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第三章酶-生物化学与分子生物学教研室

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第 三 章 酶 Enzyme 目录 酶学研究简史 ? ? ? 公元前两千多年,我国已有酿酒记载。 1877年,Kuhne首次提出Enzyme一词。 1897年,Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现 了发酵。 ? 1926年,Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 J.B.Sumner 目录 1982年,Cech首次发现四膜虫的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也具有酶的催 化活性,提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年,Jack W.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)。 Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA 目录 酶的概念 目前将生物催化剂分为两类 ? 酶 、 核酶(脱氧核酶) 酶是一类由活细胞产生的,对其特异底物 具有高效催化作用的蛋白质。 ? 目录 本章内容 第一节 酶的分子结构与功能 酶的分子组成、活性中心 第二节 第三节 酶的工作原理 酶促反应动力学 底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂、激活剂对反 应速度的影响;酶活性测定与酶活性单位 酶的调节 酶活性、酶含量的调节;同工酶 第四节 第五节 酶的命名与分类 第六节 酶与医学的关系 目录 第一节 酶的分子结构与功能 The Molecular Structure and Function of Enzyme 目录 酶的不同形式 ? 单体酶(monomeric enzyme):仅具有三级结构的 酶,一般由一条肽链组成,如溶菌酶。 目录 寡聚酶:由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。 (己糖激酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶等) 多酶体系: 由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。所有反应 依次连接,有利于一系列反应的连续进行。如丙酮酸脱氢酶 复合体。 多酶复合体 目录 ? 多功能酶(multifunctional enzyme)或串 联酶(tandem enzyme):一些多酶体系 在进化过程中由于基因的融合,多种 不同催化功能存在于一条多肽链中, 这类酶称为多功能酶。 目录 一、 酶的分子组成 ?单纯酶 ? 结合酶 (simple enzyme) (conjugated enzyme) 蛋白质部分:酶蛋白 (apoenzyme) 全酶 (holoenzyme) 辅助因子 (cofactor) 小分子有机化合物 金属离子 目录 ? 金属离子的作用 稳定酶的构象; 参与催化反应,传递电子; 在酶与底物间起桥梁作用; 中和阴离子,降低反应中的静电斥力等。 ? 金属酶(metalloenzyme) 金属离子与酶结合紧密,提取过程中不易丢失(如羧基肽酶) ? 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需,与酶的结合不甚紧密。(己糖激酶 ? 小分子有机化合物的作用 ? 在反应中起运载体的作用,传递电子、质子或 其它基团。 目录 小分子有机化合物在催化中的作用 转移的基团 小分子有机化合物(辅 酶 或 辅 基) 名 称 所含的维生素 尼克酰胺(维生素PP之一) 尼克酰胺(维生素PP之一) 维生素B2 (核黄素) 维生素B2 (核黄素) 维生素B1(硫胺素) 泛酸 硫辛酸 维生素B12 生物素 吡哆醛(维生素B6之一) 叶酸 氢原子(质子) NAD+(尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸,辅酶I) NADP+(尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸磷酸,辅酶II) FMN (黄素单核苷酸) FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸) 醛基 TPP(焦磷酸硫胺素) 酰基 辅酶A(CoA) 硫辛酸 烷基 钴胺素辅酶类 二氧化碳 生物素 氨基 磷酸吡哆醛 甲基、甲烯基、 四氢叶酸 甲炔基、甲酰基 等一碳单位 目录 *酶蛋白和辅助因子在催化反应中的作用 ? ? 酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质 目录 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 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超 滤的方法除去。 目录 二、酶的活性中心 酶分子中直接与底物结合,并 和酶催化作用直接有关的区域叫酶 的活性中心(active center)或活 性部位(active site),参与构成酶 的活性中心和维持酶的特定构象所 必需的基团为酶分子的必需基团。 目录 酶的一级结构是决定其催 化功能最重要的化学结 构,是酶发挥催化功能 的结构基础。 酶的特异的三维空间结 构是酶催化功能的基础。 酶的二、三级结构是维 持酶的活性中心空间构 象的必需结构。 目录 ? 活性中心内的必需基团 结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 催化基团 (catalytic group) 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 的空间构象所必需。 目录 结合基团 活性中心 必需基团 酶 非必需基团 催化基团 活性中心外基团 目录 酶活性中心示意图 S-S 活性中心外 必需基团 底物 结合基团 催化基团 肽链 活 性 中 心 必 需 基 团 活性中心 目录 一些酶活性中心的氨基酸残基 酶 残基总数 活性中心残基 牛胰核糖核酸酶 溶菌酶 牛胰凝乳蛋白酶 牛胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 弹性蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 碳酸酐酶 124 129 245 238 212 240 275 258 His12, His119, Lys41 Asp52, Glu35 His57, Asp102,Ser195 His46, Asp90, Ser183 Cys25, His159 Hi



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