生物化学 酶 (自动保存的)

食品112班牟鑫1106010225WrittenByJupiter第四章酶第一节酶催化作用的特点与酶的结构酶催化作用的特点酶是生物催化剂酶是细胞合成的生物催化剂，是具有催化活性的蛋白质，有些RNA也具有催化活性，叫做核酶。酶催化作用的特点酶和无机催化剂的共性：用量少降低反应的活化能提高反应速度不改变化学平衡点酶催化的特性：很高的催化效率作用条件温和（即受外界环境影响）酶促反应具有很高的专一性酶的催化活性在细胞内收到严格的控制活化能概念：分子由常态转变为活化状态所需的能量（1mol反应物全部进入活化状态所需的自由能KJ/mol。）酶的结构与组成酶蛋白的结构和组成根据肽链组成分类：单体酶：只含有一条多肽链。一般催化水解反应的酶属此类酶寡聚酶:由2个或2个以上亚基组成，亚基可以是相同的，也可以是不同的多酶复合体：一个代谢途径中往往含有许多步反应，催化这些反应的几种酶彼此嵌合形成的复合体，叫做多酶复合体，用于催化一系列反应的连续进行。根据化学组成分类：单成分酶：由单纯的蛋白质组成双成分酶（全酶）：由辅因子（辅基+辅酶）和蛋白部分组成（其中酶蛋白决定酶的专一性）辅助因子辅助因子：在有些酶促反应中，参加反应的除了酶和底物以外，还需要另外的成分参与，这些成分叫辅助因子。辅酶：作为酶的辅因子的有机分子，本身无催化作用，但一般在酶促反应中有传递电子、原子或某些功能基团的作用。在多数情况下，可通过透析将辅酶除去。辅基：是酶的辅酶中紧密共价结合的小分子有机物，与酶或蛋白质结合的非常紧密，用透析法不能除去。【注意】：组成酶蛋白的某种氨基酸残基，它既能作为质子供体又能作为质子受体，还具有一个很强的亲核集团——His咪唑基酶的活性中心 “酶的活性中心”：是酶直接与底物结合并进行催化反应的部位“结合位点”：保证底物正确结合在酶的催化位点附近，决定了酶的专一性“催化位点”：负责底物键的断裂或形成，决定了酶的催化能力酶活性中心的共同点以及特点活性中心只占酶分子总体积的很小一部分具特定的三维结构位于酶分子的一凹穴中,形成疏水区，是非极性环境。底物靠许多相当弱的键与酶活性中心结合酶具有柔性,与底物结合时两者构象都发生变化后互补,有利于反应进行.第二节酶的命名与分类一、习惯命名法二、系统命名法三、分类编号方案【说明】：每个酶的分类编号由4个数字组成，数字间用“·”分开，并在前面冠以EC（国际酶学委员会的缩写。【命名】第一个数字表明一个酶属于6大类中的哪一类氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂合酶类异构酶类连接酶类第二个数字表明该酶的亚类，指明底物中被作用的基团或键。第三个数字是该酶的亚-亚类第四个数字是该酶在亚-亚类中的排序第三节酶的纯化与酶活力的测定酶的分离纯化分离原则：低温0~4℃进行监控酶活性保证辅因子的稳定性浓缩、-20℃保存酶活力的测定“酶活力”：酶催化一定化学反应的能力酶促反应速度酶活力的表示：用酶催化反应的速度表示，多数采用测量产物生成量的方法来测定反应速度，并且一般是测量酶促反应的初速度（因为在一定温度、pH、底物浓度的条件下随着时间延长产物的生成可能抑制酶活性，部分酶也可能失活，因此各种原因可能同时发生作用，使酶活力受阻碍越大，即反应速度在下降，为剔除后来的阻碍作用，测定酶活力就需要在开始很短的时间内进行，测量初速度）酶活力单位“IU”：指在特定条件下1min内能转化1μmol底物的酶量一个酶活力单位IU=Δ底物（μmol）/时间（min）“Kat”：指在特定条件下每秒钟催化1mol底物所需的酶量Kat=Δ底物（mol）/时间（s）酶的比活力“比活力”：每毫克蛋白质所含的酶活力单位表示（U·mg-1）对同一种酶而言，比活力越大，酶的纯度越高，最终趋向于一个特定的值。第四节酶的专一性及其假说一、酶的专一性“酶的专一性”：指酶对它所催化的反应与对底物的选择都具有高度的专一性。通常酶只能催化一种化学反应或一类相似的化学反应，作用于一种或一类底物。分类：结构专一性相对专一性：一些酶对底物的专一性程度要求较低，能对结构上相类似的一系列化合物起到催化作用，这类酶的专一性称为相对专一性（包括键专一性和基团专一性）绝对专一性：酶对化学键和键两端的基团都有严格的要求，即只作用于一种底物。立体异构体专一性旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时，没只能作用于其中之一几何异构专一性：如果底物含有双键，酶只在底物的顺、反两种异构体中选择一种。二、酶的专一性假说酶的专一性表明：酶的结构与底物结构之间存在互补关系Koshland的“诱导契合学说”【内容】：酶与底物分子接近时受底物分子的诱导其构象发生有利于与底物结合的变化,酶与底物在此基础上互补契合,进行反应。（用于解释酶与底物结合的专一性）第五节酶的催化机制酶的催化作用与活化能活化能:分子由常态转变为活化状态（从基态达到过渡态）所需的能量,1mol反应物全部进入活化状态所需的自由能KJ/mol。过渡态理论“过渡态”：每一个化学反应中都要经过一个不稳定的反应物-产物的中间状态，即过渡态。E+S↔ES↔EP↔E+P（E—酶；S—底物；P—产物；ES、EP—底物&酶复合物、底物&产物复合物）一、酶促反应降低活化能的原因酶降低反应活化能实现高效催化作用率的主要原因有：邻近和定向效应；共价催化；酸碱催化；微环境的影响;酶与底物的非共价相互作用；金属离子催化邻近效应和定向效应【概念】酶和底物结合成中间络合物的反应中,底物分子从溶液中密集到活性中心区,并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间定向排列所产生的效应。“邻近效应”：指酶在与底物结合过程中，底物的反应基团与酶的催化基团形成一个分子，使有效浓度提高，反应速度大幅度提升的效应。“定向效应”：指底物的反应基团与酶的催化集团正确取位产生的效应。酶与底物间的非共价相互作用ES与S之间的非共价弱相互作用：氢键、离子键、范德华力、疏水相互作用（酶与底物结合断键示意图）【注意】酶通过这些弱相互作用使底物分子中的敏感键发生形变,促使敏感键更易破裂。微环境的影响活性中心的的疏水性保证了各种相互作用准确而充分的进行。酸碱催化广义酸基团：-COOH、-NH3+、,-SH,广义碱基团：-COO﹣、-NH2：、-S﹣酸碱催化的反应速度与两个因素有关：酸或碱的强度（pK值）质子转移的速度(His上的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能基团。)共价催化包括亲核催化和亲电催化例子：胰凝乳蛋白酶金属离子催化“金属酶”：指酶中的金属离子与酶蛋白很紧密，并且直接与酶的催化活性相关。“金属激活酶”：金属离子与酶蛋白结合并不紧密，也不直接参与催化反应，但是金属离子的存在与否与酶的催化效率有关，这类酶叫金属激活酶。金属离子的催化作用：加强水的离子化作用、电子传递作用、电荷屏蔽作用【注意】：酶能加速化学反应的主要原因是：酶和底物结合形成酶底物复合物，使底物呈活化状态，从而降低了反应活化能。二、酶作用机理—实例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶活性中心的电荷转接系统是由Ser195，His57，Asp102三个氨基酸残基靠很强的氢键产生的。作用机理：裂解由芳香族集团的氨基酸的羧基形成的肽键溶菌酶作用机理：催化细菌细胞壁多糖的水解，从而溶解这些细菌三、酶原激活有些酶在生物体内首先合成的是酶的无活性前体形式，称为酶原。酶原要经过部分水解，切去部分肽段，才转变为有活性的酶，这个过程叫酶原的激活。【注意】酶原激活是从无活性的前体转变为有活性酶的过程，这个过程是不可逆的。四、核酶与抗体酶“核酶”：具有催化活性的RNA“抗体酶”：具有催化能力的蛋白质,本质是免疫球蛋白，又称“催化性抗体”。第六节酶促反应动力学一、底物浓度对酶促反应速度的影响（米氏方程）：【注意】米氏方程定量说明了酶促反应速度与底物浓度的关系。以反应速度对底物浓度作图，得到的是一条双曲线当底物浓度过量时，以反应速度对酶浓度作图，得到的是一条S形曲线米氏方程的推到基于三个假设ES复合物形成是一个可逆反应并快速到达平衡ES转变成产物的速度很慢，是限速步骤反应在稳态下进行，ES生成和分解速度相等米氏常数“KM”KM值的含义：当酶促反应速度达到最大反应速度的一半时底物浓度KM值的用处：①KM是酶的特征常数之一。从KM值可以判断酶与底物的亲和力（KM越大，亲和力越小）②KM值可以判断底物是否天然底物（KM最小的底物是该酶的最适底物）③已知KM值，可以求出任意底物浓度的反应速度或者任意反应速度下的底物浓度【注意】：当K2>>K3时，有KM=Ks（此情况为ES与游离的E和S之间很快就达到平衡）催化常数（转换数）“Kcat”：“Kcat”含义：当酶被底物饱和时（[S]足够大，酶处于饱和状态），酶分子的每个活性中心每秒钟将底物转换成产物的分子数（单位为）“Kcat”定义：酶促反应限速步骤的反应速度常数，即：表观二级常数（专一性常数）“Kcat/KM”：“Kcat/KM”意义：表示酶的催化效率。当[S]<<KM时：米氏常数的求法——双倒数作图法：将米氏方程改写为以下形式：二、酶的抑制作用抑制作用的类型不可逆的抑制作用：以共价键与酶蛋白中的基团结合可逆的抑制作用：以非共价键与酶蛋白结合不可逆的抑制作用概念：不可逆抑制剂与酶形成了稳定的共价键，使酶失活。不能用透析、超滤等物理学方法除去抑制剂使酶恢复活性。可逆的抑制作用竞争性抑制作用动力学方程：【批注】：竞争性抑制作用不改变最大反应速度Vmax，只影响KM值从图中反映：纵截距不变横截距变小非竞争性抑制作用动力学方程：【批注】从方程角度：影响Vmax，不影响KM值。从图形角度：增大纵截距，不影响横截距。反竞争性抑制作用动力学方程：【批注】从方程角度：影响Vmax，也影响KM值。从图形角度：增大纵截距，也增大横截距。【画图要点】①标明横纵轴的名称：横轴纵轴：②纵轴无负轴③画出无抑制剂的对照曲线（二）不可逆的抑制作用原因：形成了稳定的共价键（三）酶的激活剂概念：能够提高酶活性的物质都称为酶的激活剂三、pH对酶活性的影响最适pH：酶的活性只在某个pH范围内活性最大，低于或高于这个范围，酶活性就会降低，这个范围就叫做最适pH。pH对酶活力影响曲线：钟形曲线四、温度对酶活性的影响最适温度：酶只在某个温度反应才能达到最大值，这个温度就叫做酶的最是温度。温度对酶活力的影响曲线：钟形曲线五、酶浓度对酶促反应速度的影响如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。底物浓度对酶活力影响曲线：正比直线第七节调节酶一、别构酶概念：能以构象变化而影响催化活性的酶别构酶的结构结构：1.由多个亚基组成2.含有“活性中心”（催化亚基）和“别构中心（或称调节中心）”（调节亚基）别构效应概念：别构酶的每个亚基都有两种构象：一种是有利于结合底物或调节物的松弛态构象（R型）；一种是不利于结合底物或调节物的紧张态构象（T型）。两状态间的相互转换取决于外界条件和亚基间的相互作用。别构酶的动力学在别构酶的催化反应中：别构酶的酶促反应速度与底物浓度的关系图是S型曲线(【注意】不符合典型的米氏方程，此时反应速度达到最大反应速度的一半时的底物浓度不能叫做“KM”而是用“[S]0.5”或“K0.5