生物化学2第二章酶化学zjg课件.ppt

ZhangJG-Biochemistry 酶 化 学 张 金 国 第二章 酶化学 (6学时) 第一节? 酶的基本特征 第二节? 酶的命名和分类构 第三节 酶的催化作用机制 第四节? 酶促反应动力学和影响因素 第五节 酶活性的调节机制 酶(enzyme)是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂。 新陈代谢是维持生物体生长、繁殖、运动等生命活动过程的化学变化的总称。 生物体同周围环境不断地进行着物质和能量的交换，它把吸收的养分转化成自身的组成部分，称为同化过程；生物体也在不断地将自身的组成物质分解，这是异化过程。新陈代谢失调会引发疾病，新陈代谢停止则意味着生命终结。 体内所有代谢反应都是酶催化的，酶是研究生命活动的关键。 酶学研究简史 早在8000多年前（禹时代），我国已有利用“ 酶 ”酿酒的记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1877年，威廉.屈内（Kuhne）首次提出enzyme一词。 1897年，布赫纳（Buchner）兄弟用不含细胞的酵母提取液进行发酵，说明了发酵与细胞无关，而是由细胞外的物质引起的。 1913年Michaelis和Menten提出酶促动力学原理——米氏方程 1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。 2、酶是蛋白质的证据： （1）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸；元素分析，与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成，1969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。 （2）与蛋白质的分子量相似，结构相似，具有一、二、三、四级结构。 （3）凡使蛋白质变性的因素也可使酶变性失活；酶能被蛋白酶水解而失活。 （4）酶具有蛋白质的特性，如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；不能通过半透膜。 但也发现： 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。 1995年，Jack W.Szostak（绍斯塔克）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)。 大多数酶的化学本质是由蛋白质组成的。 Ribozyme的化学本质是RNA 核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质的概念，即： “酶是具有催化功能的生物大分子（蛋白质或RNA）”。 酶分两大类： 主要由蛋白质组成——蛋白类酶（P酶） 少数由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶） （二）酶的组成 单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 结合酶类（conjugated enzyme): 全酶 = 酶蛋白+ 辅助因子（辅酶、辅基） 超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+） 酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型。 酶的辅助因子 主要有金属离子和有机化合物 有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等 金属离子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、、Mn3+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白以非共价键结合，较松，可透析除去。 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白以共价键结合，较紧，透析不能除去。 （三） 同工酶 在同一个生物体内，能催化相同的化学反应，但在酶的分子结构、理化性质和生化特性（如Km值、电泳行为等）存在明显差异的一组酶称为同工酶（isoenzyme）。 例如：哺乳动物的乳酸脱氢酶（LDH，催化乳酸脱氢生成丙酮酸），有5种形式： 分子形式：LDHl，LDH2，LDH3，LDH4，LDH5； 亚基组成：H4，H3M，H2M2，HM3，M4。 乳酸脱氢酶同工酶分子都是四聚体，但其亚基组成不同。不同组织含量不同，用于疾病诊断。 （四）核酶 核酶的发现，1982年，R.Cech（切赫河）等人发现四膜虫细胞的26s rRNA前体具有自我剪接功能，将这种具有催化活性的天然RNA称为核酶—Ribozyme。 1983年， Altman等人发现核糖核酸酶P的RNA组分具有加工tRNA前体的催化功能。而RNase P中的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作用。 核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质的概念，Cech和Altman获得1989年诺贝尔奖。 核酶在阻断基因表达和抗病毒方面的应用前景 Ribozyme能特异性地切割靶RNA序列， 核酶药物选择性地裂解癌细胞或病毒的RNA，从而阻断它们合成蛋白质。 例如针对HIV病毒RNA序列和结构，设计出专门裂解HIV病毒的RNA的核酶，而这种核酶对正常细胞RKA则没有影响。 核酶药物使用剂量较少，毒性也较小，并且病毒较难产生耐受性。具有广阔的应用前景和极大的临床实用价值。 （五 ）模