《维生素与酶讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《维生素与酶讲稿.ppt（82页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶关于维生素与酶第一页，讲稿共八十二页哦酶 学 研 究 简 史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一百余年前，一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1877年，年，K hne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Buchner兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液，实实现现了了发发酵。酵。1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。1
2、982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性性，提提出出核核酶酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接接酶活性酶活性DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。第二页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学酶 的 概 述第 一 节第三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶一、酶的概念一、酶的概念 酶酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高是一类由活性细
3、胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊度专一性的特殊蛋白质蛋白质。广义的说，酶是一类由。广义的说，酶是一类由活性细胞产生的活性细胞产生的生物催化剂生物催化剂。酶促反应：酶促反应：酶催化的化学反应。酶催化的化学反应。底物：底物：酶促反应中被酶催化的物质。酶促反应中被酶催化的物质。产物：产物：经酶催化所产生的物质。经酶催化所产生的物质。酶活力：酶活力：酶所具有的催化能力。酶所具有的催化能力。第四页，讲稿共八十二页哦二、二、酶的作用特点酶的作用特点1.1.酶和一般催化剂的酶和一般催化剂的共性共性：加快反应速度（加快反应速度（形成复合物降低活化能形成复合物降低活化能）；）；不改变平衡常数；不改变平衡常
4、数；自身不参与反应。自身不参与反应。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 第五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶2.2.酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性：（1）极高的催化效率：）极高的催化效率：酶降低活化能的程度比一般催化剂强烈得多，酶降低活化能的程度比一般催化剂强烈得多，反应速度与加普通催化剂相比可提高反应速度与加普通催化剂
5、相比可提高1071013。（2）高度的专一性：）高度的专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。种专一性是由酶蛋白的立体结构与辅酶所决定的。（3）精密的调控性：）精密的调控性：酶的催化活性酶的催化活性在活细胞内受到诸多因素精密严格在活细胞内受到诸多因素精密严格的调节控制。的调节控制。（4）温和的作用条件：）温和的作用条件：酶酶促反应促反应在温和的条件下即可进行，酶本身也在温和的条件下即可进行，酶本身也易受各种因素的影响而失去活性。易受各种因素的影响而失去活性。（5）某些酶的催化活性与辅酶，辅基和金属离子有
6、关。）某些酶的催化活性与辅酶，辅基和金属离子有关。第六页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学酶 的 命 名 及 分 类第 二 节第七页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶一、酶的命名：习惯命名；系统命名一、酶的命名：习惯命名；系统命名 p.79-80二、二、酶的分类酶的分类 例如：例如：习惯名称习惯名称:谷丙转氨酶谷丙转氨酶 系统名称系统名称:丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应酶催化的反应:谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +丙氨酸丙氨酸1.国际系统
7、分类法及编号国际系统分类法及编号第八页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶 国际生物化学会酶学委员会（国际生物化学会酶学委员会（Enzyme Commsion）将）将酶分成六大类：酶分成六大类：1.氧还原酶类氧还原酶类，2.转移酶类转移酶类，3.水解酶类水解酶类，4.裂合酶类裂合酶类，5.异构酶类异构酶类，6.连接酶类连接酶类 每一种每一种酶酶有一个有一个编编号，如乙醇脱号，如乙醇脱氢氢酶酶 EC 1.1.1.27 大大类类 亚类亚类 亚亚类亚亚类 序号序号2.根据根据酶的组成分类酶的组成分类第九页，讲稿
8、共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质酶蛋白质辅助因子辅助因子金属离子金属离子金属有机物金属有机物小分子有机物小分子有机物 单体酶；单体酶；寡聚酶；寡聚酶；多酶复合体多酶复合体q酶蛋白酶蛋白决定底物的类型决定底物的类型q辅助因子辅助因子决定反应的种类与性质决定反应的种类与性质3.根据根据酶的分子特点分类酶的分子特点分类第十页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学维 生 素 与 辅 因 子第 三 节第十一页，讲稿共八十二页哦College of C
9、hemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶一、维生素和辅酶的概念一、维生素和辅酶的概念l 维生素（维生素（vitaminvitamin）维持机体正常生命活动不可缺少的一维持机体正常生命活动不可缺少的一类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄类小分子有机化合物，人和动物不能合成它们，必须从食物中摄取。维生素可分为取。维生素可分为脂溶性（脂溶性（A A，D D，K K，E E）和和水溶性水溶性两大类。当两大类。当人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。人体缺乏某种维生素时，则相应代谢受阻，出现维生素缺乏症。大多数辅酶的前体主
10、要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子部分。辅酶（辅因子）是酶中对热稳定的非蛋白质小分子部分。其主要作用是作为电子、基团的载体参与其主要作用是作为电子、基团的载体参与氧化还原反应或基氧化还原反应或基团转移反应团转移反应。第十二页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶二、重要的脂溶性维生素二、重要的脂溶性维生素n 维生素维生素A A、D D、E E、K K均溶于脂类溶剂，不溶于水，在食均溶于脂类溶剂，不溶于水，在食物中通常与脂肪一起存在
11、，吸收它们，需要脂肪和胆汁酸。物中通常与脂肪一起存在，吸收它们，需要脂肪和胆汁酸。1.维生素维生素An 维生素维生素A分分A1、A2两种，是不饱和一元醇类。维生素两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称为视黄醇，又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。称为脱氢视黄醇。n主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年幼动物的主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年幼动物的正常生长。正常生长。n作为硫酸化酶的辅酶参与某些生物合成。作为硫酸化酶的辅酶参与某些生物合成。第十三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶维生素
12、维生素A(A1)维生素维生素A2-胡萝卜素胡萝卜素第十四页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶o维生素维生素D是固醇类化合物，主要有是固醇类化合物，主要有D2、D3、D4、D5。其中其中D2，D3活性最高。活性最高。2.维生素维生素D维生素维生素D D的通式：的通式：第十五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶p在生物体内，在生物体内，D D2 2和和D D3 3本身不具有生物活性。它们在肝本身不具有生物活性。它们在
13、肝脏和肾脏中进行羟化后，形成脏和肾脏中进行羟化后，形成1,25-1,25-二羟基维生素二羟基维生素D D。其中其中1,25-1,25-二羟基维生素二羟基维生素D D3 3是生物活性最强的。是生物活性最强的。o主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷浓度正主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷浓度正常，促使骨骼正常发育。常，促使骨骼正常发育。第十六页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶3.维生素维生素Eo维生素维生素E又叫做生育酚，目前发现的有又叫做生育酚，目前发现的有8种，其中种，其中，四种有生理活
14、性。四种有生理活性。o主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添加剂使用；还可保护细胞的完整和功能，有一定的抗衰老作用。第十七页，讲稿共八十二页哦4.维生素维生素Kn 维生素维生素K有有3种：种：K1、K2、K3。其中。其中K3是人工合成的。是人工合成的。维生素维生素K是是2-甲基萘醌的衍生物。甲基萘醌的衍生物。K1K2o主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的凝固；氧主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的凝固；氧化磷酸化过程中传递电子。化磷酸化过程中传递电子。第十八页，讲稿共八十二页哦重要的水溶性维生素及相应辅酶重要的水溶性维生素及相应辅酶 维生素维生素 辅酶辅酶 功能功能1.B1(硫
15、胺素硫胺素)TPP -酮酸氧化脱羧酮酸氧化脱羧2.B2(核黄素核黄素)FMN、FAD 氢载体氢载体3.PP 尼克酸（酰胺）尼克酸（酰胺）NAD+、NADP+氢载体氢载体4.泛酸泛酸 CoASH 酰基载体酰基载体5.B6 吡哆醇（醛、酸）吡哆醇（醛、酸）磷酸吡哆醇（醛）磷酸吡哆醇（醛）转氨、脱羧、消旋转氨、脱羧、消旋6.叶酸叶酸 FH4(THFA)一碳基团载体一碳基团载体7.生物素生物素 羧化辅酶羧化辅酶8.C（抗坏血酸）（抗坏血酸）氧化还原作用氧化还原作用9.硫辛酸硫辛酸 酰基载体、氢载体酰基载体、氢载体10.B12（氰钴氨素）（氰钴氨素）变位酶辅酶变位酶辅酶 一碳基团载体一碳基团载体第十九页
16、，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶1.1.维生素B1和羧化辅酶(TPP)o维生素维生素B1又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。（脚气病）力衰竭、四肢无力、下肢水肿。（脚气病）+三、水溶性维生素及其辅酶三、水溶性维生素及其辅酶第二十页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与
17、酶维生素与酶o焦磷酸硫胺素(TPP)是脱羧酶的辅酶和转羟乙醛酶的辅酶，催化丙酮酸或酮戊二酸的氧化脱羧反应，在转羟乙醛酶反应中，则是将羟乙醛单位转移给醛糖。活性部位活性部位第二十一页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇：乙醇：第二十二页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶2.2.维生素B2和黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷（FAD）o维维生生素素B B2 2又又称称核核黄黄素素，由由核核糖
18、糖醇醇和和6 6，7-7-二二甲甲基基异异咯咯嗪嗪两部分组成。两部分组成。o缺缺乏乏时时组组织织呼呼吸吸减减弱弱，代代谢谢强强度度降降低低。主主要要症症状状为为口口腔腔发发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。核黄素（维生素核黄素（维生素B B2 2）第二十三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶FMNAMPFAD第二十四页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶oFAD(FAD(黄黄素素-腺腺嘌嘌呤呤二二
19、核核苷苷酸酸)和和FMN(FMN(黄黄素素单单核核苷苷酸酸)是是核核黄黄素素(维维生生素素B B2 2)的的衍衍生生物物。它它们们在在脱脱氢氢酶酶催催化化的的氧氧化化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。第二十五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶3.3.泛酸和辅酶A（CoA）o维生素维生素B3又称泛酸，是由又称泛酸，是由,-二羟基二羟基-,-二甲基丁酸二甲基丁酸和一分子和一分子-丙氨酸缩合而成丙氨酸缩合而成。,-二羟基二羟基-,-二甲二甲基丁酸基丁酸 -氨基
20、丙酸氨基丙酸第二十六页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶o辅酶辅酶A A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是含是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递酰基，是泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。形成代谢中间产物的重要辅酶。连接酰基的位置连接酰基的位置泛酰基泛酰基腺苷二磷酸腺苷二磷酸第二十七页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶4.
21、4.维生素PP(B5)与NAD+、NADP+烟酸烟酸烟酰胺烟酰胺 维生素维生素PPPP包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又称包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又称烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存在，烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存在，尼克酸是尼克酰胺的前体。尼克酸是尼克酰胺的前体。o维维生生素素PP能能维维持持神神经经组组织织的的健健康康。缺缺乏乏时时表表现现出出神神经经营营养养障碍，出现皮炎。障碍，出现皮炎。第二十八页，讲稿共八十二页哦oNAD+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸，又又称称为为辅辅酶酶I)和和NADP+(烟烟酰酰胺胺-腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸二二
22、核核苷苷酸酸,又又称称为为辅辅酶酶II)是是维维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶的辅酶。生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶的辅酶。NAD+:R=HNADP+:R=PO3H2第二十九页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶5.5.维生素B6和磷酸吡哆醛o维生素维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。o维生素维生素B B6 6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸酯，在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸酯，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛
23、和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用的辅酶。的辅酶。第三十页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶6.6.生物素和羧化辅酶o生物素是生物素是B族维生素族维生素B7，它是多种羧化酶的辅酶。，它是多种羧化酶的辅酶。o生物素的功能是作为生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递的递体，在生物合成中起传递和固定和固定CO2的作用。的作用。生物素生物素生物素生物素-BCCP复合物复合物赖氨酸赖氨酸-氨基氨基活性部位活性部位第三十一页，讲稿共八
24、十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶7.7.叶酸和叶酸辅酶o维维生生素素B11又又称称叶叶酸酸，作作为为辅辅酶酶的的是是叶叶酸酸加加氢氢的的还还原原产物四氢叶酸。产物四氢叶酸。o四四氢氢叶叶酸酸的的主主要要作作用用是是作作为为一一碳碳基基团团，如如-CH-CH3 3,-CH-CH2 2-,-,-CHO CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。等的载体，参与多种生物合成过程。第三十二页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶8.8.
25、维生素B12和B12辅酶o维生素维生素B12又称为钴胺素。维生素又称为钴胺素。维生素B12分子中与分子中与Co+相相连的连的CN基基 被被5-脱氧腺苷所取代，即辅酶脱氧腺苷所取代，即辅酶B12；被甲基取代，即甲钴胺素。被甲基取代，即甲钴胺素。o维生素维生素B B1212辅酶的主要功能是：辅酶的主要功能是：作为变位酶的辅酶，作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团催化底物分子内基团(主要为甲基主要为甲基)的变位反应的变位反应；促进促进甲基的转移作用；甲基的转移作用；维持维持 -SH-SH的还原状态；的还原状态；某些氨基酸某些氨基酸的生物合成；的生物合成；维持造血机构的正常运转。维持造血机构的正常运转
26、。第三十三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶9.9.硫辛酸o硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-6,8-二二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二氢硫硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。辛酸（还原型）。氧化型氧化型还原型还原型o硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生和转移硫辛酸在丙酮酸代谢的多酶系中参与脂酰基的产生和转移作用。作用。第三十五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materia
27、ls Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶10.10.维生素Co维生素维生素C能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内参与能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。p.261-262L-抗坏血酸抗坏血酸脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸第三十六页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶11.辅酶Q（CoQ）o辅酶辅酶Q又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒体又称为泛醌，广泛存在于动物和细菌的线粒体中。中。o辅酶辅酶QQ的活性部分是它的醌环结
28、构，主要功能是作为线的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。电子。类异戊间二烯类异戊间二烯第三十七页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学酶 的 作 用 机 制第 四 节第三十八页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶一、酶作用机制概述一、酶作用机制概述1.1.酶催化作用的酶催化作用的本质本质：降低反应活化能：降低反应活化能2.2.酶催化作用的酶催化作用的中间产（络合）物学说中间产（络合）物学说
29、 酶（酶（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳定的）结合生成不稳定的中间物（中间物（ES），再分解成产物（），再分解成产物（P）并释放）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。反应所需活化能，所以能加快反应速度。E+SP+EES能能量量水水平平反应过程反应过程 G E1 E2第三十九页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶二、酶的活性中心二、酶的活性中心1.活性中心：活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空酶分子
30、中直接和底物结合并起催化反应的空间部位。由结合部位和催化部位组成。间部位。由结合部位和催化部位组成。结合部位结合部位(Binding(Binding site)site)：酶分子中与底物：酶分子中与底物结合的部位或区域一般结合的部位或区域一般称为结合部位。称为结合部位。第四十页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶催化部位催化部位(Catalytic site):(Catalytic site):酶分子中促使底物发酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。生化学变化的部位称为催化部位。l通常将酶的结合
31、部位和催化部位总称为酶的活性部通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。位或活性中心。l结合部位决定酶的专一性，结合部位决定酶的专一性，l催化部位决定酶所催化反应的性质催化部位决定酶所催化反应的性质。第四十一页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶2.酶活性中心特点酶活性中心特点活性中心只占酶分子总体积很小一部分；活性中心只占酶分子总体积很小一部分；活性中心与酶的特定空间构象密切相关；活性中心与酶的特定空间构象密切相关；酶活性中心与底物的结合是动态的、相互适应的；酶活性中心与底物的结合是动态
32、的、相互适应的；活性中心与底物通过次级键结合；活性中心与底物通过次级键结合；酶的活性中心具有柔性或可运动性。酶的活性中心具有柔性或可运动性。第四十二页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶第四十三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶3.必需基团必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。活性密切相关的化学基团
33、。活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团第四十四页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶底 物 活性中心以外的必需基团结合基团催化基团 活性中心 第四十五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素
34、与酶维生素与酶三、酶和底物作用的专一性三、酶和底物作用的专一性1.酶的专一性酶的专一性（1 1）结构专一性）结构专一性绝对专一性：绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于而不作用于任何其它物质。任何其它物质。相对专一性：相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性键专一性和和族族（基团）专一性（基团）专一性。（2 2）立体异构专一性：）立体异构专一性：这类酶能辨别底物不同的立体异构体，这类酶能辨别底物不同的立体异构体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光只对其中
35、的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异构专一性和几何异构专一性。异构专一性和几何异构专一性。第四十六页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶 2.酶作用专一性机理酶作用专一性机理（1）锁锁钥钥学学说说：将将酶酶的的活活性性中中心心比比喻喻作作锁锁孔孔，底底物物分分子子象象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。第四十七页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶（2）诱诱导
36、导契契合合学学说说：酶酶的的活活性性中中心心在在结结构构上上具具柔柔性性，底底物物接接近近活活性性中中心心时时，可可诱诱导导酶酶蛋蛋白白构构象象发发生生变变化化，这这样样就就使使使使酶酶活活性性中中心心有有关关基基团团正正确确排排列列和和定定向向，使使之之与与底底物物成成互互补补形形状状有有机机的结合而催化反应进行。的结合而催化反应进行。第四十八页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶四、酶作用的高效性机制四、酶作用的高效性机制1.临近定向效应：临近定向效应：l在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方
37、面底在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；度；l另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。第四十九页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶反应基
38、团定向程度对反应速率的影响相对相对 1.0 1103 2.2105 5107速率速率第五十页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶2.“张力张力”和和“形变形变”：l底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生物分子的敏感键产生“张力张力”甚至甚至“形变形变”，从而促使酶，从而促使酶底物中间产物进入过渡态。底物中间产物进入过渡态。3.共价催化：共价催化：l催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活催化剂通过与底物形成
39、反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。l酶中参与共价催化的基团主要包括酶中参与共价催化的基团主要包括 HisHis的咪唑基，的咪唑基，CysCys的巯的巯基，基，AspAsp的羧基，的羧基，SerSer的羟基，的羟基，LysLys的氨基等。的氨基等。l某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。化作用。第五十一页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生
40、素与酶4.酸碱催化：酸碱催化：l酸酸-碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸碱催化和广义的酸-碱催化。碱催化。酶参与的酸酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。l广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。程。l酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。或受体对底物进行酸碱催化。pHis His 残基的咪唑基
41、是酶的酸碱催化作用中最活泼的残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团一个催化功能团。第五十二页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团第五十三页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶咪唑基作为广义酸催化酯水解机制：四面体中间物四面体中间物His的咪唑基的咪唑基广义酸广义酸广义碱广义碱第五十四页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化
42、学酶化学酶 促 反 应 动 力 学第 五 节第五十六页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶一、酶活力与酶促反应速度一、酶活力与酶促反应速度 1.酶活力酶活力 酶酶催催化化一一定定化化学学反反应应的的能能力力称称酶酶活活力力，酶酶活活力力通通常常以以最最适适条件下条件下酶酶所催化的化学反所催化的化学反应应的速度（通常是初速度）来确定。的速度（通常是初速度）来确定。2.酶促反应速度酶促反应速度 酶酶促促反反应应速速度度一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时间内底物的消耗量和产物的生成量来
43、表示时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示。第五十七页，讲稿共八十二页哦2.2.底物浓度底物浓度对酶促反应速度影响对酶促反应速度影响在酶浓度，在酶浓度，pHpH，温度等条件不变的情，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：如右图所示：o在低底物浓度时在低底物浓度时,反应速度与底物浓反应速度与底物浓度成正比，表现为度成正比，表现为一级反应特征一级反应特征。o当底物浓度达到一定值，几乎所有的当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（大值（V Vmaxmax），此时再增加底物浓度，）
44、，此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为反应速度不再增加，表现为零级反应零级反应。1.1.酶浓度的影响酶浓度的影响当底物浓度足够时，酶促反应速度与酶当底物浓度足够时，酶促反应速度与酶浓度成正比。浓度成正比。二、影响酶促反应速度的因素二、影响酶促反应速度的因素第五十八页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶米氏方程米氏方程19131913年，德国化学家年，德国化学家MichaelisMichaelis和和MentenMenten根据根据中间产物学中间产物学说说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个
45、反对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方米氏方程程。Km 米氏常数米氏常数Vmax 最大反应速度最大反应速度第五十九页，讲稿共八十二页哦n 米氏常数米氏常数K Km m的意义的意义:n由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时，即由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时，即V=1/2 Vmax,Km=S n上式表示，米氏常数是上式表示，米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度反应速度为最大值的一半时的底物浓度。n因此，米氏常数的单位为因此，米氏常数的单位为mol/L，或，或mmo
46、l/L。n不同的酶具有不同不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征物理常值，它是酶的一个重要的特征物理常数。数。nKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。值。nKm值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度：Km值大表示亲和程度小，值大表示亲和程度小，酶的催化活性低；酶的催化活性低；Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。第六十页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学 米氏常数的测定米氏常数的
47、测定基本原则基本原则：将将米米氏氏方方程程变变化化成成相相当当于于y=ax+b的的直直线线方方程程，再再用作图法求出用作图法求出Km。例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法）米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式：1 KmKm 1 1 =.+v Vmax S Vmax 第六十一页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Km第六十二页，讲稿共八十二页哦第第3章章 酶化学酶化学3.pH3.pH的影响的影响不同的酶有不同的最适不同的酶有不同的最适pHpH值。值。4.4.温度的影响温度的影响 在一定温度范围内（在一定温度范
48、围内（050），酶的活力随温度升高而），酶的活力随温度升高而增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力时的温增加，超过一定温度界限，活力就下降。最高活力时的温度即为酶的最适温度。度即为酶的最适温度。5.5.激活剂的影响激活剂的影响6.6.抑制剂的影响抑制剂的影响抑制作用：抑制作用：由于酶的必需基团或活性部位的性质与结构的改变，由于酶的必需基团或活性部位的性质与结构的改变，从而影响酶与底物分子的结合能力或减小酶的再生速率，使酶从而影响酶与底物分子的结合能力或减小酶的再生速率，使酶的活性降低或丧失的现象。的活性降低或丧失的现象。引起抑制作用的物质称为抑制剂。引起抑制作用的物质称为抑制剂。第六十三
49、页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶(1)抑制作用的类型抑制作用的类型 不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共价不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团之间发生共价键结合，形成不可逆的酶键结合，形成不可逆的酶-抑制剂化合物而使酶活性抑制剂化合物而使酶活性丧失。丧失。酶的抑制剂一般具备两个方面的酶的抑制剂一般具备两个方面的特点特点：a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。似。b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定能够与酶的活性中心
50、以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。的复合体或结合物。第六十四页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶有机磷化合物有机磷化合物羟基酶羟基酶失活的酶失活的酶酸酸路易氏气路易氏气巯基酶巯基酶失活的酶失活的酶酸酸a.a.有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶b.b.重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶第六十五页，讲稿共八十二页哦College of Chemistry&Materials Science第第3章章 维生素与酶维生素与酶 可逆抑制：抑制剂与酶分子通过非共价作用形成可逆