食品112班牟鑫1106010225WrittenByJupiter第四章酶第一節(jié)酶催化作用的特點與酶的結(jié)構(gòu)酶催化作用的特點酶是生物催化劑酶是細(xì)胞合成的生物催化劑，是具有催化活性的蛋白質(zhì)，有些RNA也具有催化活性，叫做核酶。酶催化作用的特點酶和無機催化劑的共性：用量少降低反應(yīng)的活化能提高反應(yīng)速度不改變化學(xué)平衡點酶催化的特性：很高的催化效率作用條件溫和（即受外界環(huán)境影響）酶促反應(yīng)具有很高的專一性酶的催化活性在細(xì)胞內(nèi)收到嚴(yán)格的控制活化能概念：分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需的能量（1mol反應(yīng)物全部進入活化狀態(tài)所需的自由能KJ/mol。）酶的結(jié)構(gòu)與組成酶蛋白的結(jié)構(gòu)和組成根據(jù)肽鏈組成分類：單體酶：只含有一條多肽鏈。一般催化水解反應(yīng)的酶屬此類酶寡聚酶:由2個或2個以上亞基組成，亞基可以是相同的，也可以是不同的多酶復(fù)合體：一個代謝途徑中往往含有許多步反應(yīng)，催化這些反應(yīng)的幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體，叫做多酶復(fù)合體，用于催化一系列反應(yīng)的連續(xù)進行。根據(jù)化學(xué)組成分類：單成分酶：由單純的蛋白質(zhì)組成雙成分酶（全酶）：由輔因子（輔基+輔酶）和蛋白部分組成（其中酶蛋白決定酶的專一性）輔助因子輔助因子：在有些酶促反應(yīng)中，參加反應(yīng)的除了酶和底物以外，還需要另外的成分參與，這些成分叫輔助因子。輔酶：作為酶的輔因子的有機分子，本身無催化作用，但一般在酶促反應(yīng)中有傳遞電子、原子或某些功能基團的作用。在多數(shù)情況下，可通過透析將輔酶除去。輔基：是酶的輔酶中緊密共價結(jié)合的小分子有機物，與酶或蛋白質(zhì)結(jié)合的非常緊密，用透析法不能除去。【注意】：組成酶蛋白的某種氨基酸殘基，它既能作為質(zhì)子供體又能作為質(zhì)子受體，還具有一個很強的親核集團——His咪唑基酶的活性中心 “酶的活性中心”：是酶直接與底物結(jié)合并進行催化反應(yīng)的部位“結(jié)合位點”：保證底物正確結(jié)合在酶的催化位點附近，決定了酶的專一性“催化位點”：負(fù)責(zé)底物鍵的斷裂或形成，決定了酶的催化能力酶活性中心的共同點以及特點活性中心只占酶分子總體積的很小一部分具特定的三維結(jié)構(gòu)位于酶分子的一凹穴中,形成疏水區(qū)，是非極性環(huán)境。底物靠許多相當(dāng)弱的鍵與酶活性中心結(jié)合酶具有柔性,與底物結(jié)合時兩者構(gòu)象都發(fā)生變化后互補,有利于反應(yīng)進行.第二節(jié)酶的命名與分類一、習(xí)慣命名法二、系統(tǒng)命名法三、分類編號方案【說明】：每個酶的分類編號由4個數(shù)字組成，數(shù)字間用“·”分開，并在前面冠以EC（國際酶學(xué)委員會的縮寫?！久康谝粋€數(shù)字表明一個酶屬于6大類中的哪一類氧化還原酶類轉(zhuǎn)移酶類水解酶類裂合酶類異構(gòu)酶類連接酶類第二個數(shù)字表明該酶的亞類，指明底物中被作用的基團或鍵。第三個數(shù)字是該酶的亞-亞類第四個數(shù)字是該酶在亞-亞類中的排序第三節(jié)酶的純化與酶活力的測定酶的分離純化分離原則：低溫0~4℃進行監(jiān)控酶活性保證輔因子的穩(wěn)定性濃縮、-20℃保存酶活力的測定“酶活力”：酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力酶促反應(yīng)速度酶活力的表示：用酶催化反應(yīng)的速度表示，多數(shù)采用測量產(chǎn)物生成量的方法來測定反應(yīng)速度，并且一般是測量酶促反應(yīng)的初速度（因為在一定溫度、pH、底物濃度的條件下隨著時間延長產(chǎn)物的生成可能抑制酶活性，部分酶也可能失活，因此各種原因可能同時發(fā)生作用，使酶活力受阻礙越大，即反應(yīng)速度在下降，為剔除后來的阻礙作用，測定酶活力就需要在開始很短的時間內(nèi)進行，測量初速度）酶活力單位“IU”：指在特定條件下1min內(nèi)能轉(zhuǎn)化1μmol底物的酶量一個酶活力單位IU=Δ底物（μmol）/時間（min）“Kat”：指在特定條件下每秒鐘催化1mol底物所需的酶量Kat=Δ底物（mol）/時間（s）酶的比活力“比活力”：每毫克蛋白質(zhì)所含的酶活力單位表示（U·mg-1）對同一種酶而言，比活力越大，酶的純度越高，最終趨向于一個特定的值。第四節(jié)酶的專一性及其假說一、酶的專一性“酶的專一性”：指酶對它所催化的反應(yīng)與對底物的選擇都具有高度的專一性。通常酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)或一類相似的化學(xué)反應(yīng)，作用于一種或一類底物。分類：結(jié)構(gòu)專一性相對專一性：一些酶對底物的專一性程度要求較低，能對結(jié)構(gòu)上相類似的一系列化合物起到催化作用，這類酶的專一性稱為相對專一性（包括鍵專一性和基團專一性）絕對專一性：酶對化學(xué)鍵和鍵兩端的基團都有嚴(yán)格的要求，即只作用于一種底物。立體異構(gòu)體專一性旋光異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，沒只能作用于其中之一幾何異構(gòu)專一性：如果底物含有雙鍵，酶只在底物的順、反兩種異構(gòu)體中選擇一種。二、酶的專一性假說酶的專一性表明：酶的結(jié)構(gòu)與底物結(jié)構(gòu)之間存在互補關(guān)系Koshland的“誘導(dǎo)契合學(xué)說”【內(nèi)容】：酶與底物分子接近時受底物分子的誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生有利于與底物結(jié)合的變化,酶與底物在此基礎(chǔ)上互補契合,進行反應(yīng)。（用于解釋酶與底物結(jié)合的專一性）第五節(jié)酶的催化機制酶的催化作用與活化能活化能:分子由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)（從基態(tài)達(dá)到過渡態(tài)）所需的能量,1mol反應(yīng)物全部進入活化狀態(tài)所需的自由能KJ/mol。過渡態(tài)理論“過渡態(tài)”：每一個化學(xué)反應(yīng)中都要經(jīng)過一個不穩(wěn)定的反應(yīng)物-產(chǎn)物的中間狀態(tài)，即過渡態(tài)。E+S?ES?EP?E+P（E—酶；S—底物；P—產(chǎn)物；ES、EP—底物&酶復(fù)合物、底物&產(chǎn)物復(fù)合物）一、酶促反應(yīng)降低活化能的原因酶降低反應(yīng)活化能實現(xiàn)高效催化作用率的主要原因有：鄰近和定向效應(yīng)；共價催化；酸堿催化；微環(huán)境的影響;酶與底物的非共價相互作用；金屬離子催化鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)【概念】酶和底物結(jié)合成中間絡(luò)合物的反應(yīng)中,底物分子從溶液中密集到活性中心區(qū),并使活性中心的催化基團與底物的反應(yīng)基團之間定向排列所產(chǎn)生的效應(yīng)?！班徑?yīng)”：指酶在與底物結(jié)合過程中，底物的反應(yīng)基團與酶的催化基團形成一個分子，使有效濃度提高，反應(yīng)速度大幅度提升的效應(yīng)?！岸ㄏ蛐?yīng)”：指底物的反應(yīng)基團與酶的催化集團正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。酶與底物間的非共價相互作用ES與S之間的非共價弱相互作用：氫鍵、離子鍵、范德華力、疏水相互作用（酶與底物結(jié)合斷鍵示意圖）【注意】酶通過這些弱相互作用使底物分子中的敏感鍵發(fā)生形變,促使敏感鍵更易破裂。微環(huán)境的影響活性中心的的疏水性保證了各種相互作用準(zhǔn)確而充分的進行。酸堿催化廣義酸基團：-COOH、-NH3+、,-SH,廣義堿基團：-COO﹣、-NH2：、-S﹣酸堿催化的反應(yīng)速度與兩個因素有關(guān)：酸或堿的強度（pK值）質(zhì)子轉(zhuǎn)移的速度(His上的咪唑基是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能基團。)共價催化包括親核催化和親電催化例子：胰凝乳蛋白酶金屬離子催化“金屬酶”：指酶中的金屬離子與酶蛋白很緊密，并且直接與酶的催化活性相關(guān)?！敖饘偌せ蠲浮保航饘匐x子與酶蛋白結(jié)合并不緊密，也不直接參與催化反應(yīng)，但是金屬離子的存在與否與酶的催化效率有關(guān)，這類酶叫金屬激活酶。金屬離子的催化作用：加強水的離子化作用、電子傳遞作用、電荷屏蔽作用【注意】：酶能加速化學(xué)反應(yīng)的主要原因是：酶和底物結(jié)合形成酶底物復(fù)合物，使底物呈活化狀態(tài)，從而降低了反應(yīng)活化能。二、酶作用機理—實例胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶活性中心的電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)是由Ser195，His57，Asp102三個氨基酸殘基靠很強的氫鍵產(chǎn)生的。作用機理：裂解由芳香族集團的氨基酸的羧基形成的肽鍵溶菌酶作用機理：催化細(xì)菌細(xì)胞壁多糖的水解，從而溶解這些細(xì)菌三、酶原激活有些酶在生物體內(nèi)首先合成的是酶的無活性前體形式，稱為酶原。酶原要經(jīng)過部分水解，切去部分肽段，才轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，這個過程叫酶原的激活?！咀⒁狻棵冈せ钍菑臒o活性的前體轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚悦傅倪^程，這個過程是不可逆的。四、核酶與抗體酶“核酶”：具有催化活性的RNA“抗體酶”：具有催化能力的蛋白質(zhì),本質(zhì)是免疫球蛋白，又稱“催化性抗體”。第六節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)一、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響（米氏方程）：【注意】米氏方程定量說明了酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系。以反應(yīng)速度對底物濃度作圖，得到的是一條雙曲線當(dāng)?shù)孜餄舛冗^量時，以反應(yīng)速度對酶濃度作圖，得到的是一條S形曲線米氏方程的推到基于三個假設(shè)ES復(fù)合物形成是一個可逆反應(yīng)并快速到達(dá)平衡ES轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的速度很慢，是限速步驟反應(yīng)在穩(wěn)態(tài)下進行，ES生成和分解速度相等米氏常數(shù)“KM”KM值的含義：當(dāng)酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的一半時底物濃度KM值的用處：①KM是酶的特征常數(shù)之一。從KM值可以判斷酶與底物的親和力（KM越大，親和力越?。贙M值可以判斷底物是否天然底物（KM最小的底物是該酶的最適底物）③已知KM值，可以求出任意底物濃度的反應(yīng)速度或者任意反應(yīng)速度下的底物濃度【注意】：當(dāng)K2>>K3時，有KM=Ks（此情況為ES與游離的E和S之間很快就達(dá)到平衡）催化常數(shù)（轉(zhuǎn)換數(shù)）“Kcat”：“Kcat”含義：當(dāng)酶被底物飽和時（[S]足夠大，酶處于飽和狀態(tài)），酶分子的每個活性中心每秒鐘將底物轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物的分子數(shù)（單位為）“Kcat”定義：酶促反應(yīng)限速步驟的反應(yīng)速度常數(shù)，即：表觀二級常數(shù)（專一性常數(shù)）“Kcat/KM”：“Kcat/KM”意義：表示酶的催化效率。當(dāng)[S]<<KM時：米氏常數(shù)的求法——雙倒數(shù)作圖法：將米氏方程改寫為以下形式：二、酶的抑制作用抑制作用的類型不可逆的抑制作用：以共價鍵與酶蛋白中的基團結(jié)合可逆的抑制作用：以非共價鍵與酶蛋白結(jié)合不可逆的抑制作用概念：不可逆抑制劑與酶形成了穩(wěn)定的共價鍵，使酶失活。不能用透析、超濾等物理學(xué)方法除去抑制劑使酶恢復(fù)活性?？赡娴囊种谱饔酶偁幮砸种谱饔脛恿W(xué)方程：【批注】：競爭性抑制作用不改變最大反應(yīng)速度Vmax，只影響KM值從圖中反映：縱截距不變橫截距變小非競爭性抑制作用動力學(xué)方程：【批注】從方程角度：影響Vmax，不影響KM值。從圖形角度：增大縱截距，不影響橫截距。反競爭性抑制作用動力學(xué)方程：【批注】從方程角度：影響Vmax，也影響KM值。從圖形角度：增大縱截距，也增大橫截距?！井媹D要點】①標(biāo)明橫縱軸的名稱：橫軸縱軸：②縱軸無負(fù)軸③畫出無抑制劑的對照曲線（二）不可逆的抑制作用原因：形成了穩(wěn)定的共價鍵（三）酶的激活劑概念：能夠提高酶活性的物質(zhì)都稱為酶的激活劑三、pH對酶活性的影響最適pH：酶的活性只在某個pH范圍內(nèi)活性最大，低于或高于這個范圍，酶活性就會降低，這個范圍就叫做最適pH。pH對酶活力影響曲線：鐘形曲線四、溫度對酶活性的影響最適溫度：酶只在某個溫度反應(yīng)才能達(dá)到最大值，這個溫度就叫做酶的最是溫度。溫度對酶活力的影響曲線：鐘形曲線五、酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響如果底物濃度足夠大，足以使酶飽和，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比。底物濃度對酶活力影響曲線：正比直線第七節(jié)調(diào)節(jié)酶一、別構(gòu)酶概念：能以構(gòu)象變化而影響催化活性的酶別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：1.由多個亞基組成2.含有“活性中心”（催化亞基）和“別構(gòu)中心（或稱調(diào)節(jié)中心）”（調(diào)節(jié)亞基）別構(gòu)效應(yīng)概念：別構(gòu)酶的每個亞基都有兩種構(gòu)象：一種是有利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的松弛態(tài)構(gòu)象（R型）；一種是不利于結(jié)合底物或調(diào)節(jié)物的緊張態(tài)構(gòu)象（T型）。兩狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換取決于外界條件和亞基間的相互作用。別構(gòu)酶的動力學(xué)在別構(gòu)酶的催化反應(yīng)中：別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系圖是S型曲線(【注意】不符合典型的米氏方程，此時反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的一半時的底物濃度不能叫做“KM”而是用“[S]0.5”或“K0.5