生物化学-PowerPointPresentation

生物化学杭州职业技术学院主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性质、生物学意义。主要内容：第五章酶化学第一节概述酶(enzyme)是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂，生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在酶的催化下进行的。一、酶的概念酶是生物催化剂(biologicalcatalyst)，具有两方面的特性，既有与一般催化剂相同的催化性质，又具有一般催化剂所没有的生物大分子的特征。酶与一般催化剂一样，只能催化热力学允许的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点。酶作为催化剂在化学反应的前后没有质和量的改变。微量的酶就能发挥较大的催化作用。酶和一般催化剂的作用机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。因为酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点。二、酶催化作用的特点1.酶促反应具有极高的催化效率2.酶促反应的高度特异性特异性根据严格程度不同，又可分为绝对特异性(absolutespecificity)、相对特异性(relativespecificity)、立体异构特异性(stereospecificity)三种类型。（1）绝对特异性（2）相对特异性（3）立体异构特异性3.酶促反应的可调性三、酶的命名和分类(一)习惯命名法1.一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆硷酯酶、2.依据其催化反应的性质来命名：如水解酶、转氨酶等。3.结合1、2的命名：如琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。4.有时在底物名称前冠以酶的来源或其他特点：如血清谷氨酸－丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶、碱性磷酸酯酶和酸性磷酸酯酶等。习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。(二)系统命名法鉴于新酶的不断发展和过去文献中对酶命名的混乱，国际酶学委员会规定了一套系统的命名法，使一种酶只有一种名称。它包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号。例如对催化下列反应酶的命名：ATP+D—葡萄糖——→ADP+D—葡萄糖-6-磷酸该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。它的分类编号是：E.C.2.7.1.1；E.C代表按国际酶学委员会规定的命名，第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)，第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)，第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)，第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体)。2.酶的分类（1）．氧化还原酶类(oxidoreductases)催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、细胞色素氧化酶等。（2）．转移酶类(transferases)催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。例如，甲基转移酶、转氨酶等。（3）．水解酶类(hydrolases)催化底物发生水解反应的酶类。例如，淀粉酶、核糖核酸酶等。（4）．裂解酶类(或裂合酶类，lyases)催化从底物移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶类。例如，碳酸酐酶、柠檬酸合成酶等。（5）．异构酶类(isomerases)催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。例如，磷酸己糖同分异构酶等。（6）．合成酶类(或连接酶类，ligases)催化两分子底物合成为一分子化合物，同时偶联有ATP的磷酸键断裂释能的酶类。例如，氨基酰-tRNA合成酶等。（三）六大类酶催化反应的性质1．氧化还原酶类（oxido-reductases）催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等。（1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成H2O或H2O2。2A·2H+O22A+2H2OA·2H+O2A+H2O2邻苯二酚氧化酶（EC1.10.3.1，邻苯二酚：氧氧化酶）邻苯二酚邻苯醌例：OHOH+O2邻苯二酚氧化酶OO2+2H2O2（2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢A·2H+BA+B·2H例：乳酸脱氢酶（EC1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化还原酶）乳酸丙酮酸COOHCHCH3HO+NAD+COOHCOCH3+NADH+H+乳酸脱氢酶2．转移酶类（transferases）催化基团的转移AR+BBRA+例：谷丙转氨酶（GPT）（EC2.6.1.2，L-丙氨酸：α—酮戊二酸氨基转移酶）3．水解酶类（hydrolases）AB+H2OA·OH+BH4．裂合酶类（lyases）从底物移去一个基团而形成双键或逆反应ABA+B例1：例2：5．异构酶类（isomerase）催化异构化反应例：AB6．连接酶类（ligases,也称synthetases合成酶类）将两个小分子合成一个大分子，通常需要ATP供能。例：乙酸+CoA－SH+ATP乙酰－S－CoA+AMP+PPiA+B+ATPAB+ADP+PiA+B+ATPAB+AMP+PPi第二节酶的分子组成一、单纯酶单纯酶是仅由氨基酸残基构成的酶，其催化活性仅由蛋白质的结构决定。如胃蛋白酶，淀粉酶、脂酶等。二、结合酶结合酶的组成除了蛋白质部分外，还有非蛋白质部分，前者称为酶蛋白(apoenzyme)，后者称为辅助因子(cofactor)。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶(holoenzyme)。单独存在的酶蛋白或辅助因子都没有酶活性，只有形成全酶后才有催化作用。第三节酶的分子结构和功能与酶活性密切相关的基团我们称之为酶的必需基团(essentialgroup)。由必需基团构成的区域，可以与底物特异地结合，并能将底物转化为产物，被称为酶的活性中心(activecenter)。一、酶的分子结构酶活性中心内的必需基团可分为两种：一是结合基团，其作用是与底物相结合，使底物与酶的一定构象形成复合物；另一是催化基团，其作用是影响底物中某些化学键的稳定性，促进底物转变成产物，有些必需基团同时具有这两方面的功能。二、酶原及酶原激活无活性的酶的前体称作酶原(zymogen)。无活性的酶原转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。酶以酶原的形式合成或初分泌具有重要的生物学意义。第一，酶原可以保护组织细胞不受酶的作用而被破坏。此外，酶原还可以视为酶的储存形式。如凝血酶类和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶，发挥其对机体的保护作用。酶原的激活的实质是酶的活性中心形成或暴露的过程。三、同工酶同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质都不同的一组酶。四、酶的作用机理1、酶—底物复合物的形成（中间产物学说）和诱导契和学说2、邻近效应与定向排列3、多元催化(multielementcatalysis)4、表面效应(surfaceeffect)第四节影响酶促反应速度的因素一、底物浓度的影响米氏方程式V=][][maxSKSVmVmax为最大反应速度(maximumvelocity)，[S]为底物浓度，Km为米氏常数(Michaelisconstant)，V是在不同[S]时的反应速度。当底物浓度很低([S]《Km)时,V=Vmax[S]/Km,反应速度与底物浓度成正比。当底物浓度很高([S]》Km)时，V≌Vmax，反应速度达最大速度，再增加底物浓度也不再影响反应速度。Km是酶学研究中一个常数，有重要意义：1．当反应速度为最大速度一半时，米氏方程式可以变换如下：2maxV][][maxSKSVm=整理得Km=[S]。由此可见，Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。2.Km值可用来表示酶对底物的亲和力。Km值愈小，酶与底物的亲和力愈大。这表示不需要很高的底物浓度便可达到最大反应速度。反之，Km愈大，酶与底物的亲和力愈小。3.Km值是酶的特征性常数一，只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境（如温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关。各种同工酶的Km值也不同。二、酶浓度对大多数酶促反应来说，在适宜的温度、PH值和底物浓度一定的条件下，反应速度至少在初始阶段与酶的浓度成正比。如果反应继续进行，则速度将降低，这主要是因为底物浓度下降及终产物对酶的抑制之故。三、PH值酶是蛋白质，在极端的酸性或碱性条件下会变性而完全失去活性，大多数酶的最适PH值为4.5-8.0范围内。五、底物浓度酶催化反应可用下式表示：E+S=ESàE+P式中E、S、ES、P分别代表酶、底物、酶—底物络合物和产物，可推出下列公式（米氏方程）：V=Vmax[S]/（Km+[S]）式中：V—测定的反应初速度Vmax—最大反应速度公式用图表示，则如图（1）所示，由公式及图可得出下列结论：四、温度的影响温度对酶促反应速度具有双重影响。一方面，酶促反应和一般化学反应一样，升高温度可加快反应速度。另一方面，随着温度升高，酶的变性增强，催化能力减弱。综合这两种因素，酶作用必然有一个最适合的温度，酶促反应速度最快时的环境温度为酶促反应的最适温度。1、当底物浓度增加时，酶反应的速度趋于一个极限值，即Vmax。2、当V=1/2Vmax时，则1/2=[S]/（Km+[S]），或Km=[S]，即米氏常数相当于反应速度为最大速度一半时的底物浓度。Km是酶和底物亲和力的度量，Km值小表示底物对酶的亲和力大，酶催化反应的速度也大。3、Km是酶学中的一个重要常数，它的倒数1/Km叫做”亲和力常数”。六、抑制剂有些物质能使酶活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为酶的抑制，引起酶抑制的物质叫抑制剂。1.竞争性抑制剂某些物质与底物的结构很相似，它们会与酶活性部位结合，造成与基质竞争而起到抑制酶反应的作用。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。当底物浓度增加时，可以减少竞争性抑制剂对酶的抑制作用。因反应产物的结构往往类似于底物，所以它是常见的竞争性抑制剂。