酶通论.ppt
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1、,酶通论,ENZYME,酶的概念,酶的发现: 人们对酶的认识经历了一段漫长的道路。十八世纪上半叶,那时人们对于胃是怎样消化食物的还不了解。有的科学家认为矫健勇猛的山鹰能消化肉类食物,是依靠粗糙的胃壁将肉磨碎的。因此,有人认为消化是一个磨碎的物理过程。1752年,法国物理学家Sbalansani 怀疑这个见解。他做了一个有趣的试验,他把一块生肉塞进一个小金属管子里,管子的两头用金属盖板盖牢,盖板上预先打了许多小孔,让鹰把管子吞下。装在管子里的生肉,鹰的胃壁是研磨不到的。可是过了一段时,间,Sbalansani杀了鹰,从胃中取出了小金属管却发现管内的生肉不见了,只留下一些淡黄色的液体。这是什么原因
2、?Sbalansani经过反复思考后认为,胃的消化过程主要是一个化学过程。这是一个重要的发现,但这个化学过程性质如何,在当时是无从设想。 1860年,法国的微生物学家、化学家(近代微生物的奠基人)路易. 巴斯德(Louis Pasteur), 在关于发酵作用过程的著名研究中,他证明了象葡萄糖之类的有机物质溶液,如果经过消毒,装在严密封闭了容器中,是完全稳定的。可是如果让这些液体与空气接触,它会发酵。发酵的原因,Pasteur认为,是随着空气污染进来的酵母菌细胞所引起的。后来,法国出现了葡萄酒变酸的讨厌现象,大桶大桶的葡萄酒倒入大海,使得当时的法国损失很大。法国政府委托Pasteur进行研究。
3、Pasteur证实了葡萄酒变酸是由另外一些微生物(乳酸菌)的存在所引起的。,从而挽救了面临倒闭的法国葡萄酒制造公司。之后,巴斯德作出了结论:发酵现象是由微生物活细胞活动引起的,没有活细胞不可能引起发酵。这种错误的结论,使得酶学的研究延迟了几十年。 从Pasteur 这一重大发现之后,过了二十多年,才有了进一步新的发展。Buchner兄弟俩(Hans & Eduard)对发酵原理的研究开造了一个新途径,酶化学也是从这里开始的。和其他的大发现一样, Buchner兄弟俩的发现也有点偶然的意味。他们本来的目的是想制作不含细胞的酵母菌浸液来供药剂之用。他们用沙和酵母菌一起研磨,再加压,酶的发现,酶的发
4、现,榨出一些液汁。待取得了榨汁后,就存在如何防腐的问题。兄弟俩最初是打算用动物来作实验,不好用强烈的防腐剂,所以他们就采用家常食物保存中惯用的办法,搁了许多蔗糖下去。这样一来就引起了一个重大发现。酵母菌榨汁可以使蔗糖发酵,使糖发酵产生酒精和二氧化碳。在这里,第一次发现了没有活细胞存在的发酵现象。酵母菌榨汁中,显然含有一种或多种催化剂,通过这些催化剂,活酵母菌才能使糖发酵成酒精。后来又发现其他类似的生物催化剂,统称为酵素酶(enzyme),从而说明了发酵是酶作用的化学本质,为此Buchner兄弟获得了1911年诺贝尔化学奖。,酶的生物学意义,生物体内不断进行着各种化学变化,绿色植物和某些细菌能以
5、十分简单的物质,如水、一氧化碳和无机盐为原料合成各种复杂的有机物,并把太阳能变成化学能,储藏在有机物中;而其他生物以植物又能分解这些复杂有机物,从中取得能量。例如动物以植物体中的淀粉等复杂物质为食物,淀粉被降解成单糖,并在细胞内进一步分解成CO2和H2O,同时释放出能量供生物体生长、发育、运动等种种生命活动所用。,酶的生物学意义,研究酶的化学本质及其作用机制,对于了解生命活动规律,指导生产实践具有重大意义,在实验室中,复杂有机物的合成与分解必须要有高温、强酸或强碱等剧烈的条件下才能进行,而在生物体内虽然条件十分温和,许多复杂的化学变化却进行得极为顺利和迅速。例如,动物吃下的肉食在消化道内只需要
6、几小时便被完全消化分解。微生物能在条件合适时,几十分钟增殖一代,在这几十分钟内合成了新细胞内全部复杂物质(protein, DNA, RNA, 多糖,脂肪等)。有人计算,一个人每天合成100万亿个新细胞,也就是12亿/秒,但每天死亡20-40万亿个细胞。 这是什么物质在起着如此神秘的作用?这就是生物催化剂酶的作用。,一、酶催化作用特点,酶是生物体内产生的具有催化功能的蛋白质(Enzyme),或少量有催化功能的RNA(Ribozyme)。 什么叫催化剂?物理化学家认为:当一种物质加到化学变化的系统中,可使化学反应的速度改变,而本身在变化的前后,化学性质没有改变,则该物质称为催化剂。 酶和一般化学
7、催化剂一样,它只加速化学反应进行的速度,而不改变化学反应的平衡点。 Enzymes, like all other catalysts, does not affect reaction equilibria, only accelerate reactions.酶除了具有一般化学催化剂的特点外,还有它特有的一些特征:,1. 酶催化的反应温度在较温和的条件下,在接近生物体体温和接近中性的条件下就能发挥其作用。而一般化学催化剂催化的反应往往需要在高温高压的条件下进行。例如,固氮微生物(豆类、花生根瘤中)在常温常压下以其固氮酶固定空气中的氮气,而在合成氨工业上(氨厂)要使用铁作催化剂,300个大气
8、压和500oC的高温,才能将空气中的氮转变成氨 N2 + 3H2 2NH3,Fe,300大气压,500oC,2. 酶比一般催化剂的效率要高得多 酶的催化效率比一般催化剂高107-1013倍。例如过氧化氢(H2O2)分解成水和氧气。 2 H2O2 2H2O + O2 在生物体内这一反应由过氧化氢酶催化,但同一反应也可以由铁离子催化。然而,过氧化氢酶催化的速度就比铁离子催化的反应速度大107倍,即大一百万倍。,4. 酶在强酸、强碱、高温条件下因酶蛋白变性而失去活性。 5。 酶的作用具有高度的专一性。 这是它与一般化学催化剂之间最显著的差别。酸能催化蛋白质水解,也能催化多糖和脂肪水解。但是酶不同在于
9、蛋白酶只能催化蛋白质水解,淀粉酶只能催化淀粉水解。例如,脲酶只能催化尿素水解成CO2和NH3。 H2N-CO-NH2 +H2O CO2 + NH3 将尿素分子作细微的改变,例如用甲基取代一个氢原子:CH3-CO-NH2,它就不再能被脲酶催化水解了。,三、 酶的命名及分类,1。习惯命名法: (1)根据其催化底物来命名; (2)根据所催化反应的性质来命名; (3)结合上述两个原则来命名, (4)有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。,酶的命名,2。国际系统命名法,1961年,国际生化协会酶学委员会(The Commission on Enzymes of the International
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