酶的概念及特点

Enzyme第一节酶的概念及特点一、酶的概念生物体内的反应是在很温和的条件（如温和的温度、接近中性的pH）下进行的，而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件。酶的概念—酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。一、酶的概念酶是但酶发挥其催化作用并不局限于活细胞内，在许多情况下，细胞内产生的酶需分泌到细胞外或转移到其它组织器官中发挥作用，如胰蛋白酶、脂酶、淀粉酶等水解酶。把由细胞内产生并在细胞内发挥作用的酶称为胞内酶，而将细胞内产生后分泌细胞外起作用的酶叫胞外酶。一、酶的概念在本章节中把酶所催化的反应称作酶促反应，发生化学反应前的物质称底物（substrate），而反应后生成的物质称产物（product）。二、酶的特性1.酶具有共同于一般催化剂的特征用量少;只能催化热力学上允许的反应;不改变反应的平衡点，而只能缩短时间。催化机理都是降低反应所需的活化能。酶促反应的速度比非酶促反应通常要快107~1014倍如此高的催化效率使生物体内含量甚微的酶能催化大量的物质转化。二、酶的特性2.酶不共同于一般催化剂的特征催化效率极高用简单的实验证明酶的催化效率：铁屑肝糜肝糜(煮)2H2O22H2O+O2二、酶的特性1000109二、酶的特性2.酶不共同于一般催化剂的特征铂：催化许多反应，包括有机反应H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等酶：只作用于结构近似的分子，甚至只催化一种化合物。专一性很强二、酶的特性2.酶不共同于一般催化剂的特征酶对环境条件极为敏感酶活性可以调控酶催化的专一性(specificity)是指酶对它所催化的反应及其底物具有的严格的选择性。通常一种酶只能催化一种或一类化学反应。由酶对底物选择的严格程度，可将酶的专一性分为多种类型：三、酶的专一性的类型1.绝对专业性—除一种底物外，酶都不能催化其它反应的特性三、酶的专一性的类型H2NNH2CO2NH3+CO2脲酶H2O2相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。A基团专一性(groupspecificity)—在催化A-B化合物中，酶对其中的一个基团具有高度甚至是绝对专一性，而对另一个基团则具有相对专一性的特性。三、酶的专一性的类型OCH2OHOHOHOHOR葡萄糖苷2相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。三、酶的专一性的类型B键专一性(bondspecificity)—在催化A-B化合物中，酶对A,B基团的结构要求不严，而要求有一定的化学键便能进行催化反应特性。C立体专一性(stereospecificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。a.立体异构专一性:三、酶的专一性的类型L氨基酸酮酸+NH3+H2O2L氨基酸氧化酶H2O+O2C立体专一性(stereospecificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。B.几何异构专一性:三、酶的专一性的类型HOOCCHHCCOOH延胡索酸延胡索酸酶CH2COOHCHCOOHHO苹果酸三、酶的专一性的类型Summry绝对专一性一种酶只能催化一种底物。如6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶。立体专一性一种酶只能对一种立体异构体起催化作用。相对专一性键专一性一种酶只作用于一定的化学键，对键两侧的基团无要求。如酯酶。基团专一性不仅要求底物具有一定的化学键，还对键某一侧的基团有选择性。如磷酸单酯酶。第二节酶的结构与活性1.酶的组成成分结合酶——除蛋白质外，还有非蛋白质成分即全酶=酶蛋白+辅因子由酶的组成成分，酶可分为两类：单纯酶——仅由蛋白质组成辅基——与酶蛋白结合较紧密，常常以共价键结合，小分子有机物及金属离子辅因子有两种：辅酶——与酶蛋白结合较松弛,小分子有机物一.酶的结构2.酶的聚合状态单体酶——酶蛋白仅有一条多肽链。寡聚酶——酶蛋白是寡聚蛋白质，由几个至几十个亚基组成，以非共价键连接。多酶复合体——由几个酶聚合而成的复合体。一般由在系列反应中功能相关的酶组成，有利于一系列反应的连续进行。由酶的聚合状态，酶可分为三类：一.酶的结构3.同工酶指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶不同点：体外：理化性质体内：催化特性、分布的部位、生物学功能每组同工酶中各种酶的异同：相同点：催化相同的化学反应,大多数是寡聚酶一.酶的结构同工酶的定义：3.同工酶以乳酸脱氢酶为例一.酶的结构乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase，LDH)3.同工酶一.酶的结构LDH是1959年发现的第一个同工酶。由4个亚基组成的寡聚酶，亚基分为M型和H型。因此可以装配成五种四聚体：H4(LDH1)、H3M(LDH2)、H2M2(LDH3)、HM3(LDH4、M4(LDH5)不同的LDH分布在不同组织中。例如，脊椎动物心脏中主要是LDH1，而骨骼肌的则是LDH5。3.同工酶对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非常重要；是代谢调节的一种重要方式。同工酶的作用：同工酶物理性质差异：1.Aa组成和顺序不同2.催化特性不同3.电泳行为不同4.组织、器官中分布不同5.生理功能不同一.酶的结构3.同工酶一.酶的结构原点心肌肾肝骨骼肌血清LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)不同组织中的LDH同工酶的电泳图谱3.同工酶一.酶的结构研究同工酶的意义：是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传等方面的有力工具。研究蛋白质结构和功能的好材料。在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用价值。指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。（1）酶活性中心的组成：由一些氨基酸残基的侧链基团组成。对于结合酶，辅因子常常是活性中心的组成部分。这些基团在一级结构上可能相距很远，甚至可能不在一条肽链上，但在蛋白质空间结构上彼此靠近，形成具有一定空间结构的区域。二.酶的结构与活性1.酶的活性中心二.酶的结构与活性1.酶的活性中心二.酶的结构与活性Thestructureofaglycogenphosphorylasemonomer1.酶的活性中心（2）酶的活性中心的特点二.酶的结构与活性Substratestypicallylosewatersofhydration水合作用intheformationoftheEScomplex1.酶的活性中心（2）酶活性中心的特点2.都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形状，但不是刚性的，而具有一定的柔性3.活性中心为非极性的微环境，有利于与底物的结合二.酶的结构与活性1.活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分（约1%2%），相当于23个氨基酸残基1.酶的活性中心（2）酶活性中心的特点4.底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用并结合到酶的活性中心二.酶的结构与活性5.酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催化底物的敏感化学键部位1.酶的活性中心结合部位：底物在此与酶分子结合。一个酶的结合部位又可以分为各种亚位点，分别与底物的不同部位结合。催化部位：底物的敏感键在此被打断或形成新的键，从而发生一定的化学反应。一个酶的催化部位可以不止一个。二.酶的结构与活性（2）有关酶活性中心的几个术语1.酶的活性中心有些酶的分子表面除了活性中心外，还具有重要的功能部位——调节中心调节中心可以与小分子的代谢物相结合，使酶分子的构象发生改变，从而影响酶的活性。这种作用叫变构效应(又叫别构效应)；具有变构效应的酶叫变构酶，引起变构的小分子物质叫变构剂(调节物)。二.酶的结构与活性1.酶的活性中心使酶活性升高的变构叫正变构，此时的变构剂叫正变构剂(正调节物)；使酶活性降低的变构叫负变构，此时的变构剂叫负变构剂(负调节物)。二.酶的结构与活性二.酶的结构与活性2.变构酶变构酶（别构酶）是指一些含有2个或2个以上亚基的寡聚酶，在变构酶分子上，别构效应剂的调节部位一般远离活性中心，但活性部位与调节部位之间或者活性部位之间，存在着相互作用（变构效应，协同效应）。调节物与酶分子的调节部位结合之后，引起酶分子构象发生变化，从而提高或降低活性部位的酶活性变构酶的特点：变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。变构酶的v-[S]的关系不符合米氏方程，所以其曲线不是双曲线型。已知的变构酶都是寡聚酶。二.酶的结构与活性2.变构酶二.酶的结构与活性2.变构酶1A2456783[S]50%Vmax100%B[S]90%V[S]10%V=81[S]90%V[S]10%V=3别构酶动力学曲线A.为非调节酶的曲线B.为别构酶的S形曲线二.酶的结构与活性2.变构酶完整的酶分子催化亚基调节亚基(活性形式)(三聚体)(二聚体)E.coliATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶)中亚基排列及全酶与亚基的关系二.酶的结构与活性2.变构酶二.酶的结构与活性3.诱导酶诱导酶（inducenzyme）是细胞内在正常状态下一类很少存在或没有的酶，当细胞中因加入了诱导物后而被诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。诱导酶是20世纪四十年代，微生物学工作者在研究大肠杆菌以葡萄糖和山梨糖醇为培养基时出现二度生长时发现的.二.酶的结构与活性3.诱导酶即第一次生长的量与葡萄糖成比例，第二次生长的量与山梨糖醇浓度成比例。二度生长现象是由于一般大肠杆菌细胞内只有利用葡萄糖的酶，而不含利用山梨糖醇的酶。因此对葡萄糖的利用不需要适应，即可利用，而对山梨糖醇的利用必需在山梨糖醇的诱导下，生成能分解山梨糖醇的酶才能进行，但这种诱导作用受到葡萄糖的阻遏，故必须在葡萄糖消耗完后才逐渐利用山梨糖醇。二.酶的结构与活性3.诱导酶光度密小时（h）143929.526.543.513.5(a)(b)(c)010203040506070E.coli二度生长现象a：葡萄糖50μg/mL，山梨糖醇150μg/mL；b：葡萄糖100μg/mL，山梨糖醇100μg/mL；C：葡萄糖150μg/mL；山梨糖醇50μg/mL）