酶与催化反应PPT课件

段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
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第一节
酶和酶促反应
Enzymes and Enzymatic Reactions
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一、化学反应具有热力学和动力学特性
（一）热力学性质涉及反应平衡和能量平衡
1．反应平衡可用平衡常数来描述
反应平衡（reaction equilibrium） 任何一个化学反应在正向反应与逆向反应
有些酶其分子结构仅由氨基酸残基组成， 没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。
如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和 核糖核酸酶等。
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（二）结合酶既含有氨基酸组分又含有非氨 基酸组分
结合酶Baidu Nhomakorabeaconjugated enzyme）是除了在其组 成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有 非蛋白质部分
Keq越小则逆反应的程度越大。 Keq是化学反应可能进行的最大限度的
量度。
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2．自由能的变化是化学反应的动力 自由能（free energy） 自由能是能够用于做功的能量。
在生物系统中，生物分子在等温、等压条 件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能
变（ G）来量度。
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自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反 应的方向。
由多个相同或不同的亚基组成的酶。
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多酶复合物（multienzyme complex）， 或称多酶体系（multienzyme system） 由催化不同化学反应的多种酶聚合组成 如：丙酮酸脱氢酶复合物
多功能酶（multifunctional enzyme） 或称串联酶（tandem enzyme） 多种催化功能融合于一条多肽链的酶 如：哺乳动物脂肪酸合成酶
• 1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。
• 1913年，Leonor Michaelis和Maud Menten推导出酶反应的动力学方程 式。
• 1926~1930年，James Sumner和John H. Northrop分别将脲酶和胃蛋白 酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。
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• 一级反应（first-order reaction）:单底物反应
V仅依赖于一个底物浓度[S]； V = k [S]
• 二级反应（second-order reaction） ：双底 物反应
V依赖于两个底物浓度和反应速率常数 V = k [S1][S2]
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二、酶的化学本质是蛋白质
（一）单纯酶仅含有氨基酸组分
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三、按酶所催化反应的类型将酶分为六大类
氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶 转移酶类：催化分子间基团转移或交换的酶 水解酶类：催化底物发生水解反应的酶 裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双 键的反应或其逆反应的酶 异构酶类：催化同分异构体相互转化的酶类 合成酶类：催化两种底物形成一种产物同时偶 联有高能键的水解释能的酶
辅基 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。
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一些化学稳定的小分子有机化合物是重 要的辅酶或辅基。
辅酶在反应过程中可与多种酶蛋白结合， 作为底物在不同的酶之间传递电子、质子或化 学基团。
辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。
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金属离子是常见的辅助因子,大概2/3的 酶含金属离子。
• 1941年，George Beadle和Edward Tatum的“一个基因一个酶”假说首 次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。
• 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme) 的概念。
• 1995年，Jack W. Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片
速率相等时，反应便不再有新的产物生成,这时 的化学反应称为反应平衡。
平衡常数（equilibrium constant, Keq） 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反
应产物浓度成积与剩余底物浓度成积之比。
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一定的温度下，Keq与反应的初始浓度无关，
它反映化学反应的本性。 Keq越大则反应越倾向于产物的生成；
决定反应的特异性（底物）及其催化机制
全酶 (holoenzyme)
决定反应的性 质和反应类型
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物
金属离子
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辅助因子分类 （按其与酶蛋白结合的紧密程度）
辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。
第七章
酶与催化反应
ENZYMES AND CATALYTIC REACTIONS
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酶学研究简史
• 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。
• 1833年，Anselme Payen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。
• 1878年，Wilhelm Kühne首次提出enzyme一词。
• 1894年，Emil Fischer证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。
金属酶(metalloenzyme)：两者结合 紧密,提取过程中不易丢失的叫金属酶。
金属激活酶(metal-activated enzyme)：两者结合不紧密的叫金属激 活酶，金属离子为酶的活性所必需，却 不与酶直接结合，而是通过底物相连接
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金属离子的作用
1. 稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需 的分子构象；
2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心 的组成成分，参与构成酶的活性中心；
3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶 蛋白螯合起来。
4.中和阴离子，降低反应中的静电斥力。
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（三）单体酶和寡聚酶
单体酶（monomeric enzyme） 由一条多肽链组成，只具有三级结构的酶。
如核糖核酸酶、一些肠道蛋白水解酶、溶菌酶。 寡聚酶（oligomeric enzyme）
G< 0 反应为释能反应（exergonic reaction）可以自发进行
G> 0 反应为吸能反应（endergonic reaction）不能自发进行
G= 0 反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态
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（二）动力学性质是对反应速率的描述
动力学是研究化学反应速率及其影 响因素的科学。
反应速率是单位体积内反应进度随时 间的变化率,任何反应速率均由底物浓度和 速率常数（rate constant, k）所决定。