生化chapter+08-10+enzyme-01.ppt
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1、Chapter 8-10 Basic principles of enzymology Catalysis, kinetics, regulation,第四章 酶,第一章 酶学通论,1、酶的催化性质,2、酶的化学本质,4、酶的专一性,人们对酶的认识起源于生产与生活实践。 夏禹时代,人们掌握了酿酒技术。 公元前12世纪周朝,人们酿酒,制作饴糖和酱。 春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。 酶者,酒母也,酶 酒,概述-酶的发现及研究历史,1. 不自觉的应用:酿酒、造酱、制饴、治病 2. 对酶的初步认识: 消化与发酵现象 19世纪30年代,德国科学家施旺获得胃蛋白酶。 1833年,法国化学家
2、Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液,得到淀粉酶(diastase)。 1878年,德国科学家Khne提出enzyme从活生物体中分离得到的酶,意思是“在酵母中”(希腊文)。,3、19世纪,对于发酵过程的本质开展了长期的学术争论,并导致了随后一系列对于酶的分离及化学本质的研究 当时法国化学家和微生物学家Pasteur认为没有生物则没有发酵。 德国化学家Liebig认为发酵是由化学物质引起的。 此争议由德国学者Buchner兄弟于1896年解决。 Buchner兄弟的试验:用细砂研磨酵母细胞,压取汁液,汁液不含活细胞,但仍能使糖发酵生成酒精和二氧化碳。证明:发酵与细胞的活动无关。,4、酶
3、是活细胞产生的,能在细胞内外起催化作用的生理活性物质。那么酶的化学本质究竟是什么? 1926年,美国康乃尔大学的Sumner博士从刀豆中提取出脲酶结晶,并证明具有蛋白质的性质。 1930年,美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶(pepsin)、胰蛋白酶(trypsin)、胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)结晶,确立了酶的化学本质。 随着X光晶体衍射,多维核磁共振(NMR )技术的发展,很多酶的空间结构被揭示。,1957年Sanger报道了胰岛素的氨基酸系列,这是第一次阐明一个蛋白质的氨基酸全系列。 1963年第一个酶(核糖核酸酶)的氨基酸序列被报道。 1969年,Merri
4、field等人由氨基酸人工合成了具有催化活性的酶Rnase,进一步证实了酶的蛋白质本质。,5、80年代初发现了具有催化功能的RNA核酶(ribozyme),这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念,开辟了酶学研究的新领域。 1983年核酸酶的确认:切克(Thomas Cech)等人发现四膜虫(Tetrahynena)细胞的26 S rRNA前体具有自我剪接功能(Self-splicing)。该RNA前体约有6400个核苷酸,含有一个内含子(Intron)或称为间隔系列(Intervening sequence, IVS)和两个外显子(Exon),在成熟过程中,通过自我催化作用,将间隔系列切除,并使两
5、个外显子连接成成熟的 RNA。这种剪接不需要蛋白质存在,但必须有鸟苷或5GMP和镁离子参与。切克(T.Cech)将之称为自我剪接反应。认为RNA 亦具有催化活性。并将这种具有催化活性的RNA 称为ribozyme。,淀粉酶类与淀粉糖业,果汁生产与果胶酶,乳制品与凝乳酶,酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用,不仅提高了饲料原料的转化率,也促进了对饲料的消化。,植酸酶 Bio-Feed Phytase ( Ronozyme P ) 主要用于提高植酸磷的消化率,并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量,有益环保。,生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达
6、到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度,溶菌酶,凝血酶,栓溶酶类与心血管疾病,酶是一类由生物活细胞产生的具有催化功能的生物大分子,因此又被称为生物催化剂 酶参与的反应称为酶促反应,被其作用发生化学变化的物质称为底物,1.1 酶的基本定义,Eduard Buchner,催化热力学上允许的反应 加快反应速度 在反应中其本身不被消耗,1.2 酶与一般催化剂的共性,1.3 酶与一般催化剂不同,酶均是由生物体合成的 酶和生命活动密切相关 酶具有不稳定性 酶的催化活性在体内可以受到调节控制,1. 专一性 2. 高效性 3. 作用条件温和,1.4 酶作为生物催化剂的特性,1.4.1 专一性,大多数酶只
7、能作用于一种底物或一类结构相似的物质,催化一种或一类反应,1.4.2 高效性,比非催化反应高1081020倍,比其它催化反应高1061013倍,酶催化的最适条件几乎都是温和的温度及非极端的pH 酶的一般反应温度在2040之间,反应pH在58之间,1.4.3 作用条件的温和性,2.1 酶的化学组成,化学本质是蛋白质,经酸碱水解终产物是aa 能被蛋白酶水解而失活 酶可变性失活 酶是两性电解质 具有不能通过半透膜等胶体性质 具有蛋白质的化学呈色反应,蛋白质部分:脱辅酶或酶蛋白,辅因子,辅基,辅酶,全酶,单纯酶 结合酶,酶的化学组成分类,2.1 酶的化学组成,结合酶中各部分在催化反应中的作用:,酶蛋白
8、的作用:决定反应的专一性和高效性 辅因子的作用:作为电子、原子或某些基团的载体参与反应,决定反应的种类与性质 辅因子的分类: 辅酶:用透析法可除去的,直接参加催化反应 辅基:用透析法不易除去的,它间接参加反应,2.2 酶的辅因子,辅酶 辅基,2.2 酶的辅因子,2.2 酶的辅因子,(a prosthetic group),2 H2O2 2 H20 + O2,(tetramers),1.习惯命名法 2.国际系统命名法,3.1 酶的命名,根据其催化底物来命名 根据所催化反应的性质来命名 结合上述两个原则来命名 有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点 如催化乳酸脱氢变为丙酮酸的酶叫乳酸脱氢酶;水
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