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1、第三章 酶Enzyme本章主要内容本章主要内容p第一节第一节 概述概述p第二节第二节 酶的分子结构酶的分子结构p第三节第三节 酶的作用特点酶的作用特点及工作原理及工作原理p第四节第四节 影响酶促反应速度的因素影响酶促反应速度的因素p第五节第五节 酶活性的调节酶活性的调节p第六节第六节 酶的分类与命名酶的分类与命名p第七节第七节 酶和医学酶和医学第一节第一节 概述概述重点：酶的概念与化学本质重点：酶的概念与化学本质一、酶的发现与研究简史一、酶的发现与研究简史p公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。“昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹，禹饮而甘之，昔者，帝女令仪狄作酒而
2、美，进之禹，禹饮而甘之，曰曰:后世必有饮酒而之国者。后世必有饮酒而之国者。遂疏仪狄而绝旨酒遂疏仪狄而绝旨酒”。刘向。刘向 ; 酶：酶：【五音集韻五音集韻】酒母也。酒母也。p1700s，观察到：胃液对肉的消化；植物提取物和唾液，观察到：胃液对肉的消化；植物提取物和唾液使淀粉转变为糖。使淀粉转变为糖。p1897年，年，Eduard Buchner意外意外发现并证明发酵过程发现并证明发酵过程并不需要完整的活细胞存在。这一贡献彻底推翻并不需要完整的活细胞存在。这一贡献彻底推翻“活力论活力论”观点。也打开了通向现代酶学与现代生观点。也打开了通向现代酶学与现代生物化学的大门，物化学的大门，1907年的诺贝
3、尔化学奖年的诺贝尔化学奖。p1878年，年，Wilhelm Khne首次提出首次提出酶酶(enzyme)的概念。的概念。p许多研究者开始鉴定酶的生物化学特性，发现与许多研究者开始鉴定酶的生物化学特性，发现与蛋白蛋白质质有关；但有关；但一些人认为酶不是蛋白质，辩称蛋白质只一些人认为酶不是蛋白质，辩称蛋白质只是酶分子的携带者，蛋白质本身并不具有催化活性是酶分子的携带者，蛋白质本身并不具有催化活性。p1926年，年，James B. Sumner发现脲酶是一个纯的蛋白质；发现脲酶是一个纯的蛋白质；并于并于1937年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。年再次发现过氧化氢酶也是蛋白质。John H. Nort
4、hrop和和Wendell M. Stanley则确认胃蛋白酶、胰蛋则确认胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是蛋白质。白酶和胰凝乳蛋白酶是蛋白质。p随后发现的随后发现的2千余种酶均证明是千余种酶均证明是蛋白质蛋白质。1946年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖p1980s，Thomas R. Cech和和Sidney Altman分别在四膜分别在四膜虫的虫的RNA前体加工和细菌核糖核酸酶前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中复合物研究中发现：发现：RNA具有催化作用具有催化作用，并提出了，并提出了核酶核酶的概念。的概念。p1994年，年，Gerald.F.Joyce等发现了具有催化活性的等发现了具有
5、催化活性的DNA（为人工合成），称为（为人工合成），称为脱氧核酶脱氧核酶。Thomas R. CechSidney Altman1989年度年度诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖p1902年，年，Victor Henri提出了酶动力学的定量理论，提出了酶动力学的定量理论，但没有得到有力的实验证实。但没有得到有力的实验证实。p1913年，年，Leonor Michaelis和其博士后和其博士后Maud Leonora Menten证实了证实了Henri的理论并扩展为的理论并扩展为米氏方程米氏方程。随后，。随后，G. E. Briggs and J. B. Haldane又对其进行了扩展。又对其进行了扩展。
6、二、酶的概念及化学本质二、酶的概念及化学本质p概念：酶是具有催化功能的生物分子。概念：酶是具有催化功能的生物分子。约约4000余种，催化生物体内的众多化学反应，余种，催化生物体内的众多化学反应，并受到精确调节，保证体内代谢的高效有序并受到精确调节，保证体内代谢的高效有序进行。进行。* 酶促反应： 由酶催化的反应* 底物（substrate)：酶所催化的物质* 产物（product)：酶所催化的底物的转变物SPEp酶的化学本质：酶的化学本质：几乎所有酶均为几乎所有酶均为蛋白质蛋白质，部分为，部分为核酸核酸。u核酶核酶(ribozyme)：具有催化功能的具有催化功能的RNA。第二节第二节 酶的分子
7、结构酶的分子结构重点：活性中心、必需基团、辅酶重点：活性中心、必需基团、辅酶/辅基等辅基等概念；维生素概念；维生素辅酶辅酶/辅基辅基作用作用一、酶的不同存在形式一、酶的不同存在形式单体酶：单体酶：由由一条多肽链一条多肽链组成。组成。寡聚酶：寡聚酶：含含两条或以上多肽链两条或以上多肽链，即多个相，即多个相同或不同亚基以非共价键连接形成的酶。同或不同亚基以非共价键连接形成的酶。多酶体系：多酶体系：由由几种不同功能的酶几种不同功能的酶彼此聚合彼此聚合组成的多酶复合物。组成的多酶复合物。多功能酶：多功能酶：指一些多酶体系在进化过程中指一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，由于基因的融合，多种不同催化
8、功能存在多种不同催化功能存在于一条多肽链于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶或中，这类酶称为多功能酶或串联酶。串联酶。蛋白质部分：酶蛋白非蛋白质部分：辅助因子全酶 holoenzyme二、酶的分子组成二、酶的分子组成单纯酶：指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。结合酶apoenzymecofactorp按照分子组成分为两种：按照分子组成分为两种：p从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：从化学本质上来讲，辅助因子可分为两类：金属离子：金属离子：是最常见的辅助因子，约是最常见的辅助因子，约2/3的的酶含有金属离子。酶含有金属离子。金属酶：金属酶：金属离子和酶结合紧密。如羧基肽酶。金属离子和酶结合紧密
9、。如羧基肽酶。金属激活酶：金属激活酶：金属离子与酶的结合不甚紧密。金属离子与酶的结合不甚紧密。如己糖激酶等。如己糖激酶等。小分子有机化合物：小分子有机化合物：通常为维生素或其体内通常为维生素或其体内代谢转变生成的衍生物，见后。代谢转变生成的衍生物，见后。p按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为：按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为：辅酶辅酶(Coenzyme)：与酶蛋白结合疏松与酶蛋白结合疏松，可用可用透析或超滤方法除去。透析或超滤方法除去。辅基辅基(Prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密与酶蛋白结合紧密，不能用不能用透析或超滤法除去。透析或超滤法除去。三、维生素与辅助因子
10、三、维生素与辅助因子1.定义：维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代定义：维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代谢所必需的营养物质，人体的需要量极小（常以毫克谢所必需的营养物质，人体的需要量极小（常以毫克或微克计），但在体内不能合成或合成量很少，必须或微克计），但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一类小分子有机化合物。由食物供给的一类小分子有机化合物。2.主要分为两类：主要分为两类：脂溶性脂溶性维生素：包括维生素：包括VitA、D、E 、K 。水溶性水溶性维生素：包括维生素：包括B族维生素族维生素、VitC两类。两类。3.B族维生素族维生素主要参与形成酶的辅助因子，具体见下表。主
11、要参与形成酶的辅助因子，具体见下表。名称名称别名别名活性形式活性形式作用作用VitB1硫胺素硫胺素TPP-酮酸氧化脱羧酶的辅基酮酸氧化脱羧酶的辅基VitB2核黄素核黄素FMN;FAD 黄素酶黄素酶的辅基的辅基(传递氢传递氢)VitPP尼克酸尼克酸, 尼克酰胺尼克酰胺NAD+; NADP+多种多种脱氢酶脱氢酶的辅酶的辅酶(传递氢传递氢)VitB6吡哆醇吡哆醇吡哆醛吡哆醛吡哆胺吡哆胺磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺氨基酸脱羧酶和转氨酶氨基酸脱羧酶和转氨酶的辅基的辅基泛酸泛酸遍多酸遍多酸CoA酰基转移酶酰基转移酶的辅酶的辅酶生物素生物素VitH生物素生物素羧化酶的辅基羧化酶的辅基叶酸叶酸FH
12、4一碳单位转移酶的辅酶一碳单位转移酶的辅酶VitB12钴胺素钴胺素甲钴胺素甲钴胺素甲基转移酶的辅酶甲基转移酶的辅酶维生素与常见的辅酶维生素与常见的辅酶/辅基辅基（1）VitB2(核黄素核黄素)FMN和和FAD，是黄素酶的辅基，是黄素酶的辅基(传递氢传递氢)。 黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMN）Flavin mononucleotideCH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）Flavin adenine dinucleotide异咯嗪核醇腺嘌呤FMN和
13、和FAD递氢机制递氢机制 RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+ 2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）（2）VitPP(尼克酸尼克酸,尼克酰胺尼克酰胺)NAD+/NADP+ ，多种脱氢酶的辅酶，多种脱氢酶的辅酶(传递氢传递氢)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+Nicotinamide adenine dinucleotide尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP+加上磷酸则为NADP+NAD+（NADP+）的递氢机制）的递氢机制NAD+或或NADP+（氧化
14、型）（氧化型）NADH或或NADPH （还原型）（还原型）（3）泛酸）泛酸(遍多酸遍多酸)辅酶辅酶A（CoA），是酰基转移酶的辅酶，是酰基转移酶的辅酶泛酸泛酸巯基乙胺巯基乙胺3-P-ADPp酶的活性中心：酶的活性中心：酶分子中酶分子中某些必需基团在一级结构某些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，形成间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构的区域，具有特定空间结构的区域，能能与底物特异结合与底物特异结合并并催化催化底物转化为产物底物转化为产物，这一区，这一区域称为酶的活性中心或活域称为酶的活性中心或活性部位。性部位。p酶的活性中心是酶分子执酶的活性中心是
15、酶分子执行其催化功能的部位行其催化功能的部位。四、酶的活性中心四、酶的活性中心(active center)胰蛋白酶胰蛋白酶 (Trypsin in Pancreas)p必需基团：必需基团：指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些指酶分子中氨基酸残基侧链上的一些与酶与酶催化活性密切相关的化学基团催化活性密切相关的化学基团。胰凝乳蛋白酶的活性中心胰凝乳蛋白酶的活性中心Chymotrypsin Active center一级结构一级结构空间结构空间结构活性中心活性中心所有基团活性中心内活性中心外的必需基团：维持酶空间构象等必需基团结合基团：结合底物其它催化基团：催化底物转变成产物p酶分子中的化学基团酶分子
16、中的化学基团：第三节第三节 酶的作用特点与工作原理酶的作用特点与工作原理重点：酶的特性重点：酶的特性一、酶催化作用的特点一、酶催化作用的特点（一）与一般催化剂的共性SPE1.在催化反应的过程中自身的质和量保持不变；在催化反应的过程中自身的质和量保持不变；2.只能催化热力学上允许的反应；只能催化热力学上允许的反应；3.只能缩短达到化学平衡的时间，但不改变反应的平只能缩短达到化学平衡的时间，但不改变反应的平衡点即平衡常数；衡点即平衡常数；4.加速反应的机制都是加速反应的机制都是降低反应的活化能降低反应的活化能。（二）酶与一般催化剂的区别（二）酶与一般催化剂的区别即即酶的特性酶的特性1.高效性高效性2.专一性专一性(高度特异性高度特异性)3.可调节性可调节性4.不稳定性不稳定性酶与一般催化剂催化效率的比较酶与一般催化剂催化效率的比较底物底物 催化剂催化剂 反应温度反应温度 反应速度常数反应速度常数尿素尿素 H + 62 7.4 10-7 脲酶脲酶 21 5.0 106过氧化氢过氧化氢 Fe 2+ 22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 107 与不加催化剂相比提高与不加催化剂相比提高
