第四章--酶学概论分析

第二篇 酶的结构与功能

〔第五～十章 小结〕

第五章 酶学概论

酶是由细胞合成的，在机体内行使催化功能的生物催化剂，其化学本质主要是蛋白质，极少数是RNA。具有催化活性的RNA被称为核酶。酶可分为单纯酶和缀合酶。缀合酶除了蛋白质以外，还结合某些对热稳定的非蛋白质小分子或金属离子。这些非蛋白质成分统称为辅助因子。丧失辅助因子的酶被称为脱辅酶，与辅助因子结合在一起的酶被称为全酶。辅助因子包括辅酶、辅基和金属离子。许多辅酶和辅基为水溶性维生素的衍生物。最常见的充当辅助因子的金属离子有铜、镁和锰。

根据酶蛋白本身结构的特征，酶可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合物。单体酶中有一类多功能酶，只由一条肽链组成，但同时具有多个酶的活性。

受酶催化的化学反应被称为酶促反应，其中的反应物被称为底物。酶只能催化热力学允许的反应，反应完成后本身不被消耗或变化，对正反应和逆反应的催化作用相同，不改变平衡常数，只加快到达平衡的速度或缩短到达平衡的时间，这些性质与非酶催化剂相似。酶特有的性质包括：高效性、酶在活性中心与底物结合、专一性、反应条件温和、对反应条件敏感、受到调控和许多酶的活性还需要辅助因子的存在。

酶的活性中心是指酶分子上直接与底物结合，并与催化作用直接相关的区域。活性中心由结合基团和催化基团组成。活性中心具有以下特征：是一个三维实体，通常由在一级结构上并不相邻的氨基酸残基组成；为酶分子外表的一个裂缝、空隙或口袋，中心内多为疏水氨基酸残基，但也有少量极性氨基酸残基。有65%以上的酶活性中心的催化基团由His、Cys、Asp、Arg、Glu提供；与底物结合为多重次级键；底物结合的特异性取决于与底物之间在结构上一定程度的互补性；构象具有一定的柔性。

酶的专一性是指酶对反应的底物有严格的选择性。专一性可分为绝对专一性、基团专一性、键专一性和立体专一性。立体专一性又分为旋光异构专一性和几何异构专一性两类。酶的立体异构专一性还表现在能够区分假手性C上的两个等同的基团，只催化其中的一个，而不催化另一个。可使用“锁与钥匙”学说和“诱导契合”学说解释酶作用的专一性。“锁与钥匙”学说把酶比作锁，底物比作钥匙，锁眼比作活性中心，认为酶活性中心的构象是固定不变的，底物的结构必须与酶活性中心的结构非常吻合才能结合。“诱导契合”学说认为酶活性中心不是僵硬不变的结构，而是具有一定的柔性。当底物与酶接近时，酶受到底物分子的诱导，其构象发生适合于与底物结合的变化，最终导致酶与底物之间的契合。可使用“三点附着”模型和“四点定位”模型解释酶为什么能够区分对映异构体以及一个假手性C上两个一样的基团。“三点附着”模型认为，底物在活性中心的结合有三个结合点，只有当在这三个结合点都匹配的时候，酶才会催化相应的反应；“四点定位”模型认为，仅仅三点附着还不足以让一个蛋白质区分进入的对映异构体，活性中心存在第四个相互作用位点。

1 第四章 酶的结构和功能

4.1 酶的活性中心

4.1.1 酶的活性中心和必需基团的概念

在酶蛋白中，只有少数特异的氨基酸残基与催化活性直接相关。这些特异的氨基酸残基可以在肽链的一级结构上相距较远，但通过肽链的折叠、盘旋，使它们在空间上接近，形成活性中心（或称活性部位）。组成活性中心的氨基酸残基有些执行结合底物的任务，有些执行催化反应的任务。我们把组成活性中心的氨基酸残基的侧链基团及一些维持整个酶分子构象所必需的侧链基团称为必需基团。

1960年，Koshland将酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团分成4类：接触残基（直接与底物接触，参与结合或催化的残基；右图中的R1、R2、R6、R8、R9、R163、R164、R165），辅助残基（对接触残基的功能起辅助作用的残基，也位于活性中心；右图中的R4），结构残基（维持构象的残基，此为活性中心以外的必需基团；右图中的R10、R162、R169），非贡献残基（或称非必需残基，非必需只是对酶发挥活性而言，它们可能有其他作用，如识别自身物质、运输、防止降解等；右图中的R3、R5、R7）。

4.1.2 酶活性中心的拓扑学

酶的活性中心可以设想为一个口袋或是一条沟槽，形状与底物相近。不同的酶的口袋适合不同的底物。口袋中有相应的结合残基与底物上的某些基团结合，发生反应的底物上的键与催化基团靠近。亲水基团与亲水残基亲合，疏水基团与疏水残基亲合，带电荷的基团与带相反电荷的残基亲合。

例如羧肽酶A催化多肽链上羧基端氨基酸的水解。当末端氨基酸是含有较大疏水基团的氨基酸时（苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸），反应速度很快。但是当有这些较大疏水基团的氨基酸残基进入亚位点3～6时，就会减低酶对这些底物的亲和力。说明羧肽酶A对底物的识 2 别和结合有多个位点。同时，苯丙氨酸是羧肽酶A的竞争性抑制剂。

4.2 酶活性中心化学基团的鉴定

常用的方法有化学修饰法、反应动力学法和x-光晶体衍射法。

第 1 页 共 8 页 专题4 酶的研究与应用

课题1果胶酶在果汁生产中的作用

【课题目标】

记住果胶酶的作用；检测果胶酶的活性；

探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量。

【重点难点】重点：温度和pH对果胶酶活性的影响

难点：果胶酶的最适用量

一、基础知识

1．植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有_________和________。并且两者不溶于水，在果汁加工中，既影响出汁率，又使果汁浑浊。

2．果胶酶的作用是能够将_________分解成可溶性的_____________，瓦解植物的细胞壁及胞间层，并且使果汁变得澄清。

3．果胶酶是一类酶总称，包括______________________________________等。

4．酶的活性是指___________________________________的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的_________________来表示。在科学研究与工业生产中，酶的反应速度用______________________________________

_________________________来表示。

5．影响酶活性的因素包括：___________、___________和_____________等。

(果胶酶的最适温度为45～50℃)

二．实验设计

〔设计一〕探究温度对酶活性的影响

1．进行实验前要解决的几个问题：

实验变量：___________、因变量、无关变量

实验原则：__________________、对照原则(相互对照)、等量原则

①此实验的自变量是__________；根据单一变量原则，你应确保各实验组相同的变量有_________________________________________________________________

1 二 、 酶的特性 导学案

一、酶的定义： 产生的具有 的 ，其中绝大多数酶是 。

二、酶的特性：

1、酶具有高效性：大量的实验数据表明，酶的催化效率大约是无机催化剂的

倍。

2、酶具有专一性：每一种酶只能催化 或 化学反应。

实验：探究酶的专一性。

材料用具：蔗糖、淀粉、斐林试剂、淀粉酶、酒精灯等用具若干，完成下表。

编号 项目 试管

1 2

1 注入新鲜的淀粉溶液 2ml \

2 注入新鲜蔗糖溶液 \

3 注入适量淀粉酶 1ml 1ml

4 是否进行水浴加热加斐林试剂 是 是

5 观察颜色变化

3、酶的作用条件比较温和：

酶活性定义：酶对化学反应的 称为酶活性。

探究温度对酶活性的影响

试管编号 1 2 3 1/ 2/ 3/

处 理 2ml可溶性淀粉溶液 2ml可溶性淀粉溶液 2ml可溶性淀粉溶液 1ml淀粉酶溶液 1ml淀粉酶溶液 1ml淀粉酶溶液

水浴温度(5min) 冰块 60℃ 沸水 冰块 60℃ 沸水

（1）分别将 溶液注入 温度下的淀粉溶液中，摇匀后，维持各自的温度5min。

（2）在3支试管中各加入1～2滴 ，然后摇匀，观察现象。

1号试管 2号试管

3号试管

结果分析: 。

探究PH值对酶活性的影响

编号 项目 试管编号 1 2 3