《生物化学》课件-酶学
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叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site） ，参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团 为酶分子的必需基团。 实例；胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）
羧肽酶（ribonuclease）
2、酶的活性的研究 •酶活的专一性研究 •酶分子的化学修饰：差示标记法，亲和标记法 • X-射线衍射法
第三章 酶学
主要内容：介绍酶的概念、作用特点
和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化
功能以及酶专一性及高效催化的策略，进
而讨论影响酶作用的主要因素。对酶工程
和酶的应用作一般介绍。
思考
目录
第一节 酶的概念及作用特点 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶催化作用的结构基础和
高效催化的策略 第四节 酶促反应的动力学 第五节 重要的酶类及酶活性的调控 第六节 酶工程简介
AsP52
（极性区）
Glu35
（非极性区）
溶菌酶活性中心与底物结合示意图
溶菌酶底物D环变形模型
非极性区
（广义酸碱催化）
溶菌酶催化反应机理
HO - E环
H2O
H
C1+
极性区
羧肽酶活性中心Zn2+的中心作用
羧肽酶活性中心必需基团与 底物间的结合
羧
肽
酶
结
Zn
合
底
物
前
后
构
象
Zn
变
化
145
羧肽酶活性中心的共价催化机理
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
二、酶的活性中心
1、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，或和酶催化作用有关的区域
诱导契合学说(induced-fit hypothesis)：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。
酶专一性的“锁钥学说”
酶专一性的“诱导契合学说”
四、酶高效催化的策略
对其立体异构也有一定的要求
类别：旋光异构专一性和几何异构专一性
绝对专一性和相对专一性
绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格， 只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。
相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述 绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种 化学键。
1） 键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。
根据酶与底物特异结合的性质，设计或合成一 种含有反应基团的底物类似物作为活性部位基团的 标记试剂。这种试剂象底物一样进入活性部位，接 近结合位点，并以其活泼的化学基团与活性部位的 某一基团共价结合，而指示出酶活性部位的特征。
X-Y +
三、酶作用专一性机理
锁钥学说(lock and key thoery)：将酶的活性中心 比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入 到酶的活性中心。
酶类，5.异构酶类，6.合成酶类
柠檬酸合成酶 醛缩酶
* 每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶
EC 1. 大类
1. 亚类
1. 亚亚类
27 序号
第三节 酶催化作用的结构基础和 高效催化的策略
一、 酶催化的中间产物理论 二、 酶的活性中心
三、 酶作用专一性机理
四、 酶高效催化有关的策略
酶催化的中间产物理论
145
羧肽酶活性中心的共价催化机理
RNase-底物复合物
RNase活性中心的酸硷催化机理
据酶蛋白 特征分类
单纯蛋白质酶类
酶蛋白质
结合蛋白质酶类
金属离子
辅助因子 金属有机物 小分子有机物
单体酶
寡聚酶
多酶复合体
第二节 酶的命名和分类（略讲）
一、 命名：习惯命名；系统命名 二、 国际系统分类法及编号
*国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶
分成六大类：1.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合
变
化
A.非差 示标记
差 示 B. 差示 标 标记 记 法 图 解
R
(底物)
R R
R R
R
R
R*
R*
溶菌酶催化的反应 NAG:N-乙酰氨基葡萄糖 NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸
破坏细胞壁肽 聚糖中的N-乙酰 胞壁酸和N-乙酰 氨基葡糖之间的 β-1,4糖苷键
FE D C B
A
酶切位点
溶菌酶-底物复合物
第一节 酶的概念及作用特点
一 、酶及生物催化剂概念的发展
二、 酶作用的特点
• 极高的催化效率 • 高度的专一性 • 易失活 • 活性可调控 • 有些酶需辅助因子
三、 酶的化学本质 四、 酶专一性类型
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
……
酶专一性类型
1 结构专一性 概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化
学结构的特殊要求和选择 类别：绝对专一性和相对专一性
2 立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，
胰
凝
乳
Ser
蛋
白
酶
的
活
性
中 His
Asp
心来自百度文库
活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
A.非差 示标记
差 示 B. 差示 标 标记 记 法 图 解
R
(底物)
R R
R R
R
R
R*
R*
亲和标记法
2）基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键 以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一
个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香）
（硷性）
羧羧肽肽酶酶
（丙）
胃蛋白酶
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
消化道蛋白酶作用的专一性
酶的化学本质及类别
据酶分子 组成分类
1、 邻近与定向效应
2、 张力与底物扭曲变形
3、 共价催化
4、 酸硷催化
5、微环境影响 实例: lysozyme chymotrypsin carboxypeptidase RNase
酶分子中可作为亲核基团和酸硷催化的功能基团
羧
肽
酶
Glu270
结
Zn
合
Tyr248
底
物
Arg145
前
后
构
象
Zn
底物
羧肽酶（ribonuclease）
2、酶的活性的研究 •酶活的专一性研究 •酶分子的化学修饰：差示标记法，亲和标记法 • X-射线衍射法
第三章 酶学
主要内容：介绍酶的概念、作用特点
和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化
功能以及酶专一性及高效催化的策略，进
而讨论影响酶作用的主要因素。对酶工程
和酶的应用作一般介绍。
思考
目录
第一节 酶的概念及作用特点 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶催化作用的结构基础和
高效催化的策略 第四节 酶促反应的动力学 第五节 重要的酶类及酶活性的调控 第六节 酶工程简介
AsP52
（极性区）
Glu35
（非极性区）
溶菌酶活性中心与底物结合示意图
溶菌酶底物D环变形模型
非极性区
（广义酸碱催化）
溶菌酶催化反应机理
HO - E环
H2O
H
C1+
极性区
羧肽酶活性中心Zn2+的中心作用
羧肽酶活性中心必需基团与 底物间的结合
羧
肽
酶
结
Zn
合
底
物
前
后
构
象
Zn
变
化
145
羧肽酶活性中心的共价催化机理
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
二、酶的活性中心
1、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，或和酶催化作用有关的区域
诱导契合学说(induced-fit hypothesis)：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。
酶专一性的“锁钥学说”
酶专一性的“诱导契合学说”
四、酶高效催化的策略
对其立体异构也有一定的要求
类别：旋光异构专一性和几何异构专一性
绝对专一性和相对专一性
绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常严格， 只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。
相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比上述 绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种 化学键。
1） 键专一性 有的酶只作用于一定的键，而对键 两端的基团并无严格要求。
根据酶与底物特异结合的性质，设计或合成一 种含有反应基团的底物类似物作为活性部位基团的 标记试剂。这种试剂象底物一样进入活性部位，接 近结合位点，并以其活泼的化学基团与活性部位的 某一基团共价结合，而指示出酶活性部位的特征。
X-Y +
三、酶作用专一性机理
锁钥学说(lock and key thoery)：将酶的活性中心 比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入 到酶的活性中心。
酶类，5.异构酶类，6.合成酶类
柠檬酸合成酶 醛缩酶
* 每一种酶有一个编号,如乙醇脱氢酶
EC 1. 大类
1. 亚类
1. 亚亚类
27 序号
第三节 酶催化作用的结构基础和 高效催化的策略
一、 酶催化的中间产物理论 二、 酶的活性中心
三、 酶作用专一性机理
四、 酶高效催化有关的策略
酶催化的中间产物理论
145
羧肽酶活性中心的共价催化机理
RNase-底物复合物
RNase活性中心的酸硷催化机理
据酶蛋白 特征分类
单纯蛋白质酶类
酶蛋白质
结合蛋白质酶类
金属离子
辅助因子 金属有机物 小分子有机物
单体酶
寡聚酶
多酶复合体
第二节 酶的命名和分类（略讲）
一、 命名：习惯命名；系统命名 二、 国际系统分类法及编号
*国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶
分成六大类：1.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合
变
化
A.非差 示标记
差 示 B. 差示 标 标记 记 法 图 解
R
(底物)
R R
R R
R
R
R*
R*
溶菌酶催化的反应 NAG:N-乙酰氨基葡萄糖 NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸
破坏细胞壁肽 聚糖中的N-乙酰 胞壁酸和N-乙酰 氨基葡糖之间的 β-1,4糖苷键
FE D C B
A
酶切位点
溶菌酶-底物复合物
第一节 酶的概念及作用特点
一 、酶及生物催化剂概念的发展
二、 酶作用的特点
• 极高的催化效率 • 高度的专一性 • 易失活 • 活性可调控 • 有些酶需辅助因子
三、 酶的化学本质 四、 酶专一性类型
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
……
酶专一性类型
1 结构专一性 概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化
学结构的特殊要求和选择 类别：绝对专一性和相对专一性
2 立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，
胰
凝
乳
Ser
蛋
白
酶
的
活
性
中 His
Asp
心来自百度文库
活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
A.非差 示标记
差 示 B. 差示 标 标记 记 法 图 解
R
(底物)
R R
R R
R
R
R*
R*
亲和标记法
2）基团专一性 另一些酶，除要求作用于一定的键 以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一
个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香）
（硷性）
羧羧肽肽酶酶
（丙）
胃蛋白酶
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
消化道蛋白酶作用的专一性
酶的化学本质及类别
据酶分子 组成分类
1、 邻近与定向效应
2、 张力与底物扭曲变形
3、 共价催化
4、 酸硷催化
5、微环境影响 实例: lysozyme chymotrypsin carboxypeptidase RNase
酶分子中可作为亲核基团和酸硷催化的功能基团
羧
肽
酶
Glu270
结
Zn
合
Tyr248
底
物
Arg145
前
后
构
象
Zn
底物