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1、 第第4章章 酶酶 （enzyme）酶酶辅酶辅酶酶促反应动力学酶促反应动力学酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系酶应用酶应用4.1 酶酶-生物催化剂生物催化剂w酶的概念酶的概念w酶的命名和分类酶的命名和分类w酶催化作用的特性酶催化作用的特性酶的概念酶的概念w酶酶：活细胞产生的一类具有活细胞产生的一类具有催化功能催化功能的的生物分子，所以又称生物催化剂生物分子，所以又称生物催化剂w在酶的作用下，许多生物化学反应过程在酶的作用下，许多生物化学反应过程可以在可以在温和的条件温和的条件下（如室温、常压、下（如室温、常压、水溶液中）以很水溶液中）以很高的速率和效率高的速率和效率进行。进行。乳酸丙酮酸
2、酶促反应酶促反应：酶催化的生物化学反应：酶催化的生物化学反应底物底物：在酶的催化下：在酶的催化下发生化学变化发生化学变化的物质的物质底物底物产物产物辅酶辅酶酶的化学本质酶的化学本质-大多数酶是大多数酶是蛋白质蛋白质1930年，年，Northrop等得到了胃等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。蛋白质。1926年，美国年，美国Sumner得到得到脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 20世纪世纪80年代，发现某些年代，发现某些RNA有催化活性，还有催化活性，还有一些抗体也有催化活性，甚
3、至有些有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化也有催化活性，活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。1982年美国年美国T.Cech等人发现四膜虫等人发现四膜虫的的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现况下进行自我加工，发现RNA有催化活有催化活性性Cell,1982年年,vol 31,147-157，并并命名这一类酶为命名这一类酶为核酶核酶，获，获1989年年诺贝尔诺贝尔化学奖化学奖。1995年年Cuenoud等发现有些等发现有些DN
4、A分子分子亦具有催化活性。亦具有催化活性。酶的命名酶的命名1.习惯命名法习惯命名法2.系统命名法系统命名法1.习惯命名法习惯命名法根据酶催化的根据酶催化的反应类型反应类型和和底物底物来命来命名，目前已对名，目前已对2000多种酶作了分类和多种酶作了分类和命名。命名。如：如：催化催化水解淀粉水解淀粉的酶称为的酶称为淀粉酶淀粉酶催化催化水解蛋白水解蛋白的酶称为的酶称为蛋白酶蛋白酶习惯命名法简单，使用方便，但缺乏系统性习惯命名法简单，使用方便，但缺乏系统性2.系统命名法系统命名法（1961年，国际生物化学会议酶委员会）年，国际生物化学会议酶委员会）系统命名包括系统命名包括底物名称底物名称反应性质反应
5、性质两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。）分开。丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 谷丙转氨酶谷丙转氨酶习惯命名习惯命名系统命名系统命名丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 酶的分类酶的分类水解酶水解酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶AB+H2O AOH+BH+H2O蛋白水解酶蛋白水解酶氧化还原酶（脱氢酶、氧化酶）氧化还原酶（脱氢酶、氧化酶）A2H+BA+B2H乳酸丙酮酸辅酶I还原性辅酶I转移酶转移酶裂合酶裂合酶(醛缩酶、水化酶、脱氨酶醛缩酶、水化酶、脱氨酶)从底物移去一个
6、基团而形成双键从底物移去一个基团而形成双键例1：ABA+B例例2：异构酶异构酶 催化同分异构体的相互转化，即底物分子内催化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基团或原子的重排过程例：gA-BA-Bg合成酶（连接酶）合成酶（连接酶）催化催化C-C,C-O,C-N,C-S键的形成反应键的形成反应将两个小分子合成一个大分子，通常需要将两个小分子合成一个大分子，通常需要ATP供能。供能。腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷二磷酸腺嘌呤核苷二磷酸磷酸磷酸核酸酶核酸酶w非蛋白酶，是一类特殊的非蛋白酶，是一类特殊的RNA，能够催，能够催化化RNA分子中的分子中的磷酸酯键的水解磷酸酯键
7、的水解及其逆及其逆反应。反应。酶酶-生物催化剂生物催化剂酶与一般化学催化剂的共同点：酶与一般化学催化剂的共同点：能够能够改变改变化学反应的化学反应的速率速率，但是，但是不不能改变化学反应能改变化学反应平衡平衡。酶催化的本质：酶催化的本质：能够稳定底物形成的过渡态，降低反能够稳定底物形成的过渡态，降低反应活化能，从而加速反应的进行应活化能，从而加速反应的进行酶催化作用的酶催化作用的特性特性1.高效性高效性3.反应条件温和反应条件温和2.选择性选择性反应专一性反应专一性底物专一性底物专一性结构专一性结构专一性手性专一性手性专一性几何专一性几何专一性1.高效性高效性w酶是自然界中催化活性最高的一类催
8、化剂。酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂。w生命体系中发生的化学反应在没有催化剂生命体系中发生的化学反应在没有催化剂的情况下，许多反应实际上难于进行的情况下，许多反应实际上难于进行w酶的催化作用可使反应速率提高酶的催化作用可使反应速率提高1061012倍，比普通化学催化剂效能至少提高几倍倍，比普通化学催化剂效能至少提高几倍以上。以上。高的催化效率高的催化效率 例：2H2O22H2O+O2 1mole 过氧化氢酶过氧化氢酶 能催化能催化 5106mole H2O2的分解的分解 1mole Fe3+只能催化只能催化610-4mole H2O2的分解的分解 2.选择性选择性（1）反应专一性：）反应
9、专一性：w酶只能选择性地催化一种或一类酶只能选择性地催化一种或一类相同类相同类型的型的化学反应。化学反应。w酶催化的反应几乎不产生副反应酶催化的反应几乎不产生副反应如：蛋白酶能够选择性水解蛋白质或多肽如：蛋白酶能够选择性水解蛋白质或多肽中特定的肽键中特定的肽键一种酶只能作用于某一种或某一类一种酶只能作用于某一种或某一类结构、性结构、性质相似的质相似的物质。物质。A.结构专一性结构专一性w绝对专一性：酶的作用对象是一个特定底物绝对专一性：酶的作用对象是一个特定底物例如，脲酶只能催化尿素水解，而对尿素的类例如，脲酶只能催化尿素水解，而对尿素的类似物无作用。似物无作用。w相对专一性：酶的作用对象是一
10、类化合物或化学相对专一性：酶的作用对象是一类化合物或化学键键例如，胰凝乳蛋白酶能选择性地水解含有芳香例如，胰凝乳蛋白酶能选择性地水解含有芳香侧链的氨基酸残基形成的肽键。侧链的氨基酸残基形成的肽键。（2）底物专一性）底物专一性（2）底物专一性：）底物专一性：B.手性专一性：手性专一性：酶能专一性地与手性底物结合并催化这类底酶能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。物发生反应。例例1，胰蛋白酶只能水解由，胰蛋白酶只能水解由L-氨基酸形成的肽键，氨基酸形成的肽键，而不能水解由而不能水解由D-氨基酸形成的肽键。氨基酸形成的肽键。例例2，淀粉酶只能水解，淀粉酶只能水解D-葡萄糖形成的葡萄糖形成的
11、1,4-糖苷键，糖苷键，而不能影响而不能影响L-葡萄糖形成的糖苷键葡萄糖形成的糖苷键（2）底物专一性：）底物专一性：C.几何专一性几何专一性只能选择性催化某种几何异构体底只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种构型无催化作用。物的反应，而对另一种构型无催化作用。例如，例如，延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（即（即反式丁烯二酸反式丁烯二酸）水合生成苹果酸，）水合生成苹果酸，对马来酸（即对马来酸（即顺式丁烯二酸顺式丁烯二酸）不起作用。）不起作用。3.温和的反应条件温和的反应条件w酶促反应一般在酶促反应一般在pH58的水溶液中进行，的水溶液中进行，反应温度反应温
12、度2040 C。w由于反应条件温和，使某些不希望的副由于反应条件温和，使某些不希望的副反应可以尽可能减少反应可以尽可能减少w由于大多数酶本身是蛋白质，高温或其由于大多数酶本身是蛋白质，高温或其他苛刻的物理或化学条件会引起酶的失他苛刻的物理或化学条件会引起酶的失活。活。单纯蛋白酶单纯蛋白酶：组成为单一蛋白质：组成为单一蛋白质结合蛋白酶结合蛋白酶：除了蛋白质分子，还含有：除了蛋白质分子，还含有非蛋白组分。非蛋白组分。4.2酶的非蛋白组分酶的非蛋白组分-辅酶和金属离子辅酶和金属离子蛋白酶蛋白酶全酶全酶全酶全酶=酶蛋白酶蛋白酶蛋白酶蛋白 +辅助因子（辅助因子（辅助因子（辅助因子（辅酶辅酶辅酶辅酶或或或
13、或金属离子金属离子金属离子金属离子）辅酶辅酶辅酶的定义：辅酶的定义：某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶。并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶。辅酶的结构特点：辅酶的结构特点：大多数辅酶的前体是维生素，大多数辅酶的前体是维生素，主要是水溶性主要是水溶性B族维生素族维生素辅酶的功能：辅酶的功能：具有具有氧化还原性质氧化还原性质，或者具有，或者具有转转移基团移基团的能力。辅酶参与的反应主要是氧化还原的能力。辅酶参与的反应主要是氧化还原反应或基团转移反应。反应或基团转移反应。维生素维生素1.作用：作用：维生素既不是基础物
14、质，也不是能源物质，含维生素既不是基础物质，也不是能源物质，含量低，但作用大。大多维生素通过辅酶的形式参与量低，但作用大。大多维生素通过辅酶的形式参与生物体内的酶反应体系，调节酶活性及代谢活性。生物体内的酶反应体系，调节酶活性及代谢活性。2.结构：结构：维生素都是小分子有机物，在结构上无相似之维生素都是小分子有机物，在结构上无相似之处，有脂肪族、芳香族、杂环族、甾类等。因作用处，有脂肪族、芳香族、杂环族、甾类等。因作用类似，不能自行合成，归为一类。类似，不能自行合成，归为一类。3.分类：分类：水溶性维生素水溶性维生素脂溶性维生素脂溶性维生素维生素维生素B维生素维生素C维生素维生素A维生素维生素
15、D维生素维生素E维生素维生素K知识介绍重要的辅酶及其前体维生素重要的辅酶及其前体维生素维生素维生素B5（也称烟酰胺（也称烟酰胺nicotinamide）维生素维生素B5是吡啶的衍生物是吡啶的衍生物 吡啶吡啶-3-酰胺酰胺 nicotinamide1.NAD(辅酶辅酶I)和和NADP(辅酶辅酶II)NAD和和NADP是许多脱氢酶的辅酶，参与递氢。是许多脱氢酶的辅酶，参与递氢。维生素维生素B5是是NAD和和NADP的组成成分。的组成成分。维生素维生素B5 NAD+(辅酶辅酶I)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NADP+(辅酶辅酶II)烟酰胺腺嘌呤烟酰胺腺嘌呤磷酸磷酸二核苷酸二核苷酸Ox型
16、型Red型型NADH(还原型辅酶还原型辅酶I)维生素维生素B2（核黄素（核黄素riboflavin）FMN和和FAD是脱氢酶的辅酶，维生素是脱氢酶的辅酶，维生素B2是是FMN和和FAD的组成成分。的组成成分。2.FMN和和FAD(黄素辅酶黄素辅酶)异吡咯嗪环异吡咯嗪环核糖醇基核糖醇基FMN-黄素单核苷酸黄素单核苷酸FAD和和FMN的功能与的功能与NAD+相相似，在脱氢酶催化的氧化还似，在脱氢酶催化的氧化还原反应中，起着电子和质子原反应中，起着电子和质子的传递体作用。的传递体作用。FAD-黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FAD和和FMN与酶分子通常以与酶分子通常以共价键相连接，所以，一般共价
17、键相连接，所以，一般将这类辅酶称为将这类辅酶称为辅基辅基维生素维生素B3（泛酸（泛酸pantothenic acid）3.辅酶辅酶A（CoA）CoA是生物体内转是生物体内转酰基酰基酶的辅酶（主要作为转乙酰基酶的酶的辅酶（主要作为转乙酰基酶的辅酶），参与转酰基作用。维生素辅酶），参与转酰基作用。维生素B3是是CoA的组成成分。的组成成分。巯基乙胺巯基乙胺泛酸泛酸腺嘌呤核苷三磷酸4.焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPPTPPTPP是是是是脱羧酶脱羧酶的辅酶，前体是的辅酶，前体是维生素维生素B1焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPPTPP维生素维生素B1（硫胺素（硫胺素thiamine）5
18、.辅酶辅酶Q(CoQ),泛醌泛醌n=610，微生物，微生物n=6，动物组织，动物组织n=10。功能功能:作为线粒体呼吸链氧化还原酶的辅酶，作为线粒体呼吸链氧化还原酶的辅酶，在酶与底物之间传递氢或电子在酶与底物之间传递氢或电子异戊烯异戊烯不属于维生素的辅酶不属于维生素的辅酶辅酶在酶促反应中的作用特点辅酶在酶促反应中的作用特点w辅酶在催化反应中，直接参加反应。例如，辅辅酶在催化反应中，直接参加反应。例如，辅酶酶NAD+在催化脱氢过程中通过自身的氧化还在催化脱氢过程中通过自身的氧化还原反应传递电子和质子。原反应传递电子和质子。w辅酶种类不多，每一种辅酶具有特殊功能，特辅酶种类不多，每一种辅酶具有特殊
19、功能，特定催化某一类型的反应。同一辅酶可与多种不定催化某一类型的反应。同一辅酶可与多种不同酶蛋白结合形成不同全酶。同酶蛋白结合形成不同全酶。辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性）辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性）酶蛋白决定了所催化的底物类型（底物专一性）酶蛋白决定了所催化的底物类型（底物专一性）酶分子中的金属离子酶分子中的金属离子1/3的酶需要金属作为辅助成分的酶需要金属作为辅助成分思考题？思考题？1.酶促反应中决定酶反应专一性的部分是酶促反应中决定酶反应专一性的部分是()A、酶蛋白、酶蛋白B、底物、底物C、辅酶或辅基、辅酶或辅基D、催化基团、催化基团2.全酶是指什么？全酶是指什么？()A
20、、酶的辅助因子以外的部分、酶的辅助因子以外的部分B、酶的无活性前体、酶的无活性前体C、一种酶一抑制剂复合物、一种酶一抑制剂复合物D、一种需要辅助因子的酶，具备了酶蛋白、辅、一种需要辅助因子的酶，具备了酶蛋白、辅助因子各种成分。助因子各种成分。选择题选择题3.下列关于酶特性的叙述哪个是错误的？下列关于酶特性的叙述哪个是错误的？()A、催化效率高、催化效率高B、专一性强、专一性强C、作用条件温和、作用条件温和D、都有辅因子参与催化反应、都有辅因子参与催化反应4.具有生物催化剂特征的核酶其化学本质是（具有生物催化剂特征的核酶其化学本质是（）A、蛋白质、蛋白质B、RNAC、DNAD、糖蛋、糖蛋白白5.
21、NAD+在酶促反应中转移在酶促反应中转移()A、氨基、氨基B、氢原子、氢原子C、氧原子、氧原子D、羧基、羧基6.NAD+或或NADP+中含有哪一种中含有哪一种维生素？（生素？（）A、尼克酸、尼克酸B、烟、烟酰胺胺C、吡哆、吡哆醛D、吡哆胺、吡哆胺是非题是非题1.一般来说酶是具有催化作用的蛋白质，相应地一般来说酶是具有催化作用的蛋白质，相应地蛋白质都是酶。蛋白质都是酶。2.酶反反应的的专一性和高效性取决于一性和高效性取决于酶蛋白本身。蛋白本身。3.泛酸在生物体内用以构成泛酸在生物体内用以构成辅酶A，后者在物，后者在物质代代谢中参加中参加酰基的基的转移作用。移作用。问答题问答题脱氢酶的辅酶有哪些？它们各是什么维生素转化的？脱氢酶的辅酶有哪些？它们各是什么维生素转化的？作业作业P141习题习题1，2