最新[应用]2 酶学与酶工程 第二章 学生幻灯片课件

8
College of Life Sciences
4．蛋白质工程
这是研究酶必需基闭和活性中心的最先进方法，即将酶蛋白相应 的互补DNA(cDNA)定点突变，此突变的cDNA表达出只有一个或几 个氨基酸被置换的酶蛋白，再测定其活性，可以知道被置换的氨 基酸是否为活力所必需。
优点：
9
College of Life Sciences
11
College of Life Sciences
二、酶的结构和功能的关系
（一）酶的一级结构与催化功能的关系 酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。
12
College of Life Sciences
胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活
13
（二）酶的二级和三级结构与催化功能的关系
磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH）
23
College of Life Sciences
底物中典型的亲电中心为磷酰基、酰基和糖基
酶分子上未共 用电子对攻击 正电性原子
24
College of Life Sciences
4．金属离子催化 5．多元催化 6．微环境的影响
活性中心可避免水分子干扰
[应用]2 酶学与酶工程 第二 章 学生
第一节 酶的结构与功能
一、酶的活性中心 (active center，active site) （一）活性中心和必需基团 与酶活性显示有关的，具有结合和催化底物形成产物的空间区域 ，叫酶的活性中心，又叫活性部位。 活性中心可分为结合部位和催化部位。
结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反应的性质。
7
College of Life Sciences
3．差别标记
在过量底物或可逆抑制剂遮蔽活性中心的情况下， 加入共价修饰剂，使后者只修饰活性中心以外的有关 基团；然后去除底物或可逆抑制剂，暴露活性中心， 再用同位素标记的向一修饰剂作用于活性中心的同类 基团；将酶水解后分离带有同位素的氯基酸，即可确 定该氨基酸参与活性中心。
具有四级结构的酶，按其功能可分为两类，一类与催 化作用有关，另一类与代谢调节关系密切。
15
College of Life Sciences
三、酶催化作用的基本理论
（一）酶—底物复合物
1．酶－底物复合物存在的证据 1903年，Henri用蔗糖水解酶水解蔗糖提出的。
E+S= ES= P+ E （S：substrate， P: product）
酶的二级、三级结构是所有酶都必须具备的空间构型。维持酶的 活性部位所必须的酶蛋白的二级和三级结构彻底改变，就会使酶 遭受破坏而丧失其催化功能，这是蛋白质变性的依据。
1．酶的变性和失活 2．活性中心的挠性 3．酶分子的结构域
14
College of Life Sciences
（三）酶的四级结构与催化功能的关系
17
College of Life Sciences
（二）酶作用的专一性机制
1.锁钥学说（lock and key theory）
18
College of Life Sciences
2.诱导契合学说（induced-fit hypothesis）
19
College of Life Sciences
（三）酶作用的高效性机制
1. S与E的靠近效应和定向效应 proximity and orientation
靠近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团 需要互相靠近，才能反应。
20
College of Life Sciences
2. 酸碱催化(acid or base catalysis)
酸碱催化是通过瞬时地向反应物提供质子或从反应物接受质子以 稳定过渡态、加速反应的一类催化机制。由于E活性中心含有酸碱 基团,它们可以与S中的酸碱基团进行质子交换，加强了E与S的相互 作用，减弱了S分子内部的化学键，使S由稳态→不稳态
22
College of Life Sciences
3. 共价催化(covalent catalysis) 共价催化又称亲核催化（nucleophilic catalysis）
或亲电子催化（electrophilic catalysis） 亲核攻击集团： -OH，-SH，-N（咪唑基） 底物亲电中心：
在避开水分子的干扰后，分子间的离子键才容易
产生。
25
优点： 改变酶蛋白中任一氨基酸而不影响其他同类残基 改变疏水残基，使其转变成亲水或另一疏水残基 同时改变活性中心内外的几个氨基酸 个或多个氨基酸的缺乏或插入 改变酶蛋白的磷酸化位点或糖化位点 不致引起立体障碍
10
College of Life Sciences
(三) 组成活性中心的重要化学基团
丝氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨 酸和赖氨酸
在反应过程中，酶首先与底物形成酶-底物中间复合物（ES, enzyme-substrate intermediates）,再分解成酶（E）和产物（P）， 使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能。
16
College of ห้องสมุดไป่ตู้ife Sciences
2. 酶与底物形成复合物的作用力 1）离子键 2）氢键 3）范德华力
狭义酸碱催化：H＋和OH－
（specific acid-base catalysis）
广义酸碱催化：质子供体和质子受体
（general acid-base catalysis
21
College of Life Sciences
三、降低反应活化能的因素 Table Functional groups involved in general acid-base catalysis
2
College of Life Sciences
College of Life Sciences
College of Life Sciences
College of Life Sciences
College of Life Sciences
2．亲和标记
共价修饰剂是底物的类似物，可专一性地引入酶 的活性中心，并具有活泼的化学基团(如卤素)，可 与活性中心的基团形成稳定的共价键。因其作用机 制是利用酶对底物类似物的亲和性而将酶共价标记 的，故称为亲和标记。