酶以及酶促反应详解

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酶与一般催化剂的共同点

在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应；


只能加速可逆反应的进程，而不改变
反应的平衡点。
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一、 酶促反应的特点
（一）酶促反应具有极高的效率

通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂 高107～1013倍。
Fra Baidu bibliotek

不需要较高的反应温度。
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二、酶的活性中心
必需基团(essential group) 1.指酶分子中一些与酶活性 密切相关的化学基团。 2.常见的有咪唑基（His) 、 -OH（Ser) 、 -SH（Cys)、 γ-COOH（Glu)等。
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酶的活性中心(active center) 或称活性部位(active site)，指必需基团 在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间 结构的区域，能与底物特异结合并将底物转 化为产物。通常位于酶分子表面的凹穴（裂
* Glu35 和 Asp52 是催化基团；
* Trp62 和 63 、 Asp101 和 Trp108 是结合基团； * A~F 为 底 物 多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。
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三、 同工酶
•
定义
1.同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反
应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至

1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现 了发酵。
1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。

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片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
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*各部分在催化反应中的作用
酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质

金属酶(metalloenzyme) 金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢 失。 金属激活酶(metal-activated enzyme)
金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合
不甚紧密。
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金属离子的作用 稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 小分子有机化合物的作用 在反应中起运载体的作用，传递电子、 质子或其它基团。
免疫学性质不同的一组酶。
2.国际生化学会建议:同工酶是由不同基因
或等位基因编码的多肽链, 或由同一基因
转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链 组成的蛋白质。
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* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5)

催化的反应 :
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H H H H LDH1 (H4)
H H H M LDH2 (H3M)
H H M M LDH3 (H2M2)
全酶 (holoenzyme) 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。 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。



多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶 (tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程 中由于基因的融合，多种不同催化功能存在 于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。
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一、 酶的分子组成
单纯酶 结合酶
(simple enzyme) (conjugated enzyme) 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
第 三 章
酶
Enzyme
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酶的概念

目前将生物催化剂分为两类
酶 、 核酶（脱氧核酶）
酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物 具有高效催化作用的蛋白质。

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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。
一百余年前， Pasteur 认为发酵是酵母细胞生命活动的 结果。
1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。
酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能 (activation energy) 。
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活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
能 量 非催化反应活化能
一般催化剂催 化反应的活化能 酶促反应 活化能
底物 反应总能量改变 产物 反 应 过 程
酶促反应活化能的改变
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绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特 定结构的底物，进行一种专一的反应， 生成一 种特定结构的产物 。 相对特异性(relative specificity)：作用于一类化 合物或一种化学键。 立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体 异构体中的一种。
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第一节 酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
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酶的不同形式

单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结 构的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或 不同亚基以非共价键连接组成的酶。 多酶体系(multienzyme system)：由几种不同 功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
心肌梗死酶谱
正常酶谱
肝病酶谱
1
2
3
4
5
心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
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本节要点
单体酶, 寡聚酶, 多功能酶, 串联酶 金属酶和金属激活酶 辅酶和辅基 什么是酶的活性中心，包括哪些必需基 团 同工酶的定义和生理以及医学意义

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第二节 酶促反应的特点与机理
The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction
H M M M LDH4 (HM3)
M M M M LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
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*生理及临床意义 (1)在代谢调节上起着重
要的作用； (2)用于解释发育过程中 阶段特有的代谢特征； (3)同工酶谱的改变有助 于对疾病的诊断； (4)同工酶可以作为遗传 标志，用于遗传分析研 究。
酶 活 性
隙）中。
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活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。
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催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
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溶菌酶的活性 中心