1、生物化学,第五章 生物催化剂,华东理工大学生物化学精品课程组,上海市精品课程,第五章 生物催化剂 (Biocatalytics),酶的命名和分类,酶的作用特性,酶促反应动力学,酶的抑制剂与与药物分子设计,核酸酶和抗体酶,寡聚酶、同功酶和固定化酶,酶的应用,生物催化剂的发现和发展,酶活力的测定,学习要求,学习要求,了解酶的命名和分类 弄清酶的化学本质 掌握理解活性中心、酶活性、反应初速度、比活性、Km 最适PH、最适温度、酶原、竞争性抑制 弄清影响酶促作用的各种因素 掌握酶促作用的动力学和结构基础 对比酶的几种不同类型的抑制作用 酶的作用机制与药物分子的设计 了解核酸酶、抗体酶的相关知识 了解同
2、功酶、诱导酶、别构酶、固定化酶的本质和应用,章首,5.1 生物催化剂的发现和发展,一、生物催化剂的发现 1、ferment 2、淀粉糖化酶：1833 3、enzyme 1878年 4、1926年，脲酶结晶，提出酶的蛋白质的本质 5、1963年，牛胰核糖核酸酶的一级结构1965年，鸡卵清溶菌酶的三维结构1969年，人工合成核糖核酸酶,二、生物催化剂的发展 1、Ribozyme 1982年 2、抗体酶 （abzymes) 3、生物酶工程 4、人工酶 5、模拟酶 酶的本质？,章首,5.2 酶的命名和分类,国际系统命名法：1、名称由两部分组成：底物反应名称如：ATP:己糖磷酸转移酶2、不管酶催化正反应
3、还是逆反应，都用同一名称。如：DH2:NAD氧化还原酶 习惯名或常用名：1、根据酶所作用的底物命名 如：淀粉酶，蛋白酶2、根据酶所催化的反应命名 如：转氨酶，脱氢酶3、在底物、反应基础上加上酶的来源或其它特点命名如：胰蛋白酶、碱性磷酸酶,国际系统分类法,酶的六大类： 氧化还原酶类（oxido-reductases) 转移酶类（transferases) 水解酶类（hydrolases) 裂合酶类（lyases) 异构酶类（isomerases) 合成酶类（ligases) 如：SOD（超氧化物歧化酶） EC1.15.1.1（Enzyme Commission),章首,5.3 酶的作用特性,酶的
4、催化作用特性 与酶的催化特性有关的因素 酶的非蛋白组分辅酶和金属离子,章首,酶的催化作用特性,（一）酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂比普通催化剂效能高1071013倍,Movie.decrease energy,（二）酶是具有高度选择性的催化剂 反应专一性(reaction specificity)只催化一种或一类反应，几乎不产生副反应 底物专一性(substrate specificity)(1)结构专一性(structure specificity)如：脲酶：只催化水解尿素(2)立体专一性(stereo specificity) 手性底物，如：淀粉酶只水解D葡萄糖形 成的1,4-糖苷键
5、(3)几何专一性(geometric specificity)只催化某种几何异构体底物的反应,酶的催化作用特性,返回,酶的催化作用特性,（三）酶促反应遵循米氏动力学方程,1 酶分子的结构 2 酶与底物分子之间的相互作用 3 酶与底物分子之间的定向效应 4 酶与反应过渡态的结合作用 5 酶与底物的手性选择性结合作用,与酶催化特性有关的因素,返回,（一）酶分子的结构,酶的活性中心 结合部位：专一性空间形状和氨基酸残基组成上，利于酶底物复合物的形成。 催化部位：高效性与结合部位重叠或非常靠近；含有多种具有活性侧链的氨基酸残基；有的含有辅酶或金属离子；激活底物或降低过渡态活化能。,Movie.ES c
6、omplex,酶分子的结构,必需基团：与酶的催化活性有关 活性中心的必需基团：与底物结合 非活性中心的必需基团：具有空间 支撑或结构维持作用 非必需基团：与酶的其它活性有关，如识别、定位、免疫等,Movie.enzyme reaction1,返回,（二）酶与底物分子相互作用,酶底物中间复合物（enzyme-substrate complex)E+S ES E+P,Movie. Enzyme reaction2,返回,1、静电引力 2、氢键 3、疏水键相互作用：活性中心是相对的疏水环境,酶底物结合力,（三）酶与底物的定向效应,底物分子结合到酶的活性中心： 1)底物在酶活性中心的有效浓度大大增加
7、2)活性中心的立体构型和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定位 3)是酶促反应具有高效率和专一性的原因,返回,（四）酶与反应过渡状态的结合作用,酶与反应过渡状态的亲和力远大于酶与底物或产物的亲和能力,Movie.ES P curve,返回,（五）酶与底物的手性选择结合作用,不对称催化作用 大多数天然产物都具有旋光性 酶分子的活性中心部位，含有多个具有催化活性的手性中心，对底物分子起诱导和定向作用，使反应按单一的方向进行。,返回,三、酶的非蛋白组分辅酶和金属离子,返回,（一）辅酶和辅基,1、辅酶和辅基的区别与酶蛋白结合的强弱透析 2、辅酶和辅基的功能本质：小分
8、子有机化合物具有氧化还原性或转移基团的能力 3、辅酶和辅基的作用特点直接参与反应“第二底物” 全酶中的辅酶决定酶反应专一性同一辅酶或辅基可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。 全酶中的酶蛋白决定底物专一性,4、辅酶和维生素 大多数辅酶或辅基的前体是维生素，主要是水溶性B族维生素。,（一）辅酶和辅基,返回,（二）酶分子中的金属离子,金属酶（mentalloenzymes)，如SOD 1） 酶蛋白与金属离子结合紧密 2）过渡金属离子：如Fe2+/Fe3+,Cu2+/Cu+，Zn2+，Mn2+等 3）通过配位健与氨基酸残基侧链基团相连或作为酶的辅助因子 金属激活酶（metal-actived e
9、nzymes) 1）结合较松散 2）碱金属离子或碱土金属离子，如K+,Na+,Mg2+,Ca2+等,返回,什么是酶促反应动力学? 米氏方程 米氏方程的推导 影响酶促反应的因素,5.4 酶促反应动力学,章首,酶促反应动力学,研究酶促反应的速度以及各种因素对反应速度的影响，其中酶与底物之间的作用问题是研究酶促反应的核心问题。,返回,酶促反应动力学,米氏方程（Michaelis Menten 方程）,Km的意义？,返回,米氏方程的推导,酶促反应历程 Movie. equation1,ES降解速率 Movie.equation2,反应平衡时Movie.equation3,米氏方程Movie.equat
10、ion4,米氏曲线Movie.double-curve,ES形成速率Movie.ES k1,返回,影响酶作用的因素,(1)温度对酶作用的影响 (2)pH对酶作用的影响 (3)酶浓度对酶作用的影响 (4)激活剂对酶作用的影响(5)抑制剂对酶作用的影响,返回,1) 温度对酶作用的影响,酶的最适温度（optimum temperature, Tm） 在一定范围内，反应速度达到最大时的温度称为酶的最适温度（optimum temperature, Tm）。 最适温度不是酶的特征物理常数。,返回,2) pH对酶作用的影响,pH对酶促反应速度的影响，主要有下列原因： 1 影响酶和底物的解离 2 影响酶分子
11、的构象,返回,3)酶浓度对酶作用的影响,返回,4) 激活剂对酶作用的影响,凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都称为激活剂或活化剂(activator)。 一般认为，激活剂的作用主要有以下几个方面： 1解除抑制剂的抑制作用 2辅酶和辅基是构成某些有活性的全酶的必要组成成份 3无机离子激活许多酶类,返回,4.5 酶的抑制剂与药物分子设计,返回,酶的作用机理movie,什么是抑制剂 ？ 抑制剂的作用机理 ？ 抑制剂的分类及特点 ？ 抑制剂的作用机理与药物分子设计,抑制剂定义,能够降低酶的活性，使酶促反应速度减慢的物质。,抑制剂作用机理,底物类似物活性中心结合 非底物类似物不与活性部位结合，但和酶活性部位以外的必需基团结合，从而影响酶促反应过程。,抑制作用分类,抑制作用分类：根据抑制剂与酶作用方式的不同 不可逆抑制 可逆抑制,
