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1、第四章第四章 酶酶 (Enzymes) 内内 容容 简简 介介酶是具有酶是具有高度催化效率高度催化效率及及高度特异性高度特异性的的蛋白质蛋白质。酶通过多种机制酶通过多种机制降低反应活化能降低反应活化能使反应速率增加。使反应速率增加。酶分子一级结构及空间结构是催化功能的基础。酶分子一级结构及空间结构是催化功能的基础。酶促反应速率酶促反应速率受到受到S、E、pH、T、抑制剂及激活、抑制剂及激活剂的影响剂的影响酶活性酶活性可受到别构调节、共价修饰、酶原激活、关键可受到别构调节、共价修饰、酶原激活、关键酶、多酶体系、同工酶等酶、多酶体系、同工酶等调节调节酶的命名包括习惯命名和系统命名，酶可分为六类。酶
2、的命名包括习惯命名和系统命名，酶可分为六类。酶与疾病发生、诊断、治疗等密切相关酶与疾病发生、诊断、治疗等密切相关。一、一、酶的概念酶的概念酶是由生物活细胞产生的具有酶是由生物活细胞产生的具有高效催化功能高效催化功能和高度专一性的一类特殊和高度专一性的一类特殊蛋白质蛋白质，又叫生物催化，又叫生物催化剂剂 绝大多数的酶都是蛋白质。绝大多数的酶都是蛋白质。 酶的化学本酶的化学本质是什麽？质是什麽？酶的概念 一、相关概念一、相关概念 酶催化的生物化学反应，称为酶催化的生物化学反应，称为酶促反应酶促反应。 被酶的催化的物质称为被酶的催化的物质称为底物底物(S)(S) 反应的生成物为反应的生成物为产物产物
3、（P P） 酶所具有的酶所具有的催化能力催化能力称酶的称酶的活性活性 酶失去催化能力称酶失去催化能力称酶的失活酶的失活 酶的组成酶的组成 单纯酶：单纯酶：完全完全由氨基酸组成由氨基酸组成，催化能力由蛋，催化能力由蛋白质的结构决定白质的结构决定(淀粉酶脂肪酶蛋白酶淀粉酶脂肪酶蛋白酶等都是单纯酶等都是单纯酶) 结合酶：结合酶：这类酶由这类酶由蛋白质蛋白质和和非蛋白质非蛋白质两部分两部分组成此酶水解后除得到氨基酸外，还有非组成此酶水解后除得到氨基酸外，还有非氨基酸类物质蛋白质部分称为氨基酸类物质蛋白质部分称为酶蛋白酶蛋白，非，非蛋白质部分称为蛋白质部分称为辅助因子辅助因子生物体内多数酶生物体内多数酶
4、是结合酶是结合酶 结合酶结合酶（全酶）酶蛋白辅助因子（全酶）酶蛋白辅助因子非共价非共价 共价紧密共价紧密 辅助因子的种类及作用辅助因子的种类及作用名称名称 缩写名缩写名 转移基团转移基团 所含维生素所含维生素辅酶辅酶/辅酶辅酶 NAD+/NADP+H+、电子、电子 尼克酰胺尼克酰胺黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 氢原子氢原子 B2焦硫酸硫胺素焦硫酸硫胺素 TPP醛基醛基 B1磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基氨基 B6辅酶辅酶A CoASH 酰基酰基 泛酸泛酸生物素生物素 CO2 生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸 FH4 一碳单位一碳单位 叶酸叶酸辅酶辅酶B12 氢原子、烷基氢原子、烷基 B1
5、2一些金属酶和金属激活酶类 金属酶金属酶 金属离子金属离子 金属激活酶金属激活酶 金属离子金属离子 碳酸酐酶碳酸酐酶 Zn2+ 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 K+ 羧基肽酶羧基肽酶 Zn2+ 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 K+ Mg2+ 过氧化物酶过氧化物酶 Fe2+ 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 Mn2+ Zn2+过氧化氢酶过氧化氢酶 Fe2+ 精氨酸酶精氨酸酶 Mn2+ 己糖激酶己糖激酶 Mg2+ 磷酸水解酶类磷酸水解酶类 Mg2+磷酸转移酶磷酸转移酶 Mg2+ 蛋白激酶蛋白激酶 Mg2+，Mn2+ 锰超氧化物歧化酶锰超氧化物歧化酶 Mn2+ 磷脂酶磷脂酶C Ca2+谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶
6、Se 磷脂酶磷脂酶A2 Ca2+一些酶含有机分子辅酶和金属离子一些酶含有机分子辅酶和金属离子酶名称酶名称金属离子金属离子有机分子辅基有机分子辅基细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶CuCu2+2+血红素血红素醇脱氢酶醇脱氢酶FeFe2+2+，MoMo6+6+ FADFAD黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶FeFe2+2+，MoMo6+6+FADFAD丁酰丁酰CoACoA脱氢酶脱氢酶MoMo6+6+FADFAD琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FeFe2+2+FADFADNADH-NADH-细胞色素还原酶细胞色素还原酶 FeFe2+2+FADFAD甲基丙二酰甲基丙二酰CoACoA异构酶异构酶 CoCo2+2+，CoCo3+
7、3+钴胺素辅酶钴胺素辅酶（二）单体酶、寡聚酶、多酶体系（二）单体酶、寡聚酶、多酶体系多酶体系多酶体系 有助于代谢的顺利进行有助于代谢的顺利进行多功能酶多功能酶 便于调控便于调控。二、酶的活性中心二、酶的活性中心酶的活性中心：酶酶的活性中心：酶分子中能与底物分子中能与底物结合并将底物转结合并将底物转化为产物的具有化为产物的具有特定空间结构的特定空间结构的区域称为酶的活区域称为酶的活性中心性中心酶的必需基团：指酶分子中与酶的活性密切相关的基团酶的必需基团：指酶分子中与酶的活性密切相关的基团 二酶的必需集团和活性中心二酶的必需集团和活性中心 必需基团必需基团: :酶分子中有些基团若经化学酶分子中有些
8、基团若经化学修饰（氧化、还原、酰化、烷化）使修饰（氧化、还原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团其改变，则酶的活性丧失，这些基团称为必需基团。称为必需基团。 活性中心活性中心：酶分子中由必须基团互相：酶分子中由必须基团互相靠近所构成的能直接与底物结合并催靠近所构成的能直接与底物结合并催化底物转变为产物的空间部位化底物转变为产物的空间部位(活性部活性部位位)。 必需基团必需基团活性中心活性中心结合部位结合部位催化部位催化部位结构基团：位于酶的活性中心外结构基团：位于酶的活性中心外,维持酶的空间结构维持酶的空间结构 二酶的必需集团和活性中心酶的必需集团和活性中心专一性专一性催化性质催化
9、性质一些酶活性中心的必需基团一些酶活性中心的必需基团 名称名称活性中心的必需基团活性中心的必需基团胰蛋白酶胰蛋白酶 His42 Ser180 Asp87弹性蛋白酶弹性蛋白酶 His57 Asp102 Ser195 Asp194 Ile16 羧基肽酶羧基肽酶 Arg145 Tyr248 Glu270 溶菌酶溶菌酶 Glu35 Asp52乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 Asp30 Asp53 Lys58 Tyr85 Arg101 Glu140 Arg171 His195 Lys250胰糜蛋白酶胰糜蛋白酶 His57 Asp102 Asp194 Ser195 Ile16三、酶的结构与功能三、酶的结构与功能（一
10、）一级结构与功能（一）一级结构与功能蛋白酶蛋白酶催化基团丝氨酸残基周围的固定氨基酸序列催化基团丝氨酸残基周围的固定氨基酸序列胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶AC A G A S G V S S C M G D S（195）G G P L V胰蛋白酶胰蛋白酶C A G Y L E G G K D S C Q G D S（195）G G P V V胰弹性蛋白酶胰弹性蛋白酶C A G G N G V R S G C Q G D S（195）G G P L H凝血酶凝血酶C A G Y K P G E G K R G D A C E G D S（195）G G P F V凝血因子凝血因子XC A G Y- D
11、 T Q P E - D A C Q G D S（195）G G P H V纤维蛋白溶酶纤维蛋白溶酶C A G H L A G G T D S C Q G D S（195）G G P L V血浆缓激肽血浆缓激肽C A G Y L P G G K D T C M G D S（195）G G P L I（二）空间结构与功能（二）空间结构与功能酶的活性中心是三维立体结构的裂缝或裂隙酶的活性中心是三维立体结构的裂缝或裂隙（五）（五） 同工酶同工酶 （isozyme） 是指催化相同的化学反应，但酶分子是指催化相同的化学反应，但酶分子结构、理化性质及免疫学性质等不同的一结构、理化性质及免疫学性质等不同的一
12、组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链或由同一基因转录生成的不同码的多肽链或由同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质翻译的不同多肽链组成的蛋白质。 哺乳类动物细胞的乳酸脱氢酶（哺乳类动物细胞的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase， LDH）共有）共有5种同工酶。该酶是由种同工酶。该酶是由两种亚基构成的四聚体，一种亚基是骨骼肌型两种亚基构成的四聚体，一种亚基是骨骼肌型（M），另一种亚基是心肌型（），另一种亚基是心肌型（H）。这两种亚基）。这两种亚基以不同比例组成以不同比例组成5种同工酶种同工酶。 图5-7 LDH同
13、工酶HDL1 H4HDL2H3M1HDL3H2M2HDL4HM3HDL5 M4HHHHHHHHHHMMMMM MMMMM 同工酶LDH同同工酶工酶亚基亚基组成组成红细红细胞胞白细白细胞胞血清血清骨骼骨骼肌肌心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾脾LDH1H4431227.10731443210LDH2H3M444934.70243444425LDH3H2M3123320.95335121110LDH4HM31611.7160512720LDH5M4005.7790120565人的人的LDH同工酶谱（同工酶谱（LDH活性的百分数活性的百分数% ） 有相同催化功能的同一类酶，其活性中心的一些氨基酸有相同催化功能的
14、同一类酶，其活性中心的一些氨基酸序列有极大的同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶序列有极大的同源性。如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心的氨基酸残基有均属于胰蛋白酶家族，这三种酶活性中心的氨基酸残基有25%的同源性，甚至二硫键的位置亦相同的同源性，甚至二硫键的位置亦相同 。 酶一级结构的差别也决定了催化性质的不同，酶一级结构的差别也决定了催化性质的不同，如胰蛋白酶、如胰蛋白酶、 胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活性中心酶的活性中心Ser残基附近都有一个在立体结构上残基附近都有一个在立体结构上的的“口袋口袋”状结构。由于三种蛋白
15、酶的口袋状结构。由于三种蛋白酶的口袋”状结状结构不同，决定其与不同底物结合即有不同特异性。构不同，决定其与不同底物结合即有不同特异性。 酶的特异的三维空间结构是酶催化功能的基础。酶的特异的三维空间结构是酶催化功能的基础。酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的酶的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必需结构。必需结构。图 5-2 胰蛋白酶、 胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶活性中心底物结合口袋第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类Cysteine proteinase乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27第1大类氧化还原酶第1亚类氧化基团CHOH第1亚亚类H受体为NAD+该酶在
16、亚亚类中的流水编号六大类中的一类六大类中的一类作用的键的类型作用的键的类型作用的键的类型作用的键的类型序列号序列号 转移酶类转移酶类 转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。谷丙转氨酶谷丙转氨酶CH3CH COOHNH2H OOCCH2CH2CCOOHOH OOCCH2CH2CH COOHNH2CH3CCOOHO 氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶AH2+BA+BH2 水解酶类水解酶类水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH 裂解酶类：裂解酶类：催化从底物分子中移去一个基团催化从底物分子中移去一个基团 或原子而形成双键的反应及其逆反应。或原子而形成双键的反应及其逆反应。HOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH苹果酸裂合酶苹果酸裂合酶 异构酶类异构酶类 异构酶催化各种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。6-磷酸葡萄糖异构磷酸葡萄糖异构酶酶 合成酶类：称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应
