《酶与催化反应》课件

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1、第七章酶与催化反应ENZYMESANDCATALYTICREACTIONS酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。1833年，AnselmePayen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。1878年，WilhelmKühne首次提出enzyme一词。1894年，EmilFischer证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1913年，LeonorMichaelis和MaudMenten推导出酶反应的动力学方程式。1926~1930年，JamesSumner和Joh

2、nH.Northrop分别将脲酶和胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。1941年，GeorgeBeadle和EdwardTatum的“一个基因一个酶”假说首次将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。第一节酶和酶促反应EnzymesandEnzymaticReactions一、化学反应具有热

3、力学和动力学特性（一）热力学性质涉及反应平衡和能量平衡1．反应平衡可用平衡常数来描述反应平衡（reactionequilibrium）任何一个化学反应在正向反应与逆向反应速率相等时，反应便不再有新的产物生成,这时的化学反应称为反应平衡。平衡常数（equilibriumconstant,Keq）平衡常数是指化学反应达到平衡时，反应产物浓度积与剩余底物浓度积之比。S1+S2P1+P2Keq=[P1]eq[P2]eq[S1]eq[S2]eq一定的温度下，Keq与反应的初始浓度无关，它反映化学反应的本性。Keq越大则反应越倾向于产物的生成，即

4、正向反应进行得越完全；Keq越小则逆反应的程度越大。Keq是化学反应可能进行的最大限度的量度。2．自由能的变化是化学反应的动力自由能（freeenergy）自由能是能够用于做功的能量。反应物的自由能（G）与其焓、温度（T）和熵（S）相关，等于其焓减去绝对温度和熵的乘积，即G=HTS。在生物系统中，生物分子在等温、等压条件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能变（G）来量度。G=HTS自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反应的方向。G<0反应为释能反应（exergonicreaction）可以自发进行G>0反应为吸能反

5、应（endergonicreaction）不能自发进行G=0反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态反应方向与H、S和T的关系HSG=HTS<0>0在任何温度下，G<0，反应自发向右进行<0<0反应仅在温度低于H/S时，G<0，反应自发向右进行>0>0反应仅在温度高于H/S时，G<0，反应自发向右进行>0<0在任何温度下，G>0，反应均不能自发向右进行3．标准自由能变与平衡常数有关标准自由能变（G’）是指在标准状态下的自由能变标准状态:压力=1大气压（101.3kPa）温度=298K（25C）pH=

6、7.0[S]=[P]=1mol/lG=G’+RTln[P1][P2][S1][S2]反应达到平衡时即G=0G’=RTlnK’eq在S1+S2P1+P2中（二）动力学性质是对反应速率的描述动力学是研究化学反应速率及其影响因素的科学。反应速率是单位体积内反应进度随时间的变化率,任何反应速率均由底物浓度和速率常数（rateconstant,k）所决定。一级反应（first-orderreaction）:单底物反应二级反应（second-orderreaction）：双底物反应V仅依赖于一个底物浓度[S]；V=k[S]k的单位是

7、秒1V依赖于两个底物浓度和反应速率常数V=k[S1][S2]k的单位是Lmol1s1二、酶的化学本质是蛋白质（一）单纯酶仅含有氨基酸组分有些酶其分子结构仅由氨基酸残基组成，没有辅助因子。这类酶称为单纯酶（simpleenzyme）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。（二）结合酶既含有氨基酸组分又含有非氨基酸组分结合酶（conjugatedenzyme）是除了在其组成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分蛋白质部分：酶蛋白(apoenzyme)辅助因子(cofactor)金属离子小分子有机化合物全酶(h

8、oloenzyme)决定反应的特异性及其催化机制决定反应的性质和反应类型辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。辅基(prostheticgroup