位：酶分子中直接与底物结合，
并催化底物发 生 反应的部位。酶活性中心 包括两个部位。
酶 结合中心：酶与底物结合的部位，
活
决定酶的专一性
性
中
心
催化中心：催化底物发生反应的部位，
决定酶的催化效率、反映性质。
锁 钥 学说
锁钥学说：
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结 构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物 的结合如同一把钥匙对一把锁一样
酶的分类 （一）根据酶的化学组成可将酶分为： 1 单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分 2 结合蛋白酶类（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）
和非蛋白成分（辅助因子）
酶的化学组成
单纯酶：完全由蛋白质组成,大多分泌到胞 外,作为胞外酶,具有催化水解作用.
酶 如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶等。
结合酶
酶蛋白质
Байду номын сангаас
R COOCH2CH3 H2O RCOOH CH3CH2OH
AB + H2O
AOH + BH
4 裂合酶 Lyase
裂合酶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。
主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。
例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O
HOOCCH2CHCOOH OH
合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、 C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与 ATP分解反应相互偶联。
A + B + ATP + H-O-H ===A B + ADP +Pi
例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
酶催化作用的特性
酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者 有共性；但酶的化学本质是蛋白质，又在生
件下可催化2吨淀粉水解。
E S k1 ES k2 P E k 1
酶（E）与底物（S） 结合生成不稳定的中间 物（ES），再分解成产 物（P）并释放出酶，使 反应沿一个低活化能的 途径进行，降低反应所 需活化能，所以能加快 反应速度。
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
2．专一性
如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+ OH
AH2 + B（O2）
CH3CCOOH NADH H+ O
A + BH2（H2O2，H2O）
2 转移酶 Transferase
转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基 团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
1）酶的稳定性较差：除了某些耐高温的酶，如α-淀粉酶、Taq酶 等；和胃蛋白酶等可以耐受较低的pH条件以外，大多数的酶在高 温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失 活。
诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，
底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化， 这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之 与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行。
诱导契合学说:该学说认为酶表面并没有一种与底
物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成 了互补形状.
酶分子的固定化技术
4.酶的催化活性可调节控制
如抑制剂调节、共价修饰调节、反 馈调节、酶原激活及激素控制等。
某些酶催化活力与辅酶、辅基及 金属离子有关。
5.酶容易变性与失活 6.酶提取难、价格贵
酶结构与功能的关系
酶的化学本质是蛋白质，同 样具有一、二、三级结构，有 些酶还具有四级结构。作为生 物催化剂，酶的结构又有一些 特点。
物体内作用，因此酶的作用又有特性。
一 酶和一般催化剂的共性
1.用量少而催化效率高； 2.它能够改变化学反应的速度，但是不能
改变化学反应平衡。 3.只能催化热力学允许的反应，在反应前
后不发生改变。
二 酶催化作用特性
1．高效性 2．专一性 3．反应条件温和 4. 酶的催化活性可调节控制
辅助因子
通常是对热稳定 的金属离子或有 机小分子
辅基(结合紧密) 辅酶(结合疏松)
酶的分类
根据酶所催化的反应类型，按照国际系统 分类方法，将酶分为六大类：
1 氧化-还原酶 Oxidoreductase
氧化-还原酶催化氧化-还原反应。
主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶 (Oxidase)。
AB
A+B
5 异构酶 Isomerase
异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即 底物分子内基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
CH2OH O OH
OH OH
OH
CH2OH
CH2OH
O OH
OH OH
A
B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
6 合成酶 Ligase or Synthetase
二 酶催化作用特性
1．高效性
酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012倍。 例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2 用Fe3+ 催化，效率为6*10-4 mol/mol.S，而用过
氧化氢酶催化，效率为6*106 mol/mol.S。 用-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条
酶的专一性 Specificity又称为特异性，是 指酶在催化生化反应时对底物的选择性。根 据专一性的不同又可分为：
（1) 绝对专一性 （2）相对专一性 （3）立体异构专一性
3．反应条件温和
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反 应温度范围为20-40C。
高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起 酶的失活。
酶学基础知识
酶是生物催化剂
酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分 子，所以又称为生物催化剂(biocatalysts）
绝大多数的酶都是蛋白质。
酶催化的生物化学反应，称为酶促反应（Enzymatic reaction）。
在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物 （substrate）。
酶的分类
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH
NH2
O
CH3CCOOH HOOCCH2CH2CHCOOH
O
NH2
❖A·X + B
A +B·X
3 水解酶 hydrolase
水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：
一 活性部位：酶分子中直接与底物结合，
并催化底物发 生 反应的部位。酶活性中心 包括两个部位。
酶 结合中心：酶与底物结合的部位，
活
决定酶的专一性
性
中
心
催化中心：催化底物发生反应的部位，
决定酶的催化效率、反映性质。
锁 钥 学说
锁钥学说：
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结 构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物 的结合如同一把钥匙对一把锁一样
酶的分类 （一）根据酶的化学组成可将酶分为： 1 单纯蛋白酶类：只含有蛋白质成分 2 结合蛋白酶类（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）
和非蛋白成分（辅助因子）
酶的化学组成
单纯酶：完全由蛋白质组成,大多分泌到胞 外,作为胞外酶,具有催化水解作用.
酶 如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶等。
结合酶
酶蛋白质
Байду номын сангаас
R COOCH2CH3 H2O RCOOH CH3CH2OH
AB + H2O
AOH + BH
4 裂合酶 Lyase
裂合酶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。
主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。
例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O
HOOCCH2CHCOOH OH
合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、 C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与 ATP分解反应相互偶联。
A + B + ATP + H-O-H ===A B + ADP +Pi
例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
酶催化作用的特性
酶是生物催化剂，与无机催化剂相比，二者 有共性；但酶的化学本质是蛋白质，又在生
件下可催化2吨淀粉水解。
E S k1 ES k2 P E k 1
酶（E）与底物（S） 结合生成不稳定的中间 物（ES），再分解成产 物（P）并释放出酶，使 反应沿一个低活化能的 途径进行，降低反应所 需活化能，所以能加快 反应速度。
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
2．专一性
如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+ OH
AH2 + B（O2）
CH3CCOOH NADH H+ O
A + BH2（H2O2，H2O）
2 转移酶 Transferase
转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基 团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。