一酶的本质二催化特点.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一酶的本质二催化特点,第一节酶得基础知识,一、传统定义,二、习惯归类,三、酶得分类与命名,第一节酶就是什么？,一、传统定义:,酶就是一类生物催化剂,化学本质就是蛋白质,具有下列性质:,a)就是高分子胶体物质,两性电解质,在电场中泳动。,b)紫外,热,表面活性剂,重金属,酸、碱使酶失活,c)酶被蛋白酶水解而失活,d)酶由蛋白质或蛋白质,+,小分子(Vb,辅酶等),二、习惯归类,1 单体酶和寡聚酶,2单纯酶和结合酶,辅助因子,无机离子,有机化合物:辅基(cofactor)辅酶(coenzyme),小分子得有机化合物,耐热,不受蛋白变性剂得破坏;,象底物一样参与反应,并在反应中发生变化;,许多辅酶就是B族维生素得衍生物。,3 恒态酶和调节酶,恒态酶(static enzyme):,构成代谢途径和物质转化体系得基本组成成分,在细胞中得含量相对恒定,其活性仅受反应动力学系统本身得组成因素调节。,调节酶(regulative enzyme):,代谢途径和物质转化体系中起调节作用得关键酶,她们得含量与活性常因机体得机能状况而不同。,10,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,调节酶按照其活性调节方式又可分为,1)潜态酶:酶原和共价修饰处于非活性状态得酶。,2)别构酶:酶结构上除了有能与底物结合、并催化反应得活性中心外,还有能和效应物结合得调节中心。,3)多酶融合体:指一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性得酶,如大肠杆菌天冬氨酸激酶,同时具有高丝氨酸脱氢酶得活性。,4 多酶复合物(multienzyme plex)或多酶系统multienzyme system),多种酶组分集合在一起,一般催化连续得多个相关得反应,5 胞内酶、胞外酶,在合成分泌后定位于细胞内发生作用得酶,大多数得酶属于此类。,在合成后分泌到细胞外发生作用得酶,主要为水解酶。,6 酶得多形性与同工酶,酶得,多形性,结构、组成和物理化学性质有所不同,但就是可以催化相同得反应,、,同工酶,存在于同一生物体中,催化相同反应,但结构基因不同、理化性质有所不同得一类酶,三、酶得命名与分类,1961年国际酶学委员会提出了给酶进行命名和分类。,1961年,712种,1964年,870种,1972年,1770种,1975年,1974种,1978年,2120种,1984年,2470种,1990年,3000种,1992年,3200种,1997,年,3700种,1961年以前,1、根据酶作用得底物命名(淀粉酶,蛋白酶);,2、根据酶催化反应得性质及类型命名(转氨酶,脱氨酶),有得酶结合上述两个原则来命名(乳酸脱氢酶),或再加酶得来源或性质特点(胰蛋白酶;碱性磷酸酯酶),习惯命名比较简单,应用历史较长,尽管缺乏系统性,但现在还被人们使用。,(一)习惯命名法,以酶得整体反应为基础,明确标明酶得底物及催化反应得性质。,底物:底物反应类型酶,单底物,:底物+反应类型+酶,D-氨基酸+氧化还原+酶-D-氨基酸氧化酶,双底物,:底物:底物+反应类型+酶,醇+NAD,+,+氧化还原+酶-醇:NAD,+,氧化还原酶,(二)国际系统命名法,根据酶催化作用类型,把酶分成6大类,类型,种类,催化作用类型,氧化还原酶类,570种,RH+R,(,O,2,)=R+R,H(H,2,O),转移酶类,490种,RG+R,=R+R,G,水解酶类,560种,RR,+H,2,O=RH+R,OH,裂合酶类(解合酶类),240种,RR,=R+R,异构酶类,85种,R=R,合成酶类(连接酶类),80种,R+R,+ATP=RR,+ADP(AMP)+Pi(PPi),(三)国际系统分类法及酶得编号,用四个数字(标码)标记每一种酶,EC-Enzyme mision,EC,1,、,1,、,1,、,1,醇脱氢酶,第一大类,作用CHOH,以 NAD,+,NADP,+,为受体,编号,酶委员会建议,在发表论文时,论题有关得主要酶在第一次提到时应写出她得,标码系统名称,、,习惯命名,和,来源,然后再用,系统命名,和,习惯命名,叙述。,水解酶催化底物得加水分解反应。,主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。,例如,脂肪酶(Lipase)催化得脂得水解反应:,(1)水解酶 hydrolase,氧化-还原酶催化氧化-还原反应。,主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。,如,乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸得脱氢反应。,(2)氧化-还原酶 Oxidoreductase,转移酶催化基团转移反应,即将一个底物分子得基团或原子转移到另一个底物得分子上。例如,谷丙转氨酶催化得氨基转移反应。,(3)转移酶 Transferase,裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键得反应及其逆反应。,主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。,例如,延胡索酸水合酶催化得反应。,(4)裂合酶 Lyase,异构酶催化各种同分异构体得相互转化,即底物分子内基团或原子得重排过程。例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化得反应。,(5)异构酶 Isomerase,合成酶,又称为连接酶,能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键得形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。,A+B+ATP+H-O-H=A,B+ADP+Pi,例如,丙酮酸羧化酶催化得反应。,丙酮酸 +,CO,2,草酰乙酸,(6)合成酶 Ligase or Synthetase,第二节酶得催化原理,一、酶催化反应得特点,二、酶得结构与作用机制,一、酶催化反应得特点,酶具有催化剂得共性,用量少而催化效率高;,不改变化学反应得平衡点;,参与反应,但在反应前后本身无变化,2 酶催化得特性,2、1高效性,以转换数作为标准,来比较其效率,转换数,:以每个酶分子每分钟催化底物得分子数(,turnover number,),-半乳糖苷酶 1、2万,-淀粉酶 110万,碳酸酐酶 3600万,如2H,2,O,2,-2H,2,O+O,2,用铁离子,6 x 10,-4,mol/mol、s,血红素,6 x 10,-1,mol/mol、s,H,2,O,2,酶,3 6 x 10,6,mol/mol、s,酶为何有如此惊人得催化能力呢？,酶可极大地降低反应所需得活化能,2H,2,O,2,-2H,2,O+O,2,无:75、24 千焦耳/mol,钯:48、94 千焦耳/mol,H,2,O,2,酶:8、36千焦耳/mol,E,1,E,2,E,3,无催化剂,有其她催化剂存在,有酶存在,E1、E2、E3表示活化能,总分应自由能变化,初态 (底物),终态 (产物),系统得自由能,反应进程,图1-1 酶和其她催化剂降低反应活化能示意图,酶催化就是多种催化因素得协同作用,酶与底物得邻近效应、定向效应,扭曲变形和构象变化得催化效应,广义得酸碱催化、共价催化及酶活性中心微环境得影响。,2、2 专一性强,反应专一性,底物专一性,绝对专一性,结构专一性 族得专一性,酶得专一性 键得专一性,光学异构专一性,立体化学专一性,几何异构专一性,立体化学专一性,光学异构专一性,:,当底物具有旋光异构体时,酶只能催化L型和D型两个对映体中得一个。,立体化学专一性,几何异构专一性,:,酶能识别顺反异构体。,结构专一性,a、键专一性,:,酶只要求作用于一定得键,对键两端得基团无要求。,b、基团专一性,(族专一性):,除了对键要求以外,还要求键一侧得基团为特定得基团。,c、绝对专一性,:,对唯一得底物催化唯一得反应。,锁钥学说,整个酶分子得天然构象就是具有刚性结构得,酶表面具有特定得形状。酶与底物得结合如同一把钥匙对一把锁一样,解释底物专一性得假说,诱导契合学说,酶表面并没有一种与底物互补得固定形状,而只就是由于底物得诱导才形成了互补形状、,2、3 反应条件温和,酶催化反应可在常温常压下进行,而一般得化学反应需在高温、高压、强酸强碱等剧烈条件下进行。,2、4 酶得活性就是受调节控制得,酶浓度调节,激素调节,UDP-半乳糖 N-乙酰葡糖胺 N-乙酰乳糖胺+UDP,UDP-半乳糖 D-葡萄糖 乳糖 UDP,共价修饰调节,酶原活化,激活剂和抑制剂调节,反馈调节,二 酶得结构与作用机制,1、酶得结构,2、酶得空间结构与功能得关系,3、作用机制,4、研究酶催化反应机制得方法,1、酶分子氨基酸残基类别,必需基团,非必需基团R3,R5,R7,活性中心,活性中心外(结构残基)R10,R162,R169,接触残基,辅助残基R4,结合底物作用(结合基团)R1,R2,R6,R8,R9,R164,R165,催化作用(催化基团)R163,2、酶得活性中心(active center)、,酶分子上与催化活性直接相关得少数氨基酸残基组成得催化区域,结合部位 Binding site,酶分子中与底物结合得部位或区域,结合部位决定酶得专一性,活性中心,酶分子中促使底物发生化学变化得部位,催化部位决定酶所催化反应得性质。,活性中心催化部位,catalytic site,组成酶活性中心得重要化学基团,酶活性中心有7种氨基酸残基参加得频率最高,她们就是Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。,酶,活性中心附近得氨基酸顺序,胰蛋白酶(牛),Asp-Ser-,Cys,-Gln-,Gly-Asp-,*,Ser-Gly-Gly-Pro,-Val-Val-Cys-Ser-Gly-Lys,胰凝乳蛋白酶(牛),Ser-Ser-,Cys,-Met-,Gly-Asp-,*,Ser-Gly-Gly-Pro,-Leu-Val-Cys-Lys-Lys-Asn,弹性蛋白酶(猪),Ser-Gly-,Cys,-Gln-,Gly-Asp-,*,Ser-Gly-Gly-Pro,-Leu-His-Cys-Leu-Val-Asn,凝血酶(牛),Asp-Ala-,Cys,-Glu-,Gly-Asp-,*,Ser-Gly-Gly-Pro,-Phe-Val-Met-Lys-Ser-Pro,蛋白酶(S、griseus),Thr-,Cys,-Glu-,Gly-Asp-,*,Ser-Gly-Gly-Pro,-Met-Phe,2、酶得空间结构与功能得关系,1)一级结构,酶分子中氨基酸得排列顺序,2)二级结构,多肽链主链原子得局部空间排列,3)三级结构,由二级结构形成得紧密球状结构,4)四级结构,各亚基在寡聚酶中得空间排布及其相互作用,酶得空间结构与功能得关系,一级结构决定空间结构,决定酶得空间结构得因素:,内因:侧链间得相互作用(疏水键,氢键,离子键,二硫键,范德华力),外因:酶所处得环境因子(溶剂,pH,温度,离子强度),疯牛病蛋白,分子伴侣,酶得高级结构与功能得关系,活性中心(His12,His119)、,用枯草杆菌蛋白酶处理,得到S肽(N端得20肽)和S蛋白(C端104肽)、,S肽和S蛋白单独存在均无活性、,pH7,两者1:1混合,通过氢键及疏水键联结,酶活恢复、,酶活性中心得各基团在空间构象上得相对位置对酶表现活力至关重要。,3、酶催化作用机制,3、1 反应物得邻近效应(proximity)和定向效应(orientation),邻近效应;底物与底物之间、酶得催化基团与底物之间结合于同一分子,从而使反应速率大大增加。,定向效应:酶得催化基团与底物得反应基团之间得正确取向产生得效应。,K,1,/K,2,达到24,3、2 底物得形变(distortion)和诱导契合,(induced fit),酶中某些基团或离子可以使底物分子产生“电子张力”,底物分子发生形变,接近过渡态,降低了反应活化能。,3、3 酸碱催化(acid-base catalysis),通过瞬时向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态,加速反应得一类催化机制。,The active sites of some enzymes contain amino acid functional groups,such as those shown here,that can participate in the catalytic process as proton donors or proton acceptors,酶分子中可以作为广义酸、碱得基团,His 就是酶得酸碱催化作用中最活泼得一个催化功能团。,广义酸基团 广义碱基团,(质子供体)(质子受体),3、4 共价催化(covalent catalysis),亲核催化(nucleophilic catalysis)和亲电子催化(electrophilic catalysis)。,亲核催化剂(亲电子催化剂)能放出电子(汲取电子)并作用于底,物得缺电子中心(负电中心),迅速形成不稳定得共价中间复合物,降低反应活化能。,3、5 金属离子催化,(1)通过结合底物为反应定向;,(2)通过可逆改变金属离子得氧化态调节氧化还原应;,(3)通过静电稳定或屏蔽负电荷。,3、6 活性部位微环境得影响,酶催化反应机制得实例,胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin),选择裂解芳香族氨基酸如Phe、Tyr羧基侧链。,其活性中心由Ser195、His57和Asp102组成。,