生物化学: 山农大生物化学与分子生物学系 第三章酶 第一节酶的概念 第二节酶的命名与分类 第三节酶的组成与结构 第四节酶的作用机理 第五节影响酶促反应速度的因素 第六节变构酶、同工酶、诱导酶 第七节酶的活力测定及分离提取
生物化学: 酶 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 24 页 1 第三章 酶 第一节 酶的概念 第二节 酶的命名与分类 第三节 酶的组成与结构 第四节 酶的作用机理 第五节 影响酶促反应速度的因素 第六节 变构酶、同工酶、诱导酶 第七节 酶的活力测定及分离提取
生物化学:酶 山农大生物化学与分子生物学系 第2页共24页 第一节酶的概念 、酶是生物催化剂 新陈代谢由一系列化学反应完成,同样的化学反应,体外速度很慢,体内很快。 活细胞是个温和的环境,之所以能顺利和迅速地进行一系列化学反应,是由于存在 系列特殊物质——酶(E )酶的定义 酶是由活细胞产生的,在细胞内、外均有催化作用的特殊蛋白质或其他物质 (二)酶的化学本质 古代劳动人民在酿造中已能利用酶,如制酒、醋、酱等,但对酶的认识是后来 的事。 1833年, Pagon Persoz从麦芽中得到一种能水解淀粉的物质—一淀粉酶, 1878年, Kuhne将这类生物催化剂统称为“酶”( Enzyme) 1926年, Sumner从刀豆中提取脲酶,得到结晶,证明是蛋白质。 (当时流行酶的“二元假说”。酶=活性基团(象卟啉)+载体组成(Pr) 后来,先后获得胃蛋白酶,胰蛋白酶的结晶 证明是蛋白质。 1969年人工合成牛胰核糖核酸酶。 1983年,发现核酸的催化功能——1989获诺贝尔奖 酶的本质是蛋白质的概念受到了一次巨大的冲击。最近又有人报道,DNA也有 催化活性。因此,对酶的本质问题又将引起新的争论,引进更新的内容。 、E的作用特点 (一)与一般催化剂的相同点 1.反应前后,质与量不变,用量少 2.缩短到达平衡的时间,不改变平衡点 3.只能催化本来能进行的反应,即热力学上允许的反应。 4.降低反应活化能 (二)与一般催化剂的不同点 1、高效 酶促反应的速度比非酶促反应高108~103°倍,比一般催化剂高10°~103倍 H,O 2 H2O+O2
生物化学: 酶 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 24 页 2 第一节 酶的概念 一、酶是生物催化剂 新陈代谢由一系列化学反应完成，同样的化学反应，体外速度很慢，体内很快。 活细胞是个温和的环境，之所以能顺利和迅速地进行一系列化学反应，是由于存在 一系列特殊物质——酶（E）。 （一）酶的定义 酶是由活细胞产生的，在细胞内、外均有催化作用的特殊蛋白质或其他物质。 （二）酶的化学本质 古代劳动人民在酿造中已能利用酶，如制酒、醋、酱等，但对酶的认识是后来 的事。 1833 年，Pagon Persoz 从麦芽中得到一种能水解淀粉的物质——淀粉酶。 1878 年，Kühne 将这类生物催化剂统称为“酶”（Enzyme） 1926 年，Sumner 从刀豆中提取脲酶，得到结晶，证明是蛋白质。 （当时流行酶的“二元假说”。酶=活性基团（象卟啉）+载体组成（Pr）） 后来，先后获得胃蛋白酶，胰蛋白酶的结晶 1969 年人工合成牛胰核糖核酸酶。 1983 年，发现核酸的催化功能——1989 获诺贝尔奖 酶的本质是蛋白质的概念受到了一次巨大的冲击。最近又有人报道，DNA 也有 催化活性。因此，对酶的本质问题又将引起新的争论，引进更新的内容。 二、E 的作用特点 （一） 与一般催化剂的相同点 1．反应前后，质与量不变，用量少 2．缩短到达平衡的时间，不改变平衡点 3．只能催化本来能进行的反应，即热力学上允许的反应。 4．降低反应活化能 （二）与一般催化剂的不同点 1、高效 酶促反应的速度比非酶促反应高 108 ～1020 倍，比一般催化剂高 106 ～1013倍。 H2O2 H2O+O2 证明是蛋白质
生物化学:酶 山农大生物化学与分子生物学系 第3页共24页 过氧化氢酶:每分钟催化500万分子H2O2 Fe 每500分钟催化1分子H2O 过氧化氢酶催化的速度是Fe3的2.5×10°倍 2、高度专 酶对底物有严格的选择性。 3、酶易失活,要求温和条件 绝大多数酶是蛋白质,凡能使蛋白质变性的因素都能使酶丧失活性 4、酶的活性可受到调节、控制 通过多种机制和形式对酶活性进行调节和控制,使代谢活动有条不紊地进 5、酶催化常需辅助因子。 、酶的分布 酶分布在所有的细胞和组织中,相对隔离,各自发挥作用。酶在生活细胞中产 生,大部分酶在细胞内起催化作用,称为胞内酶。有些酶被分泌到细胞外发挥作用 这类酶称为胞外酶 胞内ECl起催化作用 胞外E分泌Cel外起作用 四、酶的专一性 酶对底物和催化的反应有严格的选择性。一种酶仅能作用于一种底物或结构上 相似的一类物质,促其发生一定的化学反应。 结构专一 绝对专 键专 相对专 基团专 旋光异构专 立体(异构)专一 顺反异构专 绝对专———一种酶只作用于一种底物。如脲酶 HN_C-NH2+NO.脉酶 2NH3 H,o H2N一C +HO脉酶 过氧化氢酶底物 琥珀酸脱氢酶底物:玻珀酸
生物化学: 酶 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 24 页 3 过氧化氢酶：每分钟催化 500 万分子 H2O2 Fe3+ ：每 500 分钟催化 1 分子 H2O2 过氧化氢酶催化的速度是 Fe3+的 2.5×109 倍。 2、高度专一 酶对底物有严格的选择性。 3、酶易失活，要求温和条件 绝大多数酶是蛋白质，凡能使蛋白质变性的因素都能使酶丧失活性。 4、酶的活性可受到调节、控制。 通过多种机制和形式对酶活性进行调节和控制，使代谢活动有条不紊地进行。 5、酶催化常需辅助因子。 三、酶的分布 酶分布在所有的细胞和组织中，相对隔离，各自发挥作用。酶在生活细胞中产 生，大部分酶在细胞内起催化作用，称为胞内酶。有些酶被分泌到细胞外发挥作用， 这类酶称为胞外酶。 四、酶的专一性 酶对底物和催化的反应有严格的选择性。一种酶仅能作用于一种底物或结构上 相似的一类物质，促其发生一定的化学反应。 1、绝对专一——一种酶只作用于一种底物。如脲酶 过氧化氢酶 底物：H2O2 琥珀酸脱氢酶 底物：玻珀酸 专一性 结构专一 立体（异构）专一 绝对专一 相对专一 键专一 基团专一 旋光异构 专一 顺反异构 专一 胞内 E Cell 内起催化作用 胞外 E 分泌 Cell 外起作用 H2N C NH2 + N2O 2NH3 + H2O H2N C NHCl + H2O 脲酶 脲酶 O O
生物化学:酶 山农大生物化学与分子生物学系 第4页共24页 2、相对专 种酶能够作用于结构上类似的一系列化合物 (1)键专一—只要求合适的化学键,对键两端的基团并无严格要求。 如:酯解R-C-O=R+H,O酯键,RCOO+ROH+H键 O 二肽酶HN-cH--NH-CH-cou肽键 磷酸酯酶 O一R水解磷酸酯 (2)基团专一—不但要求一定的化学键,还要求键一端的基团 是一定的。 a——葡萄糖苷酶: a——糖苷键 糖苷键的一端是葡萄糖 底物:麦芽糖,蔗糖 3、立体异构专一性 (1)旋光异构专一性 底物具有旋光异构体(D型、L型)时,酶只能作用于其中的一种 如: (2)顺反异构专一性(几何异构专一性) 反一丁烯二酸+H2O2—延胡素酸水化→苹果酸 (延胡索酸) 顺一丁烯二酸+H2O2-延酸水化 酶的专一性决定于酶的活性中心的构象和性质 第二节酶的命名与分类 1984年,《酶的命名》一书指出,已发现的酶约有2500种,每年还发现不少新 酶,为了便于比较,必须统一分类和命名 、酶的分类
生物化学: 酶 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 24 页 4 α——糖苷键 糖苷键的一端是葡萄糖 ( ) 延胡索酸 反一丁烯二酸 苹果酸 + H 2O 2 ⎯延胡索酸水化酶 ⎯ → ⎯ ⎯ ⎯ 2、相对专一 ——一种酶能够作用于结构上类似的一系列化合物。 （1）键专一 ——只要求合适的化学键，对键两端的基团并无严格要求。 如：酯酶 酯键 二肽酶 肽键 磷酸酯酶 水解磷酸酯 （2）基团专一 ——不但要求一定的化学键，还要求键一端的基团 是一定的。 α——葡萄糖苷酶： 底物：麦芽糖，蔗糖 3、立体异构专一性 （1）旋光异构专一性 底物具有旋光异构体（D 型、L 型）时，酶只能作用于其中的一种 如： （2）顺反异构专一性（几何异构专一性） 酶的专一性决定于酶的活性中心的构象和性质。 第二节 酶的命名与分类 1984 年，《酶的命名》一书指出，已发现的酶约有 2500 种，每年还发现不少新 酶，为了便于比较，必须统一分类和命名。 一、酶的分类 + ⎯⎯ → ⎯⎯⎯ 延胡索酸水化酶 顺一丁烯二酸 H 2O2 HO P O R O OH R C O R' + H2O RCOO + R'OH + H+ O 酯键 H2N CH C NH CH COOH O R1 R2
生物化学:酶 山农大生物化学与分子生物学系 根据反应性质分为六大类 氧化还原酶类:催化氧化还原反应,涉及H和电子的转移。如脱氢酶类。 ahbtb A+BH 2、转移酶类:催化分子间功能基团的转移。如转氨酶类。 AR+B A+BR 3.水解酶类:催化水解反应。如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等。 ABtH2O AOH+BH 4.裂合酶类:催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应的酶。如醛缩酶 脱氨酶脱羧酶 5.异构酶类:催化同分异构体的相互转变。 A 如磷酸丙糖异构酶。 (3—磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮) 磷酸甘油酸变位酶 (3—磷酸甘油酸、2-磷酸甘油酸) 6、合成酶:与ATP分解相偶联,并由二种物质合成一种物质。 A+B+ATP AB+ADP+Pi 如天冬酰胺合成酶丙酮酸羧化酶 在每一大类酶中,又根据底物中被作用的基团或键的特点分为若干亚类,然后 再把属于某一亚类、亚亚类的酶按顺序排好,这样把已知的酶分门别类地排成一个 表,叫做酶表 类亚类亚亚类序号
生物化学: 酶 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 24 页 5 AH2+B A+BH2 AR+B A+BR AB+H2O AOH+BH AB A+B A B A+B+ATP AB+ADP+Pi 根据反应性质分为六大类 1、氧化还原酶类：催化氧化还原反应，涉及 H 和电子的转移。如脱氢酶类。 2、转移酶类：催化分子间功能基团的转移。如转氨酶类。 3．水解酶类：催化水解反应。如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等。 4．裂合酶类：催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应的酶。如醛缩酶 脱氨酶 脱羧酶 5．异构酶类：催化同分异构体的相互转变。 如磷酸丙糖异构酶。 （3—磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮） 磷酸甘油酸变位酶 （3—磷酸甘油酸 2—磷酸甘油酸） 6、合成酶：与 ATP 分解相偶联，并由二种物质合成一种物质。 如天冬酰胺合成酶 丙酮酸羧化酶 在每一大类酶中，又根据底物中被作用的基团或键的特点分为若干亚类，然后 再把属于某一亚类、亚亚类的酶按顺序排好，这样把已知的酶分门别类地排成一个 表，叫做酶表。 类 亚类 亚亚类 序号