生物化学--酶-生物催化剂

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1、第4章酶（enzyme）酶辅酶酶促反应动力学酶的结构与功能的关系酶应用4.1酶-生物催化剂酶的概念酶的命名和分类酶催化作用的特性酶的概念酶：活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称生物催化剂在酶的作用下，许多生物化学反应过程可以在温和的条件下（如室温、常压、水溶液中）以很高的速率和效率进行。乳酸丙酮酸酶促反应：酶催化的生物化学反应底物：在酶的催化下发生化学变化的物质底物产物辅酶酶的化学本质-大多数酶是蛋白质1930年，Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。J.B.SumnerJ.H.Northrop1926

2、年，美国Sumner得到脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质20世纪80年代，发现某些RNA有催化活性，还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。1982年美国T.Cech等人发现四膜虫的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现RNA有催化活性[Cell,1982年,vol31,147-157]，并命名这一类酶为核酶，获1989年诺贝尔化学奖。1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦具有催化活性。酶的命名习惯命名法系统命名法1.习惯命名法根据酶催化的反应类型和底物来命名，目前已对2000多种酶作了分类和命

3、名。如：催化水解淀粉的酶称为淀粉酶催化水解蛋白的酶称为蛋白酶习惯命名法简单，使用方便，但缺乏系统性2.系统命名法（1961年，国际生物化学会议酶委员会）系统命名包括底物名称反应性质两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶谷丙转氨酶习惯命名系统命名丙氨酸+α-酮戊二酸谷氨酸+丙酮酸酶的分类编号酶的分类催化反应类型1水解酶加水分解反应2氧化还原酶氧化还原反应3转移酶化学基团的转移4裂合酶键的裂解5异构酶分子的立体重排变化6合成酶两个分子的合成7核酸酶非蛋白酶水解酶淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶AB+H2OA·OH+BH+H2O蛋白

4、水解酶氧化还原酶（脱氢酶、氧化酶）A·2H+BA+B·2H乳酸丙酮酸辅酶I还原性辅酶I转移酶裂合酶(醛缩酶、水化酶、脱氨酶)从底物移去一个基团而形成双键例1：ABA+B例2：异构酶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例：gA-BA-Bg合成酶（连接酶）催化C-C,C-O,C-N,C-S键的形成反应将两个小分子合成一个大分子，通常需要ATP供能。腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷二磷酸磷酸核酸酶非蛋白酶，是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。酶-生物催化剂酶与一般化学催化剂的共同点：能够改变化学反应的速率，但是不能改变化学反

5、应平衡。酶催化的本质：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酶催化作用的特性1.高效性3.反应条件温和2.选择性反应专一性底物专一性结构专一性手性专一性几何专一性1.高效性酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂。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酶的催化作用可使反应速率提高106~1012倍，比普通化学催化剂效能至少提高几倍以上。高的催化效率例：2H2O2→2H2O+O21mole过氧化氢酶能催化5×106moleH2O2的分解1moleFe3+只能催化6×10-4moleH2O2的分解2.选择性（1）反应专一性

6、：酶只能选择性地催化一种或一类相同类型的化学反应。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中特定的肽键一种酶只能作用于某一种或某一类结构、性质相似的物质。A.结构专一性绝对专一性：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，而对尿素的类似物无作用。相对专一性：酶的作用对象是一类化合物或化学键例如，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。（2）底物专一性（2）底物专一性：B.手性专一性：酶能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。例1，胰蛋白酶只能水解由L-氨基酸形成的肽键，而不能水解由D-氨基酸形成的肽键

7、。例2，淀粉酶只能水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷键，而不能影响L-葡萄糖形成的糖苷键（2）底物专一性：C.几何专一性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。例如，延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（即反式丁烯二酸）水合生成苹果酸，对马来酸（即顺式丁烯二酸）不起作用。3.温和的反应条件酶促反应一般在pH5~8的水溶液中进行，反应温度20~40C。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活。单纯蛋白酶：组成为单一蛋白质结合蛋白酶：除了蛋白质分子，还含有非蛋白组分