生物化学-酶-生物催化剂.ppt
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1、 第第4章章 酶酶 (enzyme)酶酶辅酶辅酶酶促反应动力学酶促反应动力学酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系酶应用酶应用4.1 酶酶-生物催化剂生物催化剂w酶的概念酶的概念w酶的命名和分类酶的命名和分类w酶催化作用的特性酶催化作用的特性酶的概念酶的概念w酶酶:活细胞产生的一类具有活细胞产生的一类具有催化功能催化功能的的生物分子,所以又称生物催化剂生物分子,所以又称生物催化剂w在酶的作用下,许多生物化学反应过程在酶的作用下,许多生物化学反应过程可以在可以在温和的条件温和的条件下(如室温、常压、下(如室温、常压、水溶液中)以很水溶液中)以很高的速率和效率高的速率和效率进行。进行。乳酸丙酮酸
2、酶促反应酶促反应:酶催化的生物化学反应:酶催化的生物化学反应底物底物:在酶的催化下:在酶的催化下发生化学变化发生化学变化的物质的物质底物底物产物产物辅酶辅酶酶的化学本质酶的化学本质-大多数酶是大多数酶是蛋白质蛋白质1930年,年,Northrop等得到了胃等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶,并进一步证明了酶是酶的结晶,并进一步证明了酶是蛋白质。蛋白质。1926年,美国年,美国Sumner得到得到脲酶的结晶,并指出酶是蛋白质脲酶的结晶,并指出酶是蛋白质 20世纪世纪80年代,发现某些年代,发现某些RNA有催化活性,还有催化活性,还有一些抗体也有催化活性,甚
3、至有些有一些抗体也有催化活性,甚至有些DNA也有催化也有催化活性,活性,使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。1982年美国年美国T.Cech等人发现四膜虫等人发现四膜虫的的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工,发现况下进行自我加工,发现RNA有催化活有催化活性性Cell,1982年年,vol 31,147-157,并并命名这一类酶为命名这一类酶为核酶核酶,获,获1989年年诺贝尔诺贝尔化学奖化学奖。1995年年Cuenoud等发现有些等发现有些DN
4、A分子分子亦具有催化活性。亦具有催化活性。酶的命名酶的命名1.习惯命名法习惯命名法2.系统命名法系统命名法1.习惯命名法习惯命名法根据酶催化的根据酶催化的反应类型反应类型和和底物底物来命来命名,目前已对名,目前已对2000多种酶作了分类和多种酶作了分类和命名。命名。如:如:催化催化水解淀粉水解淀粉的酶称为的酶称为淀粉酶淀粉酶催化催化水解蛋白水解蛋白的酶称为的酶称为蛋白酶蛋白酶习惯命名法简单,使用方便,但缺乏系统性习惯命名法简单,使用方便,但缺乏系统性2.系统命名法系统命名法(1961年,国际生物化学会议酶委员会)年,国际生物化学会议酶委员会)系统命名包括系统命名包括底物名称底物名称反应性质反应
5、性质两个底物参加反应时应同时列出,中间用冒号(两个底物参加反应时应同时列出,中间用冒号(:)分开。)分开。丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 谷丙转氨酶谷丙转氨酶习惯命名习惯命名系统命名系统命名丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 酶的分类酶的分类水解酶水解酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶AB+H2O AOH+BH+H2O蛋白水解酶蛋白水解酶氧化还原酶(脱氢酶、氧化酶)氧化还原酶(脱氢酶、氧化酶)A2H+BA+B2H乳酸丙酮酸辅酶I还原性辅酶I转移酶转移酶裂合酶裂合酶(醛缩酶、水化酶、脱氨酶醛缩酶、水化酶、脱氨酶)从底物移去一个
6、基团而形成双键从底物移去一个基团而形成双键例1:ABA+B例例2:异构酶异构酶 催化同分异构体的相互转化,即底物分子内催化同分异构体的相互转化,即底物分子内基团或原子的重排过程基团或原子的重排过程例:gA-BA-Bg合成酶(连接酶)合成酶(连接酶)催化催化C-C,C-O,C-N,C-S键的形成反应键的形成反应将两个小分子合成一个大分子,通常需要将两个小分子合成一个大分子,通常需要ATP供能。供能。腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷二磷酸腺嘌呤核苷二磷酸磷酸磷酸核酸酶核酸酶w非蛋白酶,是一类特殊的非蛋白酶,是一类特殊的RNA,能够催,能够催化化RNA分子中的分子中的磷酸酯键的水解磷酸酯键
7、的水解及其逆及其逆反应。反应。酶酶-生物催化剂生物催化剂酶与一般化学催化剂的共同点:酶与一般化学催化剂的共同点:能够能够改变改变化学反应的化学反应的速率速率,但是,但是不不能改变化学反应能改变化学反应平衡平衡。酶催化的本质:酶催化的本质:能够稳定底物形成的过渡态,降低反能够稳定底物形成的过渡态,降低反应活化能,从而加速反应的进行应活化能,从而加速反应的进行酶催化作用的酶催化作用的特性特性1.高效性高效性3.反应条件温和反应条件温和2.选择性选择性反应专一性反应专一性底物专一性底物专一性结构专一性结构专一性手性专一性手性专一性几何专一性几何专一性1.高效性高效性w酶是自然界中催化活性最高的一类催
8、化剂。酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂。w生命体系中发生的化学反应在没有催化剂生命体系中发生的化学反应在没有催化剂的情况下,许多反应实际上难于进行的情况下,许多反应实际上难于进行w酶的催化作用可使反应速率提高酶的催化作用可使反应速率提高1061012倍,比普通化学催化剂效能至少提高几倍倍,比普通化学催化剂效能至少提高几倍以上。以上。高的催化效率高的催化效率 例:2H2O22H2O+O2 1mole 过氧化氢酶过氧化氢酶 能催化能催化 5106mole H2O2的分解的分解 1mole Fe3+只能催化只能催化610-4mole H2O2的分解的分解 2.选择性选择性(1)反应专一性:)反应
9、专一性:w酶只能选择性地催化一种或一类酶只能选择性地催化一种或一类相同类相同类型的型的化学反应。化学反应。w酶催化的反应几乎不产生副反应酶催化的反应几乎不产生副反应如:蛋白酶能够选择性水解蛋白质或多肽如:蛋白酶能够选择性水解蛋白质或多肽中特定的肽键中特定的肽键一种酶只能作用于某一种或某一类一种酶只能作用于某一种或某一类结构、性结构、性质相似的质相似的物质。物质。A.结构专一性结构专一性w绝对专一性:酶的作用对象是一个特定底物绝对专一性:酶的作用对象是一个特定底物例如,脲酶只能催化尿素水解,而对尿素的类例如,脲酶只能催化尿素水解,而对尿素的类似物无作用。似物无作用。w相对专一性:酶的作用对象是一
10、类化合物或化学相对专一性:酶的作用对象是一类化合物或化学键键例如,胰凝乳蛋白酶能选择性地水解含有芳香例如,胰凝乳蛋白酶能选择性地水解含有芳香侧链的氨基酸残基形成的肽键。侧链的氨基酸残基形成的肽键。(2)底物专一性)底物专一性(2)底物专一性:)底物专一性:B.手性专一性:手性专一性:酶能专一性地与手性底物结合并催化这类底酶能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。物发生反应。例例1,胰蛋白酶只能水解由,胰蛋白酶只能水解由L-氨基酸形成的肽键,氨基酸形成的肽键,而不能水解由而不能水解由D-氨基酸形成的肽键。氨基酸形成的肽键。例例2,淀粉酶只能水解,淀粉酶只能水解D-葡萄糖形成的葡萄糖形成的
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- 生物化学 生物 催化剂
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