生命中的化学(4)酶与辅酶.ppt
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1、生命中的化学物质酶与辅酶,所有的生命现象都是各种复杂化学变化的结果。生物体内化学变化几乎都是在酶(Enzyme)的催化下进行的。 17世纪晚期开始发现和描述酶的作用; 1897年Eduard Buchner证明细胞的提取液有催化活性无细胞发酵 1926年James Sumner分离并结晶得到urease;确定了酶的化学成分蛋白质。,内容提纲 一:酶是生物催化剂 二:辅酶 三:酶的结构和酶的催化作用机制,酶是生物催化剂,酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子,所以又称为生物催化剂。绝大多数酶都是蛋白质,少数是RNA。 酶催化的生物化学反应,称为酶促反应。 在酶的催化下发生化学变化的物质,称为
2、底物(substrate)。 酶能够改变化学反应的速度,但是不能改变化学反应平衡。稳定底物形成的过渡态,降低反应活化能,从而加速反应的进行。,一、酶的概念,二、酶催化作用特性,1、高效性自然界催化活性最高的一类催化剂,可使反应速度提高1071016倍,比普通的催化剂效率高几倍。,酶是生物催化剂,2、选择性 (1)反应专一性选择性催化一种或一类相同类型的化学反应,几乎不产生副反应。 (2)底物专一性只作用于某一种或某一类结构类似的物质: 绝对专一性:对底物要求非常严格,只作用于一个特定的底物;如:脲酶只催化尿素的水解; 相对专一性:一类化合物或化学键;又分为: a. 族(group) 专一性;
3、b. 键(bond)专一性; c. 位置选择性(或区域选择性);,酶是生物催化剂,酶是生物催化剂,(3)立体化学专一性对分子构型有选择性 手性专一性:专一性地与手性底物结合,催化其反应;如:胰蛋白酶只能水解由L-氨基酸形成的肽键,对D-氨基酸形成的肽键不起作用;淀粉酶只能选择性地水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷键,而不能影响L-葡萄糖形成的糖苷键; 几何专一性:选择性催化某种几何异构体底物的反应,而对另一种构型则无催化作用;,酶是生物催化剂,3、反应条件温和:pH58的水溶液;反应温度范围是2040;副反应少。 4、酶活力可调节控制:如抑制剂、共价修饰、反馈、酶原激活及激素控制等。,三、酶的命
4、名及分类,1、酶的命名:习惯命名方便常用,如:淀粉酶、蛋白酶等; 系统命名底物名称+ 构型+ 反应性质+ 酶;,酶是生物催化剂,2、酶的分类根据酶所催化的反应类型;分为7大类; (1)氧化还原酶(oxidoreductases)催化氢原子以及电子转移反应;主要包括:脱氢酶和氧化酶;氧化酶一般都有氧分子直接参与反应;脱氢酶最多,反应通式:,(2)转移酶(transferases)催化基团转移反应,从一个底物到另一个底物;根据被转移的基团又可以分为氨基、磷酸基、甲基、糖基转移酶等; (3)水解酶(hydrolases)催化底物加水分解,主要包括:淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶;,酶是生物催化剂,酶是
5、生物催化剂,(4)裂合酶(lyases)催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括:醛缩酶、水化酶、脱氨酶等。,(5)异构酶(isomerases)催化同分异构体的相互转化,即底物分子内基团或原子重排。,酶是生物催化剂,(6)合成酶(ligases)又称连接酶,能够催化C-C、C-O、C-N、C-S键的形成反应,热力学上不能自发进行,必须与ATP分解反应偶联;,(7)核酶唯一的非蛋白酶,一类特殊的RNA,能够催化RNA分子的磷酸酯键的水解及其逆反应。,辅酶,根据酶的组成,可以将酶分成两大类: (1)单纯蛋白酶组成为单一蛋白质,本身的氨基酸残基可以形成催化活性中心,并能
6、有效实施催化功能。例如蛋白水解酶。 (2)结合蛋白酶分子中除了蛋白质外,还含有非蛋白质组分。蛋白质部分叫酶蛋白(又叫apoprotein,脱辅基蛋白),非蛋白质部分包括辅酶(coenzyme)及金属离子(又叫cofactors)。,辅酶,辅酶,一、辅酶的结构特点与功能,某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起、协同实施催化作用,被称为辅酶(或辅基)Coenzyme。 辅酶多数具有氧化还原性质,或者具有转移基团的能力,因此多数参与氧化还原或基团转移的酶促反应。 前体大多为维生素,主要是水溶性B族的维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关:,辅酶,1、NAD+ (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,辅酶)
7、和NADP+(烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸,辅酶)维生素烟酰胺的衍生物,多种重要脱氢酶的辅酶。,烟酰胺环的4位碳具有碳正离子的性质,容易从底物分子中夺取电子和质子, 得到还原型的辅酶,在340 nm有特征吸收峰。逆反应也容易发生。起着电 子和质子传递体的作用。其参与的氧化还原反应具有严格的手性选择性。,辅酶,2、FAD (黄素腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)核黄素(VB2)的衍生物,多种脱氢酶的辅酶,功能分子为异吡络嗪环。,辅酶,2、FAD (黄素腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)电子和质子传递体。与酶分子通常以共价键相连,有时称为辅基。,辅酶,3、CoA (辅酶A)生物体内代谢中乙
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