生物化学PPTchapterenzyme.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,生物化学PPTchapterenzyme,优选生物化学PPTchapterenzyme,我国古代最早利用酶,-,酿酒、饴糖、醋,1783,年,Spallamzan,发现鸟的胃液能消化肉,1810,年,Jaseph Gaylussac,发现酵母可将糖转化为酒精。,1814,年,Kirchhoff,发现麦芽抽提液加入淀粉后能生成麦芽糖,即麦芽抽提液中必定有能水解淀粉的水溶性物质,ferment(,酵素,),1833,年,Payen&Persoz,从麦芽抽提液得到了,ferment,称,diastase【,溶于水、稀酸,但不溶于高浓度酒精,即现在的,amylase】,1835,年,Berzelius,提出,ferment,起的是催化作用,1878,年,Kuhle,开始使用,Enzyme,这一术语，,mean,：,in yeast,1897,年,Buchner,兄弟以,“,没有酵母的酒精发酵,”,证明了酶可以离开细胞起作用,酶学研究,1894,年,Fisher,提出了酶与底物作用的,“,key and lock,”,学说,1903,年,Henri,提出了酶与底物作用的中间复合物学说。,1910,年,Halden&Young,发现酶是蛋白质与耐热性低分子量化合物,(cofactor),的复合物,提出蛋白质只是担体,1913,年 米氏方程建立,1926,年,Sumner,得到了,Urease,的结晶,【1-2,年后,Northrop,结晶化了,Pepsin,Trypsin,等蛋白酶,】,结晶中测定不到,cofactor,1929,年,Sabbarow,发现,ATP【1939-1940,年,F.Lipmann,解明高能磷酸化合物的生理意义,】,1959,年,Sutherland cAMP,的发现,-,酶与激素的关系,1963,年,Hirs,、,Moore,、,Stein,测定了,RNase A,的氨基酸序列,1965,年,Philips,首次用,X,射线晶体衍射技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。,1969,年,Merrifield,等人工合成了具有酶活性的胰,RNase,80,年代初,Cech,和,Altman,分别发现了具有催化功能的,RNA,（核酶，,ribozyme),1986,年,Schultz,和,Lerner,等研制成功抗体酶,Boyer,和,Walker,阐明了,ATP,合酶,(ATP synthase),合成与分解,ATP,的分子机制。,1,酶催化作用的特点,2,酶的化学本质及其组成,3,酶的命名和分类,4,酶的专一性,5,酶活力测定及分离提纯,6,酶工程简介,酶,Enzyme,酶（,enzyme,）,:,是由活细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂,1,酶催化作用的特点,化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈而成为活化的状态，才能发生变化形成产物。,1mol,底物全部进入活化状态所需要的自由能称为活化能。,使分子处于活化态的方法,:,对反应体系加热或照光，增加反应分子的自由能使反应分子活化；也可使用催化剂降低反应的能阈，使反应沿着一个活化能较低的途径进行。,使用催化剂降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。,酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。,高效性,专一性,易失活,活性受调节控制,有些酶的活性与辅因子参与相关,酶与化学催化剂的不同之处,:,H,2,O,2,H,2,O+O,2,H,2,O,2,H,2,O+O,2,酶促反应速度提高,10,10,倍,Fe,3+,酶,高效性,亲环素,碳酸酐酶,磷酸丙酮异构酶,羧肽酶,A,磷酸葡萄糖变位酶,琥珀酰辅酶,A,转移酶,脲酶,乳清酸单磷酸脱羧酶,酶的高度专一性,(specificity),酶对底物及催化的反应都有严格的选择性，一种酶只能催化一类甚至一种化学反应，并生成一定的产物，这种现象称为酶的专一性。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物,(substrate),。如酯酶只能水解酯类。,易失活,酶是蛋白质，酶促反应要求一定的,pH,、温度等温和的条件，凡是能使蛋白质变性的因素都可使酶失活；强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。,活性受调节控制,酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶活力的调控方式很多，包括酶的生物合成的诱导和阻遏，抑制剂调控、共价修饰调控、反馈调控、酶原激活及激素调控等。这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其适当的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。,2,酶的化学本质及其组成,酶是蛋白质,根据酶的组成成份，可分单纯酶和结合酶两类。,单成分酶（单纯酶，,simple enzyme,）：,是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶不含其他成分，它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如脲酶，蛋白酶，脂肪酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等水解酶。,双成分酶（结合酶，,conjugated enzyme,）：,这类酶分子中除了蛋白质部分（酶蛋白，,apoenzyme,）外还有非蛋白质成分（辅因子，,cofactors,），两者结合成的复合物称作全酶,(holoenzyme),。,全酶,=,酶蛋白,+,辅因子（辅酶、辅基、金属离子）,辅因子包括,辅酶（,co-enzyme,）,辅酶与酶蛋白结合较疏松（非共价键相连），可用透析或超滤方法除去，一种辅酶可为几种酶的辅酶。,辅基（,prosthetic group,）,辅基与酶蛋白结合紧密（共价键相连），不易用透析或超滤方法除去，需经化学处理才能将其与酶蛋白分开，辅基一般为一种酶专有,金属离子,一般不与酶蛋白直接结合，但为酶催化活性所必需。常见酶含有的金属离子有,K+,、,Na+,、,Mg2+,、,Cu2+,、,(,或,Cu+),、,Zn2+,和,Fe2+(,或,Fe3+),等。如：乙醇酸脱氢酶 含,Zn 2+,；过氧化物酶含,Fe 2+,。,单体酶、寡聚酶和多酶复合体,单体酶,(monomeric enzyme),单体酶只有一条多肽链，这一类酶很少，一般为水解酶类，相对分子质量为,13000,35000,。,如脲酶，蛋白酶，脂肪酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等水解酶。,80年代初Cech和Altman分别发现了具有催化功能的RNA（核酶，ribozyme),如琥珀酸脱氢酶、醇脱氢酶、多酚氧化酶等。,单体酶、寡聚酶和多酶复合体,1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转化为酒精。,受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。,酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率。,80年代初Cech和Altman分别发现了具有催化功能的RNA（核酶，ribozyme),H2O2 H2O+O2,双成分酶（结合酶，conjugated enzyme）：,1878年 Kuhle开始使用Enzyme这一术语，mean：in yeast,由于产物是从无到有，因此一般测定产物的增加。,1913年 米氏方程建立,合成酶类催化一切必须与ATP分解相偶联，并由两种物质(双分子)合成一种物质的反应。,1878年 Kuhle开始使用Enzyme这一术语，mean：in yeast,寡聚酶,(oligomeric enzyme),寡聚酶由几个甚至几十个亚基组成，亚基相同或不同，亚基间以非共价键结合，用,4 mol,L,尿素溶液或其它方法可以把它们彼此分开。寡聚酶的相对分子质量从,35 000,到几百万。,例如磷酸化酶,a,和,3-,磷酸甘油醛脱氢酶等。,多酶体系,(multienzyme system),多酶复合体是由几个酶聚合,(,嵌合,),而成的复合体。一般由在系列反应中,26,个功能相关的酶组成，它有利于一系列反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对酶的调控。,多酶复合体相对分子质量都很高，一般都在几百万以上。例如丙酮酸脱氢酶复合体（总相对分子质量达,460 000,）和脂肪酸合成酶复合体。,有实验表明某些,RNA,分子具有催化活性。,1981,年,T.Cech,发现四膜虫（,tetrahymena,）的,26S rRNA,在无蛋白质存在的情况下，具有自我拼接的催化活性。,1983,年，,S.Altman,和,N.R.Pace,发现,E.coli tRNA,加工的酶（,RNaseP,）由,80%,的,RNA,组成，在将,RNaseP,的蛋白质组分除去后，其余的,RNA,部分具有与全酶相同的催化活性，即可对,tRNA,前体进行加工。,核酶,3,酶的命名和分类,酶的命名,酶的分类,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。,基本原则：全部参与反应的底物（中间用：号分开）,+,酶催化反应的性质,+,酶,国际系统命名法,ATP,：葡萄糖磷酸转移酶,系统名：乳酸：,NAD+,氧化还原酶，编号为：；,习惯名：乳酸脱氢酶,EC,号的第一个数字,1.oxidoreductase,氧化还原酶类,2.transferase,转移酶类,3.hydrolase,水解酶类,4.lyase,裂合酶类,5.isomerase,异构酶类,6.ligase/synthetase,连接酶类,氧化还原酶类,氧化还原酶类催化氧化还原反应。,如琥珀酸脱氢酶、醇脱氢酶、多酚氧化酶等。,转移酶类,转移酶类催化分子间基团的转移。,如谷丙转氨酶、胆碱转乙酰酶等。,水解酶类,水解酶类催化水解反应。,如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、蔗糖酶等,裂合酶类,裂合酶类催化从底物移去某些基团而形成双键的非水解性反应及其逆反应。,如醛缩酶、水化酶、脱氨酶、脱羧酶等。,异构酶类,异构酶类催化同分异构体的相互转变,如葡萄糖酸异构酶、磷酸甘油酸磷酸变位酶等。,合成酶类,合成酶类催化一切必须与,ATP,分解相偶联，并由两种物质,(,双分子,),合成一种物质的反应。,A+B+ATP AB+ADP+Pi,。,如天冬酰胺合成酶、丙酮酸羧化酶等。,酶的系统编号,表示第,1,大类，即氧化还原酶类。,表示第,1,亚类，被氧化基团为,CHOH,。,表示第,1,亚亚类，受氢体为,NAD,+,。,表示乳酸脱氢酶在此亚亚类中的顺序号。,4,酶的专一性,结构专一性,绝对专一性,(absolute specificity),相对专一性,(relative specificity),键专一性,基团专一,立体异构专一性,旋光异构专一性,几何异构专一性,绝对专一性,立体专一性,基团专一性,立体异构专一性,酶的专一性决定于空间结构向,几何异构专一性,诱导契合学说,1890,年，,Emil Fischer,提出的锁钥结合学说解释酶的高度专一性，但它不能解释可逆反应中酶既适应与底物又适应与产物。,1958,年，提出了诱导契合学,说，认为：酶活性部位的构象是柔韧可变的。酶同底物结合时，酶活性部位因受底物的诱导，会改变其构象使适合与底物契合而结合成中间络合物，进行反应。当酶从,ES,复合物分离出来后，即恢复其原有构象。,酶分子中与酶活性有关的基团称为酶的必需基团,(essential group),。它是酶分子中表现催化活力所必需的部分，包括活性中心和活性中心以外的对维持活性中心空间构象所必需的一些基团。,1903年 Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。,转移酶类催化分子间基团的转移。,如葡萄糖酸异构酶、磷酸甘油酸磷酸变位酶等。,5 酶活力测定及分离提纯,1986年Schultz和Lerner等研制成功抗体酶,酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子催化活性仅与酶的一小部分区域有关，这一区域就是酶的活性中心。,如天冬酰胺合成酶、丙酮酸羧化酶等。,合成酶类催化一切必须与ATP分解相偶联，并由两种物质(双分子)合成一种物质的反应。,寡聚酶的相对分子质量从35 000到几百万。,Katal单位是指在一定条件下每秒钟催化1mol底物转化所需要的酶量。,过氧化物酶含Fe 2+。,1890年，Emil Fischer提出的锁钥结合学说解释酶的高度专一性，但它不能解释可逆反应中酶既适应与底物又适应与产物。,H2O2 H2O+O2,酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度(reaction rate)来表示，两者呈线性关系。,例如磷酸化酶a和3-磷酸甘油醛脱氢酶等。,活性部位和必须基团,酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子催化活性仅与酶的一小部分区域有关，这一区域就是,酶的活性中心,。,酶的活性中心也称活性部位（,active site,），是指酶分子中与底物结合并起催化反应的空间部位。,结合部位，由一些参与底物结合的有一定特性的基团组成,催化部位，由一些参与催化反应的基团组成，底物的键在此处被打断或形成新的键，从而发生一定的化学变化。,酶的活力测定,酶活力（酶活性，,enzyme activity,）是指酶催化一定化学反应的能力。,酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度,(reaction rate),来表示，两者呈线性关系。,酶量很难用酶的,“,量,”,（质量、体积、浓度）来表示。常用酶活力来表示酶量，即酶催化某一特定化学反应的能力。,5,酶活力测定及分离提纯,P,t,斜率,=P/t=v,酶的活力单位(enzyme activity unit，U),酶活力单位是酶活力大小或酶量的量度。,合成酶类催化一切必须与ATP分解相偶联，并由两种物质(双分子)合成一种物质的反应。,1878年 Kuhle开始使用Enzyme这一术语，mean：in yeast,1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转化为酒精。,80年代初Cech和Altman分别发现了具有催化功能的RNA（核酶，ribozyme),如天冬酰胺合成酶、丙酮酸羧化酶等。,1963年Hirs、Moore、Stein测定了RNase A的氨基酸序列,转移酶类催化分子间基团的转移。,由于产物是从无到有，因此一般测定产物的增加。,辅酶与酶蛋白结合较疏松（非共价键相连），可用透析或超滤方法除去，一种辅酶可为几种酶的辅酶。,H2O2 H2O+O2,H2O2 H2O+O2,如天冬酰胺合成酶、丙酮酸羧化酶等。,如葡萄糖酸异构酶、磷酸甘油酸磷酸变位酶等。,有些酶的活性与辅因子参与相关,酶的活力单位,(enzyme activity unit,，,U),酶活力单位是酶活力大小或酶量的量度。在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。,1961,年，酶学委员会规定：,1,个酶活力单位,(IU,，国际单位,),，是指在最适条件,(,温度,25),下，每分钟内催化,1,微摩尔,(,mol,),底物转化为产物所需的酶量。,测定条件：,25,和最佳,pH,及底物浓度等条件。,一般也用习惯法，如,-,淀粉酶，可用每小时催化,1g,可溶性淀粉液化所需要的酶量来表示。,酶促反应速度,(reaction rate),可用单位时间、单位体积中底物的减少或产物的增加表示。如用化学滴定、比色、比旋光度、测定紫外吸收、电化学法、气体测定等。由于产物是从无到有，因此一般测定产物的增加。,1973,年酶学委员会推荐用,Katal,（,Kat,）单位，以便与国际单位制,SI,一致。,Katal,单位是指在一定条件下每秒钟催化,1mol,底物转化所需要的酶量。,1Kat=610,7,U,，,1U=16.67nKat,