生物催化剂酶公开课

全失活但并不使酶变性物质。 克制剂作用是使酶活性下降，造成反应速
度减少。 （一）可逆性克制
克制剂与酶蛋白结合是可逆，通过透析、 超滤等办法可除去，并使酶恢复活性。
第29页
1、竞争性克制作用
竞争性克制作用是指：克制剂与底物结构
相同，与底物共同竞争酶活性中心，从而阻 碍了底物与酶结合克制作用。
COOH （CH2）2
第8页
三、酶分子构成 依据酶构成成份，酶分为两类。 单纯酶：酶分子中只有蛋白质 结合酶：酶分子中有蛋白质和非蛋白质 部分 结合酶中蛋白质部分称为酶蛋白。
结合酶中非蛋白质部分称为辅助因子。
全酶 ＝ 酶蛋白
＋ 辅助因子
第9页
酶蛋白（决定酶特异性）
结合酶 （全酶）
辅助因子 （决定酶反应类型）
有 辅基 机 （与酶蛋白结合紧密） 化 合 辅酶 物 （与酶蛋白结合疏松）
金 属 离 子
第10页
一些酶辅助因子
类别
酶
金属 细胞色素氧化酶
离子
磷酸转移酶
▪ 含 ▪ 各种脱氢酶
▪维
▪ ▪
生 素
各种黄素蛋白酶 转氨酶,氨基酸脱羧酶
α-酮酸脱羧酶
乙酰化酶等
▪ 辅 α-酮酸脱氢酶系
▪酶
羧化酶
其
磷酸基转移酶
辅助因子
Cu2+ Mn2+ NAD+或 NADP+ FMN或FAD 磷酸吡哆醛
pH对酶作用影响机制很复杂，主要有下 列几方面：
1、影响酶解离 2、影响底物解离 3、影响酶分子构象 4、最适pH时，酶及底物解离度最适宜两
者结合，反应速度最快。
第25页
四、温度影响 酶促反应是化学反应，伴随温度升高，

高温容易使酶空间结构遭到破坏而失去生物
活性 。低温不会破坏酶分子结构，酶活性在适宜
温度下能够恢复。
第17页
加酶？？
如何合理高效利用洗衣粉？？
第18页
我们知道口腔温度和体温差不多，而当我 们口腔中唾液淀粉酶进入胃中以后，却发觉， 唾液不再含有催化淀粉分解功效，你能给出合 理解释吗？
唾液PH为6.2—7.4,胃液PH为0.9—1.5
第20页
2）PH对酶活性影响
在一定PH范围内 （A→B），伴随PH增长， 酶催化效率逐步增长；D点 是酶活性最适PH值；超出 最适PH后，伴随PH增长， 酶催化效率逐步下降。
反应速度
B A D C PH
第21页
从图中我们能 够看出：每一个 酶都有一个最适 pH值，在最适pH 值下作用最强。 而超出或低于这 个值都会影响到 酶催化反应速率。
B、0 ℃
C、37 ℃
D、100 ℃
第31页
8.加酶洗衣粉中普通含有蛋白酶，请回答下面问题：
（1）这种洗衣粉为何能够较好地除去衣物上
奶渍和血渍？
（2）使用这种洗衣粉为何要用温水？
（3）含有蛋白酶洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些
衣料？（ B）D
A.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝
（4）为了更加好地除去衣物上油渍，在洗衣粉中
第11页
2、酶含有专一性
每一个酶只能催化 一个或化一学类反应。 细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶
专是一分性不开。 • 当前发觉酶有 4各00种0 ,它们分别催化不同化
学反应。
第12页
酶含有高效性和专一性；那么它这两个特性 发挥是不是在任何条件下都能够呢？
3、酶活性需要适宜条件
思考：感冒发热你为何不想 吃饭呢？

辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系
辅助成分 作 用 维生素组分 核苷酸组 分
NAD+（辅酶Ⅰ）
NADP+（辅酶Ⅱ） CoA-SH（辅酶A） FH4（四氢叶酸） 磷酸吡哆醛/胺
焦磷酸硫胺素TPP 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
递氢（脱氢酶）
转移酰基 转移一碳单位 转移氨基（转 氨酶）、羧基 （脱羧酶） 转移醛基
第四章 酶与生物催化剂
第一节 概 述
主要内容：介绍酶的概念、作用 特点和分类、命名，讨论酶的结 构特征和催化功能以及酶专一性 及高效催化的策略，进而讨论影 响酶作用的主要因素。对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生 物催化剂。 定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可 缺少的受多种因素调节控制的具有催化 能力的生物催化剂。 酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力 学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应 到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3.通过降低活化能加快化学反应速度。
第四节 反应动力学
底物浓度的影响 酶浓度的影响 温度、pH的影响 抑制剂、激活剂的影响
一、底物浓度的影响
1、一种现象：酶被底物饱和 2、一种假说：酶-底物复合物中间产物学说 3、米氏方程：
V m a x [S ] V= K m + [S]
（1）v-[S]曲线：近似双曲线 （2）[s]<<Km([S]很小时)，v与[s]成正比
二、共价调节酶 三、酶原(zymogen；proenzyme)激活
无活性的酶前体转变为有活性的酶的过程
四、同工酶(isoenzyme)
同工酶：分子结构、理化性质、免疫特性等 不同，但可以催化相同的化学反应的一组酶。
【经典举例】乳酸脱氢酶：由四个亚基组成，亚

2. 酶构成与维生素2.2 维生素与辅酶和辅基关系 维生素
第10页
第10页
B族维生素
辅酶形式
酶促反应中主要作用
硫胺素素(B(B1)
硫胺素焦磷酸酯酯(TPP)(TPP)
α-酮酸氧化脱羧酮基转移作用
核黄素素(B(B2)
黄素单核苷酸酸(FMN)(FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸酸(FAD)(FAD)
氢原子转移氢原子转移
第28页
第28页
4.3 锁钥学说(Lock and key Hypothesis)
酶和底物结合状如钥匙与锁关系。底物分子或其一部分象钥匙同样，专一地楔入到酶活性中心部位，即底物分子进行化学反应部位与酶分子活性中心含有紧密互补关系。
4. 酶催化机理
第29页
第29页
4.酶催化机理
4.3 诱导契合学说（induced fit）
3. 酶分子结构 依据酶蛋白分子结构特点，可将其分为： 单体酶 只有三级结构，一条多肽链酶。如 129个氨基酸溶菌酶， 分子量14600。 寡聚酶
第12页
第12页
A C
P蛋白构成。 大肠杆菌丙酮酸脱氢酶系模型
3. 酶分子结构 功效上相关几种酶 在空间上组织在一起， 定向有序地催化一系 列反应。 比如，丙酮酸脱氢酶系 由3个酶构成，脂肪酸 合成酶系由6个酶和1个
尼克酰胺胺(PP)(PP)
+尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸酸(NAD(NAD )尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 +(NADP )
氢原子转移氢原子转移
吡哆醇醇((醛、胺胺))(B6)
磷酸吡哆醛
氨基转移
泛酸
辅酶酶A(CoAA(CoA)A(CoA)
酰基转移
叶酸
四氢叶酸
"一碳基团团""转移

• 利用酶或有机体（细胞、细胞器）作为催化 剂实现化学转化的过程，称为生物催化。
• 生物催化中常用的有机体主要是微生物，其 本质是利用微生物细胞内的酶催化有机化合 物的生物转化，又称微生物生物转化。
• 微生物生物转化在有机合成中有着重要的 用途，它能提供廉价和多样的生物催化 剂——酶，或以完整细胞直接进行生物催 化。
4 微生物转化可以减少反应步骤
O HO
面 包 酵
R 1
O R 2
H-
O HO
OO β-
面 包 酵 母
面 酮包 酵 母
R 1
O R 2
R 1
酯
O R 2
H-
R1小 COOR2大
OO 面 包 酵 母
面 包 酵 母O HO
R 1
O R 2
R 1
O R 2
β-酮酯 R1大 COOR2小
• 氢负离子按Prelog规则从空间位阻小的一 面向羰基亲核进攻，形成稳定的优势中间 体，还原醇的手性中心构型由底物结构决 定，即与羰基两侧取代基的大小有关。
（5）对映异构体选择性
环氧马来酸
H OH H
H
O
H
粪产碱杆菌 HOOC
COOH OH
(10.9) (S,S)-酒石酸
HOOC
COOH 枯草杆菌
H
(10.8)
OH H
HOOC OH COOH
(10.10)
(R,R)-酒石酸
• 如 一 种 粪 产 碱 杆 菌 (Alcaligenes levotartaricus) 微 生 物 催 化 环 氧 马 来 酸 (10.8)的水解反应，其产物为(S,S)-酒石酸 (10.9)；而以枯草杆菌微生物催化（10.8） 的水解产物则为(R,R)-酒石酸（10.10）。

第22页
第23页
❖ (三)Ⅱ型酯水解 1．内消旋环状二醇二酯 水解酶能催化内消旋单环二醇羧酸酯对映选择性 水解，环戊烯-1,4-二醇二羧酸酯(14)能被PLE水 解得到高光学纯度手性单酯化合物(15)。手性环 戊烯二醇类衍生物是前列腺素及其衍生物合成起 始原料。酯分子中酰基部分对酶催化活性有着很 大影响，当起始底物中酰基链增大时，酶水解产 物单酯光学纯度下降，比如双乙酸酯水解产物对 映体过量率巴e.e为86％，而双丁酸酯水解产物 e.e则下降为33％，见图8-13。
第35页
第36页
❖ 3．青霉素酰化酶 青霉素酰化酶可高选择性地水解苯乙酸酯， 因此可用于除去苯乙酸保护基。苯乙酸与伯 醇或仲醇均可形成酯，青霉素酰化酶优先水 解酯分子中醇基部分与天然青霉素G母核空 间结构相同底物.
第37页
五、脂肪酶 ❖ 脂肪酶能催化甘油三酯水解为脂肪酸和甘油，它
们在食品和油脂加工以及手性中间体制备中有着 广泛应用。在 ❖ 生物催化反应中，有30％以上研究涉及到脂肪酶， 这类酶在手性技术中正发挥着越来越主要作用。 ❖ 脂肪酶除了催化水解反应外，还能催化酯合成反 应。
❖ 微生物起源环氧化物水解酶则制备容易， 因而常被用于生物催化反应中。
❖ 二、微生物环氧化物水解酶 ❖ 在微生物催化烯烃环氧化过程中，能够观
测到环氧化物水解现象，这是由微生物环 氧化物水解酶所引起，微生物环氧化物水 解酶在手性合成中应用还不多。
第57页
❖ 1．非末端环氧化物水解
第58页
❖ 2．末端环氧化物水解
第7页
第二节酯水解
❖ 一、酯结构类型 ❖ 酯酶和蛋白酶催化底物酯按其结构特性分为I
型酯和II型酯，它们结构特性见图8-3。
第8页
第9页

第1课时 生物催化剂——酶
1
2
3
4
5
必备知识·自主预习储备 关键能力·重难探究达成 应用创新·问题情境探究 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业
(3)1926 年，美国科学家萨__姆__纳__从刀豆提取液中分离并提纯了
脲__酶__结晶，并证明脲__酶__是__蛋__白__质__。
(4)1936 年，酶__是__蛋__白__质__的观念被确立。 (5)20 世纪 80 年代，科学家又发现少数 RNA 也具有生__物__催__化__功
(1)图中ac和bc段分别表示无催化剂催
化和有酶催化时反应进行所需要的活化
能。
(2)若将酶变为无机催化剂，则b在纵轴上向上移动。用加热的
方法不能降低活化能，但会提供活化能。
第1课时 生物催化剂——酶
1
2
3
4
5
必备知识·自主预习储备 关键能力·重难探究达成 应用创新·问题情境探究 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业
5%的 FeCl3 溶液
有较__多__气泡，木条复燃
__H__2O__2__ 滴入等量新鲜_酵__母__菌__液_ 有更__多__气泡，木条猛烈燃
3
溶液 (含过氧化氢酶)
烧
(2)结论：酶具有催__化__作用，且与无机催化剂相比具有_高__效__性_。
第1课时 生物催化剂——酶
1
2
3
4
5
必备知识·自主预习储备 关键能力·重难探究达成 应用创新·问题情境探究 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业
第三章 细胞中能量的转换和利用
第一节 生命活动需要酶和能源 物质
第1课时 生物催化剂——酶
第1课时 生物催化剂——酶

第31页
酶结构和酶催化作用机制
二、酶催化作用举例
O H2N CHC OH
CH2 OH
第32页
酶结构和酶催化作用机制
二、酶催化作用举例
第33页
酶结构和酶催化作用机制
二、酶催化作用举例
第34页
酶结构和酶催化作用机制
二、酶催化作用举例
第35页
酶结构和酶催化作用机制
二、酶催化作用举例
第36页
酶结构和酶催化作用机制
※ 几何专一性：选择性催化某种几何异构体底物反应，而对另一个 构型则无催化作用；
延胡索酸
苹果酸
第6页
酶是生物催化剂
3、反应条件温和：pH5～8水溶液；反应温度范围是20～40℃； 副反应少。 4、酶活力可调整控制：如克制剂、共价修饰、反馈、酶原激活及 激素控制等。
三、酶命名及分类
1、酶命名：习惯命名——以便惯用，如：淀粉酶、蛋白酶等； 系统命名——底物名称+ 构型+ 反应性质+ 酶；
a. 族（group) 专一性; b. 键（bond）专一性； c. 位置选择性（或区域选择性）；
第5页
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-氨基酸形成肽键，对D-氨基酸形成肽键不起作用； 淀粉酶只能选择性地水解D-葡萄糖形成1,4-糖苷键，而不能影响L葡萄糖形成糖苷键；
第26页
酶结构和酶催化作用机制
酶催化作用主要取决于酶分子特殊结构。
一、酶分子结构
酶基本上都是复杂蛋白质分子。决定酶活性特殊空间结构叫酶 活性部位。按照酶活性部位功效，能够分为下列几部分： 1、结合部位——结构上有助于与底物形成复合物，使参与反应基团 互相靠近并定向，从而使反应含有分子内反应特点。

正比；
第33页/共58页
酶浓度对反应速度的影响
• 反应速度与酶浓度成正比：当[S][E],式中Km可
以忽略不计。
k3[E][S] v= Km + [S] =k3[E]
v
o
[S]
第34页/共58页
温度对酶促反应速度的影响
产 物 2.0 麦 芽 1.5 糖 的 1.0 毫 克 0.5 数
0 10 20 30 40 50 60 ℃ 温度对唾液淀粉酶活性的影响
例如：有机磷农药中毒 （敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂1605、1059等）
RO O
P
+
RO X
有机磷化合物
E-OH 羟基酶
RO O
P
+
RO O E
磷酰化酶 (失活)
CHNOH N CH3
解磷定
RO O
P
+
HX
RO O E
磷酰化酶
(失活)
O OR P
CHNO OR + N
CH3
E-OH
乙酰胆碱酯酶是羟基酶，与有机磷农药共价结合后失活，使兴奋 性神经递质乙酰胆碱不能及时清除降解，而是过量地积累引起中毒。
▪ 活化能:在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的
自由能，单位是KJ/mol. （增加温度、加入催化剂降低反应活化能） • 酶促反应：E + S === ES === ES* EP E + P • 非酶促反应：
催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用
第22页/共58页
过渡态
酶的最适温度: 酶活性最高时的温度, 也即酶的催化效率 最高, 酶促反应速度最大时的温度。
第35页/共58页

过氧化氢在不同条件下的分解为例，探究酶催化作用的高效性。
酶催化作用的高效性
实验原理
新鲜的酵母菌液（含过氧化氢酶），Fe3+是一种无机催化 剂，他们都可以催化过氧化氢分解成水和氧气。
无机催化剂
2H2O过2 氧F化ec氢l3酶
2H2O+O2
生物催化剂
思考
如何判断两者催化活性的强弱？
O2的产量
气泡产生的多少 带火星的木条复燃情况
化
能
结论：
加热可以给反应物提供能量。
反应物
产物 反应进程
催化剂的作用原理：
结论：
能 ………………
催化剂降低了化学反应 量 活 的活化能。同无机催化 化 ..………… 剂相比，酶降低活化能 能 ……..
的作用更显著，因而催
化效率更高。
反应物
条件
活化能
无机 催化剂
产物
(kJ.mol-1)
无催化剂 75 无机催化剂 54
化学本质
基本单位 合成场所 来源 作用场所 生理功能
氨基酸
核糖核苷酸
（主要）
活细胞（哺乳动物成熟的红细胞不能合成）
细胞内或细胞外
催化作用
1.1酶的化学本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
来源 功能 化学本质
活细胞产生的
绝大多数是蛋白质，少数是RNA
思考：酶的催化作用具有什么特性呢？
细胞代谢中会产生有害物质H2O2，细胞中的H2O2 酶能将其分解成H2O和O2。
剂量
气泡产生 不明显
3% 2ml
90℃
少量
卫生香 燃烧
实验组
变量
3%
3%
2ml
2ml