生物化学-酶主要内容
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13
第二节
酶促反应的特点与机理
The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction
医学ppt
14
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。
医学ppt
15
一、 酶促反应的特点
（一）酶促反应具有极高的效率
➢ 酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍， 比一般催化剂高107～1013倍。
➢ 酶加速反应的机理是降低反应的活化能 (activation energy)。
医学ppt
16
活化能： 底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
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。
医学ppt
10
溶菌酶的活性中心
医学ppt
11
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group)
与底物相结合
酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
医学ppt
6
酶的不同形式
• 单体酶(monomeric enzyme) • 寡聚酶(oligomeric enzyme) • 多酶体系(multienzyme system) • 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联
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。
医学ppt
9
二、酶的活性中心
必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，
一些与酶活性密切相关的基团。
医学ppt
19
绝对特异性
酶只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 。
如：
NH2
OC
+ H2O
NH2
尿素
脲酶
2NH3 + CO2
NH CH3
OC
+ H2O
NH2
甲基尿素
脲酶
医学ppt
20
相对特异性
酶作用于一类化合物或一种化学键。 如：
蔗糖
1
CH 2OH
H
OH
CH
2
OH O
OH
A BC
A BC
医学ppt
22
（三）酶促反应的可调节性
➢ 对酶生成与降解量的调节 ➢ 酶催化效力的调节 ➢ 通过改变底物浓度对酶进行调节等
医学ppt
23
二、酶促反应的机理
（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说
酶底物复合物
E + S ES E + P
*诱导契合假说(induced-fit hypothesis)
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
酶促反应 活化能
反应总能量改变
产物
反应过程
酶促反应活化能的改变
医学ppt
17
过氧化氢分解反应所需活化能
催化剂 无
胶态钯 过氧化氢酶
每摩尔需活化能
18 000cal
11 700cal
2 000cal
医学ppt
18
（二）酶促反应具有高度的特异性
* 酶的特异性(specificity)
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、 相互变形和相互适应，进而相互结合。
医学ppt
24
锁－钥学说
医学ppt
25
诱导契合假说
医学ppt
26
（二）酶促反应的机制 1. 邻近效应与定向排列 2. 多元催化 3. 表面效应(surface effect)
第三章
酶
Enzyme
The biochemistry and molecular
biology department of CMU
医学ppt
1
生物催化剂(biocatalyst)
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。
核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作用 的核酸，主要参与RNA的剪接。
H
H OH
H1
H
OH
OH
O
CH 2OH
H OH
OH H
CH 2OH
OH H OH
H
H
OH H1
OH
棉子糖
O 源自文库H 2
HH OH
OH
蔗糖酶
1
OH
CH 2OHO
H1
H
O
H OH
CH 2OH
H 医学OpHpt
OH H
21
立体结构特异性
酶仅作用于立体异构体中的一种。
H
H
C
OH
H3C
COOH
C
COOH
H3C
医学ppt
2
几个有关名词
• 底物(substrate, S)：酶作用的物质。 • 产物(product, P)：反应生成的物质。 • 酶促反应：酶催化的反应。 • 酶活性：酶催化化学反应的能力。
转 氨 酶
A la + α - 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸 + G lu
医学ppt
3
一、酶的命名
1. 习惯命名法——推荐名称 2. 系统命名法——系统名称
一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定 的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产 物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性。
• 绝对特异性(absolute specificity) • 相对特异性(relative specificity) • 立体结构特异性(stereo specificity)
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4
二、酶的分类
1.氧化还原酶类(oxidoreductases)
2.转移酶类 (transferases )
3.水解酶类 (hydrolases)
4.裂解酶类 (lyases)
5.异构酶类( isomerases)
6.合成酶类 (ligases, synthetases)
医学ppt
5
第一节
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
➢活性中心外的必需基团 维持酶活性中心应有的空间构象所必需。
➢构成酶活性中心的常见基团：
His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、
Glu的γ-COOH。
医学ppt
12
活性中心以外 的必需基团
结合基团
医学ppt
底物
催化基团
活性中心
酶(tandem enzyme)
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7
一、 酶的分子组成
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
酶蛋白 (apoenzyme)
全酶
决定反应的特异性
(holoenzyme)
辅助因子(cofactor)
决定反应的种类与性质
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8
辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为
第二节
酶促反应的特点与机理
The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction
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14
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
➢ 酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍， 比一般催化剂高107～1013倍。
➢ 酶加速反应的机理是降低反应的活化能 (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。
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。
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10
溶菌酶的活性中心
医学ppt
11
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group)
与底物相结合
酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
医学ppt
6
酶的不同形式
• 单体酶(monomeric enzyme) • 寡聚酶(oligomeric enzyme) • 多酶体系(multienzyme system) • 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联
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。
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二、酶的活性中心
必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，
一些与酶活性密切相关的基团。
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绝对特异性
酶只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 。
如：
NH2
OC
+ H2O
NH2
尿素
脲酶
2NH3 + CO2
NH CH3
OC
+ H2O
NH2
甲基尿素
脲酶
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相对特异性
酶作用于一类化合物或一种化学键。 如：
蔗糖
1
CH 2OH
H
OH
CH
2
OH O
OH
A BC
A BC
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（三）酶促反应的可调节性
➢ 对酶生成与降解量的调节 ➢ 酶催化效力的调节 ➢ 通过改变底物浓度对酶进行调节等
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二、酶促反应的机理
（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说
酶底物复合物
E + S ES E + P
*诱导契合假说(induced-fit hypothesis)
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
酶促反应 活化能
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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过氧化氢分解反应所需活化能
催化剂 无
胶态钯 过氧化氢酶
每摩尔需活化能
18 000cal
11 700cal
2 000cal
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（二）酶促反应具有高度的特异性
* 酶的特异性(specificity)
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、 相互变形和相互适应，进而相互结合。
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锁－钥学说
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25
诱导契合假说
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（二）酶促反应的机制 1. 邻近效应与定向排列 2. 多元催化 3. 表面效应(surface effect)
第三章
酶
Enzyme
The biochemistry and molecular
biology department of CMU
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1
生物催化剂(biocatalyst)
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。
核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作用 的核酸，主要参与RNA的剪接。
H
H OH
H1
H
OH
OH
O
CH 2OH
H OH
OH H
CH 2OH
OH H OH
H
H
OH H1
OH
棉子糖
O 源自文库H 2
HH OH
OH
蔗糖酶
1
OH
CH 2OHO
H1
H
O
H OH
CH 2OH
H 医学OpHpt
OH H
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立体结构特异性
酶仅作用于立体异构体中的一种。
H
H
C
OH
H3C
COOH
C
COOH
H3C
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几个有关名词
• 底物(substrate, S)：酶作用的物质。 • 产物(product, P)：反应生成的物质。 • 酶促反应：酶催化的反应。 • 酶活性：酶催化化学反应的能力。
转 氨 酶
A la + α - 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸 + G lu
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一、酶的命名
1. 习惯命名法——推荐名称 2. 系统命名法——系统名称
一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定 的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产 物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性。
• 绝对特异性(absolute specificity) • 相对特异性(relative specificity) • 立体结构特异性(stereo specificity)
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4
二、酶的分类
1.氧化还原酶类(oxidoreductases)
2.转移酶类 (transferases )
3.水解酶类 (hydrolases)
4.裂解酶类 (lyases)
5.异构酶类( isomerases)
6.合成酶类 (ligases, synthetases)
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5
第一节
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
➢活性中心外的必需基团 维持酶活性中心应有的空间构象所必需。
➢构成酶活性中心的常见基团：
His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、
Glu的γ-COOH。
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12
活性中心以外 的必需基团
结合基团
医学ppt
底物
催化基团
活性中心
酶(tandem enzyme)
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一、 酶的分子组成
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
酶蛋白 (apoenzyme)
全酶
决定反应的特异性
(holoenzyme)
辅助因子(cofactor)
决定反应的种类与性质
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辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为