酶与生物催化剂PPT课件

单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
全酶 (holoenzyme)
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
*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。
糜蛋白酶的催化特点
A. 糜蛋白酶催化水解疏水性侧链氨基酸 （如芳香族氨基酸、亮基酸等）形成的 肽键。
B. 具有一个疏水性口袋，结合氨基酸残 基的疏水性侧链，决定其催化特异性。
C. 催化部位有Ser195、His57、Asp102组 成一个电子接力系统，起催化作用。
D. 催化作用包括亲核攻击和酸碱催化，并 形成不稳定的四面体过度态。
活性中心以外的Leabharlann Baidu必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
第一节 酶的催化机制
1. 一般酸碱催化 ➢ 酶分子的某些功能基团起酸或碱催化作
用，即供质子（酸）或接纳质子（碱）， 从而促进作用物发生过度态的转变，加 速反应过程。
➢ 一般酸碱催化作用通过酶催化中心的功 能基团形成酸性或碱性环境，影响底物 的解离状态而起作用，与无机酸碱的催 化原理一样。
➢ 不含金属离子，但需要金属离子激活的 酶称为金属激活酶。如柠檬酸合成酶 （需钾）和精氨酸酶（需锰）等。
常见的几种金属酶
金属酶
所含金属
羧肽酶A
Zn
醇脱氢酶
Zn
铁氧还蛋白
Fe
顺乌头酸酶
Fe
赖氨酰氧化酶
Cu
丁酰CoA脱氢酶 Cu
脲酶
Ni
酸碱催化作用
结合
过度状态
生成产物
2. 亲核或亲电催化
➢ 酶分子的功能基团或辅基呈正或负解离 状态，从而起亲电攻击（正解离）或亲 核击（负解离）作用。
➢ 金属离子、辅基或辅酶可呈不同的解离 状态，直接参与催化作用。
羧基肽酶A的催化作用
活
特异
性 区
性识 别区
肽链
C-端识别
3. 临近效应及定向排列 ➢ 酶对作用物的亲和力导致作用物浓集到
其它基团。
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。
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。
酶分子的表面上，从而提高了局部的反 应浓度。
➢ 作用物与酶的结合具有定向作用，有利 于作用物被催化攻击，提高反应效率。
作用物与 酶的结合
1）临近效应
胰凝乳蛋白酶的一级结构和空间结构
2）定向作用
4. 诱导契合作用
➢ 酶与作用物的接触，导致结构的相互变 形、相互适应的变化。例如酶分子的构 象在作用物的诱导下发生改变，从而有 利于酶与作用物的结合和促进作用物过 度状态的形成。
➢ 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。
➢ 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
诱导契合作用
5、综合效应
➢ 酶的催化作用常常包括几种催化机制。 例如溶菌酶、糜蛋白酶的催化作用，包 括一般酸碱催化、定向作用、亲核攻击 等作用。
1）溶菌酶：由129个氨基酸残基组成，通 过水解细菌壁多糖的b-糖苷键而达到杀 菌作用。
溶菌酶的催化反应
溶菌酶与多糖的结合
溶菌酶的一般酸碱催化机制
D. 溶菌酶的水解点位于6糖环结构的第4与 第5位之间的NAM-NAG b-糖苷键。
E. 溶菌酶作用的最佳pH为5，此时各功能 基团处于最佳的不同解离状态。
裂解位点
NAG—NAM—NAG—NAM—NAG—NAM
2）糜蛋白酶：糜蛋白酶原（含245个氨基 酸残基）由胰腺分泌，受胰蛋白酶激活， 在小肠催化蛋白质水解。
糜
蛋
白
酶
肽键
的
催
化
电子接力
机
制
亲核攻击
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
第二节 金属在酶催化中的作用
1. 金属酶与金属激活酶 ➢ 由金属离子作为辅基或辅酶与酶蛋白组
成的酶称为金属酶（Metalloenzyme）。 如碳酸酐酶（含锌）和淀粉酶（含钙） 等。
化活性，提出 “核酶ribozyme ” 的概念。
酶的生物学意义
酶在机体中十分温和条件下的高效率催化作 用，使得生物体内的物质代谢有条不紊地进行， 并在多种因素的影响下对代谢发挥着巧妙的调 节作用(实验室中复杂有机物的合成与分解必 须在高温、强酸或强碱等剧烈条件下才能进 行)。
一、 酶的分子组成
酶与生物催化剂
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。
➢ 1878年，Kuhne首次提出 Enzyme 一词。
➢ 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rRNA前体也具有酶的催
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
常见基团：His残基的咪唑基、Ser残基的羟基、Cys残基 的巯基及Glu残基的-羧基。
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。
溶菌酶的催化特点
A. 溶菌酶只能水解NAM-NAG（N-乙酰基 粘质酸-乙酰氨基葡萄糖）糖苷键，但 不能水解NAG-NAM糖苷键。
B. 溶菌酶的结合部位正好结合六个糖环结 构，两者形成多点的次级键结合。
C. 多糖与溶菌酶结合时发生诱导契合，水 解点的糖环结构由稳定的椅式变成不稳 定的船式（过度状态）。