酶和维生素.ppt
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1、酶和维生素现在学习的是第1页,共75页酶的概念酶的概念酶是由生物活细胞产生的具有高效催化功能酶是由生物活细胞产生的具有高效催化功能和高度专一性的有机生物大分子,又叫生物催和高度专一性的有机生物大分子,又叫生物催化剂。化剂。n n 绝大多数的酶都是绝大多数的酶都是蛋白质蛋白质。n n 少数是以核酸为主要结构的酶,又称少数是以核酸为主要结构的酶,又称核酶核酶。现在学习的是第2页,共75页酶学研究简史酶学研究简史n n公元前两千多年,我国已有酿酒记载。公元前两千多年,我国已有酿酒记载。公元前两千多年,我国已有酿酒记载。公元前两千多年,我国已有酿酒记载。n n一百余年前,一百余年前,一百余年前,一百余
2、年前,PasteurPasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。n n18771877年,年,年,年,KuhneKuhne首次提出首次提出首次提出首次提出EnzymeEnzyme一词。一词。一词。一词。n n18971897年,年,年,年,BuchnerBuchner兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。n n19261926年,年,年,年,SumnerSumner首次
3、从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。n n19821982年年年年,CechCech首首首首次次次次发发发发现现现现RNARNA也也也也具具具具有有有有酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化活活活活性性性性,提提提提出出出出核核核核酶酶酶酶(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。n n19951995年年年年,Jack Jack W.SzostakW.Szostak研研研研究究究究室室室室首首首首先先先先报报报报道道道道了了了了具具具具有有有有DNADNA连连连连接接接接酶酶酶酶活活活活性性性性D
4、NADNA片段,称为片段,称为片段,称为片段,称为脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。现在学习的是第3页,共75页n n 酶催化的生物化学反应,称为酶促反应。酶催化的生物化学反应,称为酶促反应。n n 被酶的催化的物质称为底物被酶的催化的物质称为底物被酶的催化的物质称为底物被酶的催化的物质称为底物(substrate(substrate,S)n n 反应的生成物为产物(反应的生成物为产物(反应的生成物为产物(反应的生成物为产物(product,P P)n n 关键酶(关键酶(key enzyme)或限速酶()或限速酶(rate-limi
5、ting enzyme)n n 酶所具有的催化能力称酶的活性酶所具有的催化能力称酶的活性酶所具有的催化能力称酶的活性酶所具有的催化能力称酶的活性n n 酶失去催化能力称酶的失活酶失去催化能力称酶的失活现在学习的是第4页,共75页第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme 现在学习的是第5页,共75页酶的不同形式酶的不同形式n n单体酶单体酶单体酶单体酶(monomeric enzyme)(monomeric enzyme):仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构的酶。仅具有三级结构
6、的酶。n n寡聚酶寡聚酶寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)(oligomeric enzyme):由多个相同或不同由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。亚基以非共价键连接组成的酶。n n多酶体系多酶体系(multienzyme system):由几种不同功由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。n n多功能酶多功能酶多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶或串联酶或串联酶或串联酶(tandem enzyme)(tandem enzyme):一些多酶体系在进化过程中由一些多酶体系在进化过程中由一些多酶体系在
7、进化过程中由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于基因的融合,多种不同催化功能存在于一条多于基因的融合,多种不同催化功能存在于一条多于基因的融合,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。肽链中,这类酶称为多功能酶。肽链中,这类酶称为多功能酶。肽链中,这类酶称为多功能酶。现在学习的是第6页,共75页一、一、酶的分子组成酶的分子组成蛋白质部分:酶蛋白蛋白质部分:酶蛋白 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)金属原子或离子金属原子或离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)n n结合酶结合酶 (conjug
8、ated enzyme)n n单纯酶单纯酶 (simple enzyme)现在学习的是第7页,共75页维生素的维生素的名称,辅酶形式名称,辅酶形式及其及其生化功生化功能能!P49 表表3-1现在学习的是第8页,共75页小分子有机化合物在催化中的作用小分子有机化合物在催化中的作用 现在学习的是第9页,共75页辅助因子分类辅助因子分类(按其(按其与酶蛋白结合的紧密程度与酶蛋白结合的紧密程度)辅酶辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合与酶蛋白结合疏松,可用疏松,可用透析或超滤的方法透析或超滤的方法除去。除去。辅基辅基(prosthetic group):与酶蛋白结合与酶蛋白结合紧密,不能用紧密,不能
9、用透析或超滤的透析或超滤的方法除去方法除去。现在学习的是第10页,共75页二、酶的活性中心二、酶的活性中心必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中链的化学基团中,一些与酶一些与酶活性密切相关的化学基团活性密切相关的化学基团。目目 录录现在学习的是第11页,共75页或称活性部位或称活性部位(active site),指指必需基团在空间必需基团在空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间构象的局部空间结构上彼此靠近,组成具有特定空间构象的局部空间结构,形状如口袋或裂穴,与环境相通,能与底物特结构,形状如口袋或裂穴,与环境相通,能与底物特异结
10、合并将底物转化为特定的产物。异结合并将底物转化为特定的产物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)现在学习的是第12页,共75页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团(binding group)与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空位于活性中心以外,维持酶活性中心应有的空间构象所必需。间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团现在学习的是第13页,共75页底底 物物 活性中心以外的活性中心以外的必需基团必需基团结合基团结合基团催化基团
11、催化基团 活性中心活性中心 目目 录录现在学习的是第14页,共75页酶催化化学反应的能力酶催化化学反应的能力.在规定条件下,酶促反应在单位时间内生成一定在规定条件下,酶促反应在单位时间内生成一定在规定条件下,酶促反应在单位时间内生成一定在规定条件下,酶促反应在单位时间内生成一定量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。在特定条件下在特定条件下在特定条件下在特定条件下(25)(25),每分钟催化,每分钟催化,每分钟催化,每分钟催化1 1molmol底物转化为底物转化为产物所需的酶
12、量为一个国际单位(产物所需的酶量为一个国际单位(IU)。)。)。)。每秒钟每秒钟 1mol1催量催量(kat)衡量标准衡量标准:酶促反应速度的大小酶促反应速度的大小.三、三、酶活性单位酶活性单位酶活性酶活性现在学习的是第15页,共75页氧、转、水、裂、异、合氧、转、水、裂、异、合酶的命名酶的命名酶的分类酶的分类习惯命名法习惯命名法系统命名法系统命名法第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类现在学习的是第16页,共75页国际生化协会(国际生化协会(IUB)酶学委员会()酶学委员会(EC)将每一)将每一大类酶分为几个亚类,每一亚类又分为几个大类酶分为几个亚类,每一亚类又分为几个亚亚类,最后,再把
13、属于每一个亚亚类的各亚亚类,最后,再把属于每一个亚亚类的各种酶按顺序排好,分别给一个编号排成的一种酶按顺序排好,分别给一个编号排成的一个表称为个表称为“酶表酶表”。现在学习的是第17页,共75页乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27第1大类氧化还原酶第1亚类氧化基团CHOH第1亚亚类H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号作用的键的类型作用的键的类型作用的键的类型作用的键的类型序列号序列号现在学习的是第18页,共75页酶的命名酶的命名习惯命名法习惯命名法:n n根据其催化底物来命名(蛋白酶;淀粉酶)根据其催化底物来命名(蛋白酶;淀粉酶)n n根据所催化反应的性质来命名(水解酶;转氨酶;根
14、据所催化反应的性质来命名(水解酶;转氨酶;裂解酶等)裂解酶等)n n结合上述两个原则来命名(琥珀酸脱氢酶)结合上述两个原则来命名(琥珀酸脱氢酶)结合上述两个原则来命名(琥珀酸脱氢酶)结合上述两个原则来命名(琥珀酸脱氢酶)n n有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点(胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性磷酸脂酶和酸性磷酸(胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶)。脂酶)。现在学习的是第19页,共75页系统命名法系统命名法:系统名称包括底物名称、构型、反应性质,最后加一个酶系统名称包括底物名称、构型、反应性质,最后加一个酶字。字。例如:例如:习惯名称习惯名
15、称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶系统名称系统名称:丙氨酸:丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应酶催化的反应:-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 现在学习的是第20页,共75页第三节第三节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 现在学习的是第21页,共75页(一)(一)酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率酶
16、促反应具有极高的效率 一、一、酶促反应的特点酶促反应的特点酶酶的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081020倍倍,比比一一般催化剂高般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效效地降低反应的活化能。地降低反应的活化能。现在学习的是第22页,共75页反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂
17、催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能:底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。现在学习的是第23页,共75页根据酶对其底物结构选择的严格程度不同,酶根据酶对其底物结构选择的严格程度不同,酶的特异性可大致分为以下的特异性可大致分为以下3 3种类型:种类型:n n绝对特异性绝对特异性(absolute specificity):只能作用于特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特定
18、结构的产物 。n n相对特异性相对特异性相对特异性相对特异性(relative specificity):作用于一类化合作用于一类化合作用于一类化合作用于一类化合物或一种化学键。物或一种化学键。物或一种化学键。物或一种化学键。n n立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity):作用于立体作用于立体异构体中的一种。异构体中的一种。现在学习的是第25页,共75页(三)酶活性对环境因素的敏感性(三)酶活性对环境因素的敏感性(三)酶活性对环境因素的敏感性(三)酶活性对环境因素的敏感性 酶是蛋白质,对环境条件的变化很敏感。高温高酶是蛋白质,对环境条件的变化很敏感。高温高压强酸强碱
19、紫外线重金属盐都可能使酶变性失活。压强酸强碱紫外线重金属盐都可能使酶变性失活。现在学习的是第26页,共75页(四)(四)酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力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通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断酶促反应受多种因素的调控,以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。的调节。现在学习的是第27页,共75页二、酶促反应的机理二、酶促反应的机理(一)酶(一)酶-底物复合物的形成与诱导契合假说底
20、物复合物的形成与诱导契合假说*诱导契合假说诱导契合假说(induced-fit hypothesis)酶底物复合物酶底物复合物 E+SE+PES 酶与底物相互接近时,其结构相互诱导、相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。这一过程称互变形和相互适应,进而相互结合。这一过程称为酶为酶-底物结合的底物结合的诱导契合假说诱导契合假说 。现在学习的是第28页,共75页目目 录录现在学习的是第29页,共75页酶酶 的的 诱诱 导导 契契 合合 动动 画画酶的诱导契合酶的诱导契合.avi现在学习的是第30页,共75页(二)酶促反应的机理(二)酶促反应的机理1.邻近效应邻近效
21、应(proximity effect)与定向排列与定向排列(orientation arrange)2.多元催化多元催化(multielement catalysis)3.表面效应表面效应(surface effect)现在学习的是第31页,共75页第四节第四节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction现在学习的是第32页,共75页qq概念概念概念概念研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响,并的影响,并加以定量的阐述。加以定量的阐述。qq影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温
22、度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。研究一种因素的影响时,其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时,其余各因素均恒定。现在学习的是第33页,共75页一、底物浓度对反应速度的影响一、底物浓度对反应速度的影响研究前提研究前提v 在其他因素不变的情况下,底物浓度对反应速在其他因素不变的情况下,底物浓度对反应速度的影响呈度的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。n n测定的速度为反应的测定的速度为反应的初速度初速度n n底物总浓度远大于酶总浓度底物总浓度远大于酶总浓度现在学习的是第34页,共75页当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比;反反应速度与
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