C-酶的催化活性和调节机制

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1、酶的催化活性和调节机制(1)主要内容介绍酶是生物催化剂酶的结构与催化功能酶促反应机制酶的调节作用酶活性分析一、酶是生物催化剂1.1酶的研究历史18世纪初，人们注意到胃液能对肉类进行消化，唾液及植物提取物能将淀粉转变为糖；1837年，Berzelius认为发酵活动由活细胞造成的，首先想到了催化作用；1857年Pasteur认为酒发酵是酵素催化作用的结果；1878年Kuhne提出enzyme一词；1894年Fisher提出酶与底物作用的“锁与钥匙”学说，用以解释酶作用的专一性。1.1酶的研究历史1897年Buchner用酵母菌提取液完成发酵，证明了发酵是酶作用的化

2、学本质；1903年Henri提出酶与底物作用的中间复合物学说；1913年Michaelis和Menten提出酶动力学原理和米氏方程式；1925年Briggs和Handane对米氏方程作了修正；1926年Sumner从刀豆中结晶了脲酶，并证明酶是蛋白质，提出“所有的酶都是蛋白质”；1930年Northrop结晶了胃蛋白酶和胰蛋白酶，确定了酶的蛋白质本质；1.1酶的研究历史1946年Sumner和Northrop因酶的结晶和对酶的研究获得诺贝尔化学奖；1965年Blake对溶菌酶结晶进行了X光衍射分析，使该酶活性中心的催化反应机制获得直接证据；1969年，Gutt

3、e和Merrifield用有机合成方法制得核糖核酸酶，并证明酶与无机催化剂作用相同；1982年Cech发现个别RNA具有酶的催化活性，更新了“酶是蛋白质”的概念；1983年Altman和Pace证明RNaseP中RNA具催化活性。1.1酶的研究历史1986年Lerner首次研制成功了水解羧酸酯的抗体酶（ProcNatlAcadSciUSA,1986,83:6736；Science,1986,234(4783):1566).1994年Joyce发现DNA具有催化活性（chembiol1994,1(4):223-9)。酶的新概念：酶是生物体内一类具有催化活性和特殊

4、空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。1.2酶的特性酶和一般催化剂的共性：1.用量少而催化效率高；2.能加快化学反应的速度，而其本身在反应前后没有结构和性质的改变；3.催化剂只能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变反应的平衡点，酶亦如此。4.降低反应的活化能。1.2酶的特性酶作为生物催化剂，还具有以下特点：催化效率高：酶催化反应的速率比非酶催化反应的速率高108~1020，比一般催化剂高107~1013。催化作用有高度专一性：一种酶只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。1.2酶的特性催化作用要求一定的温度与pH值：如NH3的合成在植物中由固氮酶来催

5、化，通常在27ºC和中性pH值下进行。酶易失活：强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。酶的活力受调节控制:酶活力与辅酶、辅基、底物、金属离子等密切相关。1.3酶的组成全酶：酶蛋白与酶活力所需的任何形式辅助因子所组成的完整功能的复合体。辅酶：在酶的催化过程中一类小分子化合物，负责运载底物的电子或基团，与酶蛋白结合松弛，可作为多种酶蛋白的辅助因子，如NAD+、NADP+等。辅基：与辅酶的作用相同，只是与酶蛋白结合紧密，从不与酶蛋白分离，如血红素、黄素腺嘌呤二核苷酸等。1.3酶的组成常见的金属辅助因子酶金属辅助因子醇脱氢酶、碳酸苷酶、羧肽酶Zn2+磷酸转

6、移酶、精氨酸酶Mn2+细胞色素酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、铁氧环蛋白Fe2+、Fe3+酪氨酸酶、细胞色素氧化酶Cu2+、Cu+磷酸水解酶类、磷酸转移酶类Mg2+质膜ATP酶Na+、K+、Mg2+丙酮酸激酶K+、Mg2+1.3酶的组成常见的非金属辅助因子类型辅酶和辅基转移基团辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)H、电子（与VPP有关）辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸H、电子（与VPP有关）辅酶辅酶QH、电子辅酶焦磷酸硫胺素醛类辅酶辅酶A、硫锌酰胺酰类辅酶钴胺酰胺辅酶类烷类辅酶生物胞素二氧化碳辅酶磷酸吡哆醛氨基辅酶四氢叶酸辅酶类甲基、亚甲基、甲酰基、亚氨甲基辅基黄素单

7、核苷酸（FMN）H（与VB2有关）辅基黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）H（与VB2有关）辅基铁卟啉电子1.3酶的组成根据酶蛋白分子的特点，将酶分为：单体酶：由一条多肽链构成,一般为催化水解反应的酶,如胰蛋白酶、溶菌酶等,Mr为13~35KDa。寡聚酶：有多条相同或不同的多肽链组成，可能为别构酶，Mr为35~几百万道尔顿。多酶体系：由多种酶嵌合形成的复合体，分子量巨大，往往上一个酶产物是下一个酶底物。有三种形式：游离状态、固定于膜上或组成复合体（反应中间物一般不离开酶复合体）。二、酶的结构与催化功能2.1酶的一级结构与催化活性活性中心：酶分子上参与底物结合与催化作用

8、的少数特殊的氨基酸残基较集中的区域。一