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1、第四章 酶化学,Enzyme,生命过程的基本特点就是新陈代谢。新陈代谢过程包含着许多复杂而有规律的物质变化和能量变化。 人、动物和植物在新陈代谢中的一切化学反应，不需要高温高压或强烈的酸碱条件，就很容易地在一切生物体内进行。其中必须要有一种奇特的物质参加，这就是酶。 酶与烹饪的关系很密切。如动物屠宰后，酶的作用可使肉嫩化，改善肉类原料的风味和质构。 蔬菜、水果在成熟过程中，由于酶的作用可使其具有一定的色香味等。,4.1 酶,（一）、酶的定义 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Biocatalysts 。在酶的作用下，许多生物化学反应可以在温和的条件下进行，并且速率
2、和效率都很高。 酶是维持生命体内正常生理活动和新陈代谢的基本条件。 绝大多数的酶都是蛋白质。 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。 在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate。,1.是蛋白质：酶的性质符合蛋白质的特性，80年代以前的书籍都认为酶的本质就是蛋白质。 2.是RNA：新发现的某些酶的成分是RNA，称为核酸酶。 对比而言，蛋白质作为的酶种类多，数量大，效率高，是酶中的主力。核酸酶仅限于水解酶类，且效率低。,（二）、酶的化学本质,关于酶是否为蛋白质，曾有过争论，自20世纪30年代科学家获得了蛋白酶的结晶以后，酶是蛋白质的观点才逐渐被接受
3、。随着研究的深入，特别是1969年核糖核酸酶的合成成功，更充分地证明 酶的化学本质就是蛋白质,酶的化学本质,酶是蛋白质的证据有：, 酶的元素组成和含氮量与蛋白质相同 一般蛋白质的元素组成是C、H、O、N四大主要元素，它们的含量依次是5052，6.87.7，2228，1518。 酶的元素组成与含量与其相似，特别是含氮量。,化学结构与空间构象与蛋白质相同。,酶同蛋白质一样，都是由氨基酸以肽键形成肽链，并且有二级、三级或四级的空间构象。 维持构象的次级键也与蛋白质一样容易受到理化因素的影响而使酶变性，酶变性后活性消失。,酶两性离子的性质与蛋白质相同。,酶与蛋白质一样，在不同的酸碱溶液中呈现不同的离子
4、状态。 在电场中，这些大分子常聚集于电极的一端，当不移向任何一端时则为等电点。 溶解度此时表现为最低。,酶的胶体性质与蛋白质相同。,酶与蛋白质一样是大分子胶体化合物，不能透过半透膜。,酶的其它性质也与蛋白质相同。,酶所具有的酸碱性质、降解作用、颜色反应(如双缩脲反应等)、变性反应等理化性质与蛋白质相同。 以上所述这些现象都充分说明酶的化学本质是蛋白质。,（三）、酶和一般催化剂的共性,1，用量少而催化效率高； 2，能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。 3，能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。,1高效性 2专一性 3反应条件温和 4. 酶的催化活性可调节
5、控制,（四）、酶催化作用特性,（四）、酶催化作用特性,1高效性,酶的催化效率比化学催化剂高107 -1013 倍，比非催化反应高108 -1020 倍。 例如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2 用Fe2+ 催化，效率为610-4 mol/molS，而用过氧化氢酶催化，效率为6 106 mol/molS。 又如：用-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨淀粉水解。,底物专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种 专一性是由酶蛋白的立体结构所决定的。可分为： 绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个 反应， 而不作用于任何其它物质。 相对专一性：这类酶对结构
6、相近的一类底物都有作 用。包括键专一性和基团专一性。 立体异构专一性：这类酶不能辨别底物不同的立体异构 体，只对其中的某一种构型起作用，而 不催化其他异构体。包括手性专一性 和几何异构专一性。,2专一性,反应专一性：酶选择性地催化一种或某一类反应，几乎没有副反应。,一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。 如脂肪酶不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类。 磷酸酶对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。,相对专一性：一种E能催化一类S,如脲酶，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。,绝对专一性： 一种E只能催化一种S
7、,立体异构专一性：一种 E 只能催化一种 S 的某一种特定构型,酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性。如-淀粉酶只能水解淀粉中-1，4-糖苷键，不能水解纤维素中的-1，4-糖苷键； L-乳酸脱氢酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。,室温、常压、温和的pH，剧烈条件使酶失活。 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40C。 高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。 酶本身是蛋白质，故强酸、强碱、高温、高压、紫外线、重金属盐等一切导致蛋白质不可逆变性的因素，都能使酶受到破坏而丧失其催化活性。,3反应条件温和,生命现象表示了它内部化学反应历程
8、的有序性。这种有序性是受多方面的因素调节和控制的。 在生物体内，酶和酶之间，酶和其他蛋白质之间都存在着相互作用，机体通过调节酶的活性和酶的量，控制代谢速度，以满足生命的各种需要和适应环境的变化。 调控方式很多，包括抑制物的调节、酶原激活及激素控制等。这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。,4.酶的催化活性可调节控制,4.2 酶的命名及分类,(1)习惯命名法:根据反应类型或底物命名 规律性不强，抢先原则，比较乱，优点是简单明了。 1,根据其催化底物来命名；如：淀粉酶、蛋白酶。 2,根据所催化反应的性质来命名；如：水解酶、
9、氧化还原酶等。 3,结合上述两个原则来命名，如：琥珀酸脱氢酶 4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。如：胰蛋白酶、胃蛋白酶。,1.酶的命名,(2)国际系统命名法（国际酶学委员会年提出）,系统名称包括底物名称、反应性质，最后加一个酶字。优点是酶与名一一对应，明确，缺点是罗嗦。 例如：乙醇 + NAD+ 乙醛 + NADH 习惯名称:乙醇脱氢酶 系统名称:乙醇：NAD+氧化还原酶,酶催化的反应: 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸+谷氨酸 习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称：丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶,1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和
10、机理，把酶分成6大类：,2. 酶的分类,2. 酶的分类,氧化-还原酶催化氧化-还原反应。 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,(1) 氧化-还原酶 Oxidoreductase,2. 酶的分类,转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,(2) 转移酶 Transferase,2. 酶的分类,水解酶催化底物的加水分解反应。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：,(3) 水解酶
11、 hydrolase,2. 酶的分类,裂合酶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、水化酶及脱氨酶等。 例如， 延胡索酸水合酶催化得到苹果酸的反应。,(4) 裂合酶 Lyase,2. 酶的分类,异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。,(5) 异构酶 Isomerase,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,2. 酶的分类,合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。 A + B + ATP + H-O-H =A B +
12、ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸,(6) 合成酶 Ligase or Synthetase,2. 酶的分类,核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。,(7) 核酸酶（催化核酸） ribozyme,小结,习惯命名 1.酶的命名 系统命名 2.酶的分类根据催化反应的性质分类,水解酶、氧化还原酶、转移酶、裂和酶、异构酶、合成酶、核酸酶,单纯蛋白酶 单一蛋白质: 氨基酸残基为本身可以形成催化活性中心，实施催化功能 水解产物：氨基酸 水解酶胃蛋白酶、脲酶、木瓜蛋白酶等,4.3 酶的组成,4.3 酶的组成,单
13、纯蛋白酶的蛋白质本身即具有催化活性。,结合蛋白酶其酶蛋白必须与特异的辅酶（或辅基）互相结合才具有活性，若酶蛋白和辅酶（或辅基）单独存在，则均无催化活性。 一种辅酶可以和多种酶蛋白结合组成功能不同的多种全酶。 例如：辅酶+ 酶蛋白 一种酶蛋白只能与某一特定的辅酶（或辅基）结合形成一种全酶。如果该辅酶被另一种辅酶替换，就不表现出催化活性。,乳酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶,相同的辅酶,活性基（辅助因子）的成分有两类：,一类是无机金属离子，如Fe3、Cu2、Zn2、Mn2等。 一类是低分子有机化合物：维生素类（辅酶），铁卟啉等 NAD（辅酶） 烟酰胺核糖磷酸磷酸核糖腺嘌呤 NADP（辅
14、酶）烟酰胺核糖磷酸磷酸核糖腺嘌呤 磷酸 FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） 异咯嗪核醇磷酸磷酸核糖腺嘌呤 FMN（磷酸核黄素 黄素单核苷酸） 异咯嗪核醇磷酸,思考题:,1.什么是酶?酶有何特点？ 2.什么是酶促反应?什么是底物？ 3.酶的催化特性 4.酶的分类（反应类型） 5.什么是酶蛋白，辅酶和辅基，在催化反应中的作用,思考题,1、什么是酶?酶有何特点？ 2、为什么说酶的化学本质是蛋白质?,酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，又称为生物催化剂。,高效性、专一性、反应条件温和、酶的催化活性可调节控制。, 酶的元素组成和含氮量与蛋白质相同。 化学结构与空间构象与蛋白质相同，由氨基酸组成。 酶两
15、性离子的性质与蛋白质相同。 酶的胶体性质与蛋白质相同。 酶的变性与水解。,4.3 维生素,维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类有机物质。 维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。,类维生素: 类黄酮，胆碱，肌醇，肉碱等,一、脂溶性维生素,共同特点： 不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂 在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收 吸收的脂溶性维生素在血液中与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输 种类：VA, VD, VE, VK,1、维生素A （抗干眼病维生素） （）结构： 维生素A是一类具有生物活性的
16、不饱和烷烃，包括视黄醇（VA1）及其衍生物，还有维生素A2。 视黄醇中有共轭双键，属异戊二烯类，存在顺、反异构体，全反式异构体具有最高的维生素A活性，它们是食品中天然存在的视黄的主要存在形式，任何使其转化为顺式异构体的处理方式，均会引起维生素A活性的损失。,紫罗兰酮,异戊二烯,（2）存在 维生素A广泛存在于动物及海产鱼类体中，尤以动物肝脏中最多，不存在于植物组织中。 VA1在海鱼和其他动物中存在，VA2在淡水鱼中存在，而在陆地动物中不存在。 日常食品，除鱼肝油中VA含量比较丰富外，在鱼肉、牛肉、蛋黄、牛乳及乳制品中含量也比较丰富。,蔬菜中虽然不含VA，但蔬菜中的类胡萝卜素经动物的肠道吸收，在小
17、肠粘膜处被氧化酶打断中央C15-C15键，从而释放出2分子活性视黄醇（VA1），因此，类胡萝卜素被称为维生素A原。 因此富含类胡萝卜素的食品如胡萝卜、菠菜、红心甜薯、青椒、黄绿色水果蔬菜等均可补充VA。,（3）稳定性： 食品中类视黄醇和类胡萝卜素的VA活性损失主要是由于作用于不饱和异戊二烯侧链上的氧化和立体异构化引起的。 引起氧化降解的因素有： 在氧化剂、脂肪氧合酶的存在下会发生氧化作用，光照会加速氧化； 在脂肪氧化过程中产生的自由基会引起其氧化；,(4) 维生素A的功能: 维生素A促进年幼动物生长，有助于动物生殖和泌乳。 维持上皮组织的健康 维持正常视觉 （5）缺乏症： 产生干眼病（眼结膜炎
18、） 发生夜盲症 表皮细胞角质化而造成皮肤干燥等,2、维生素D,（1）结构： VD又称为钙化醇、麦角甾醇、麦角钙化醇和阳光维生素等，是一些具有胆钙化醇生物活性的类固醇的统称。 VD主要包括维生素D2和D3两种。,维生素D2 （麦角钙化醇）,维生素D3 胆钙化醇,固醇类：环戊烷多氢菲,（2）来源： VD3广泛存在于动物性食品中，以鱼肝油中含量最高，如200750mgVD3/100g 鳕鱼肝脏， 5001000mgVD3/100g 比目鱼肝脏； 鸡蛋、牛乳、黄油和干酪中均含有少量的VD3，1mgVD3/100g; 一般，维生素D是由维生素D原经过日光照射形成的，因此，凡能经常接受阳光照射者不会发生V
19、D 缺乏症。,概述 是由于幼年动物VD缺乏而引起的钙、磷代谢障碍，致使骨组织钙化不全的营养代谢病,又称佝偻病（Rickets）。多发于幼畜幼禽。,维生素D缺乏症 （Vitamin D Deficiencies）,缺乏症： 维生素D摄食不足，而引起的钙、磷代谢障碍，致使骨组织钙化不全，儿童骨骼发育不良，产生佝偻病，因此，VD又称抗佝偻病维生素； 孕妇和授乳妇人的脱钙作用严重时导致骨质疏松症，患者骨骼易折，牙齿易脱落。,3、维生素E,（1）结构：维生素E从其化学结构上看，是6-羟基苯并二氢吡喃的衍生物，包括生育酚和生育三烯酚。,生育酚,生育三烯酚,缺乏VE症： 生殖系统的上皮细胞毁坏，导致不育。
20、肌肉（包括心肌）萎缩，形态改变，代谢反常。 血胆固醇水平增高，红细胞破坏，发生贫血。,(2) VE生化作用： 抗氧化作用 维持生殖机能 促进血红素代谢,4、维生素K,(1)结构 维生素K是一类2-甲基-l,4-萘醌的衍生物。 根据3位取代基的不同，较常见的天然维生素K有K1和K2两种。 此外，还有人工合成的2-甲基-1,4萘醌(VK3)生物活性高于VK1和 VK2。,（2）功能： 维生素K与凝血作用有关，具有抗出血不凝作用，主要是加速血液凝固，促进肝脏合成凝血酶原所需的因子，参与体内氧化-还原反应的作用，因此，VK又被称为凝血因子。机体内如果缺乏VK导致血中凝血酶原含量下降，从而导致皮下组织和
21、其他器官出血，延长凝血时间。 VK具有还原性，在食品中可消除自由基，保护食品成分不被氧化；同时还能减少腌肉中亚硝胺的生成。,（3）存在： 维生素K1在绿色蔬菜中含量丰富，如菠菜、白菜等；其次是奶及肉类VK1含量也较多；但水果、谷类中VK1含量很少（占40-50%）； VK2能由动物肠道中的微生物合成，人体很少缺乏。 （占50-60%）,维生素C （抗坏血酸，Ascorbic acid，AA）,图5-10 L抗坏血酸（左）及 脱氢抗坏血酸（右）的结构,二、水溶性维生素,1、维生素C,（1）结构： 维生素C具有防治坏血病的生理功能，并有显著酸味，因此又称抗坏血酸。 从结构上看，抗坏血酸是一个多羟基
22、羧酸的内酯，具有一个烯二醇基团，所以抗坏血酸具有强还原性，并能离解出氢离子。,二、水溶性维生素,（2）稳定性：VC是最不稳定的维生素，极易受温度、盐和糖的浓度、pH值、氧、酶、金属离子（Fe3+和Cu2+）、水分活度、抗坏血酸和脱氢抗坏血酸的比例等因素影响，发生降解。 纯的VC为无色固体，在干燥条件下较稳定，但在受潮、加热或光照时不稳定； 在酸性(pH7.6)非常不稳定； 植物组织中存在的抗坏血酸氧化酶也可以破坏它。 在缺氧条件下抗坏血酸的降解情况不显著，在有氧条件下，抗坏血酸被氧化成脱氢抗坏血酸。,（3）存在： 广泛存在于自然界中，主要是在植物组织如水果和蔬菜中存在，尤其是酸味较重的水果和新
23、鲜叶菜类蔬菜含Vc较多，如柑橘类、草莓、绿色蔬菜、番茄、辣椒、马铃薯及一些浆果中VC含量较为丰富，而在刺梨、猕猴桃、蔷薇果和番石榴等中维生素含量非常高； 同一水果不同部位中，VC的浓度差别也很大，如在苹果表皮中VC含量要比果肉中高23倍。 VC唯一的动物来源是牛乳和肝。,几百年前的欧洲，长期在海上航行的水手常常牙龈出血，甚至皮肤淤血和渗血，最后痛苦地死去，人们一直查不出病因。奇怪的是，只要船只靠岸，这种疾病很快就不治而愈了。这是为什么呢？,缺乏症： Vc广泛存在于水果及蔬菜中，人缺乏Vc的症状是牙龈部出血，牙齿松脱，同时皮下出血，形成瘀斑。患者倦怠，特别易感染疾病。,水溶性维生素与辅酶,某些小
24、分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。 大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。,(1) 硫胺素,硫胺素(维生素B1)在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。,硫胺素,嘧啶环,噻唑环,(1) 硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP),硫胺素酯化后的硫胺焦磷酸酯（TPP），也叫焦磷酸硫胺素,功能：脱羧酶和转酮酶的辅酶,(1) 硫胺素和焦磷酸硫胺素(TPP),V
25、B1是B族中最不稳定的一种。贮藏温度是影响硫胺素稳定性的一个重要因素。 硫胺素热分解产生“肉香味”可能与噻唑环释放下来后进一步形成硫、硫化氢、呋喃、噻唑和二氢噻吩有关。,(2)核黄素（VB2),核黄素(维生素B2)由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。 缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。,核黄素,核糖醇基,异咯嗪基,(2)核黄素和 FMN和FAD,FMN(黄素单核苷酸)和FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸) 的衍生物，是核黄素(维生素B2),功能：在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。,FMN(黄素单核苷酸),FAD(黄素-腺嘌呤二
26、核苷酸),FMN(黄素单核苷酸),FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸),FAD和FMN的功能基团是异咯嗪环,氧化态,FMNH2,FADH2,还原态,传递电子和质子：脱氢酶的辅酶,可以氧化为FMN或FAD,存在：在食品中，核黄素与磷酸和蛋白质结合而形成复合物，动物性食品中含量一般较高，尤其以肝、肾和心的核黄素最丰富，奶类和蛋类中含量也较多；植物中绿色蔬菜和豆类也含有一定量的核黄素。 功能：作为辅酶，在机体内参与许多氧化还原反应，如果缺乏将导致组织呼吸能力下降，机体代谢过程障碍，表现出口角炎，皮脂溢出性炎症，角膜炎、唇炎，阴囊炎等。,维生素B2在碱性、酸性光照时的分解,使牛奶产生“日光臭味”,(3) 泛
27、酸和辅酶A(CoA),维生素B3，泛酸是含有肽键的酸性物质。其结构式如下： 维生素(B3)-泛酸是由，-二羟基-二甲基丁酸和一分子- 丙氨酸缩合而成。,(3) 泛酸和辅酶A(CoA),辅酶A（CoA）是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体是维生素(B3)泛酸。,功能：是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。,自身巯基接受和放出酰基，转移酰基,腺嘌呤磷酸二核苷酸,(4) 维生素PP(VB5),烟酸和烟酰胺，在体内转变为辅酶I和辅酶II。 能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。,烟酸(尼克酸),烟酰胺(尼克酰胺),(4) 维生素PP和NAD+ 和NADP+,NAD+ (
28、烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I,CoI) 和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II,CoII )是维生素烟酰胺的衍生物。,功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。,NAD+,氧化型,NADH,还原型,NAD+分子中的功能部分是烟酰胺环,可以氧化为NAD+,传递电子和质子：脱氢酶的辅酶,(5)吡哆素,吡多素(维生素B6，包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。,吡哆醛,吡哆胺,(6)吡哆素和磷酸吡哆素,磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。,磷酸吡多素是转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。,缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害
29、，可以引发皮炎。,分布：VB6广泛分布在动植物中，食品中以肝脏、酵母、米糠、谷物、豆类、牛乳等含量较多，谷类外皮含量尤为丰富，同时肠道细菌也能合成供人体需要。 稳定性：它耐热、酸、碱，但在碱性溶液中对光敏感，尤其对紫外线最敏感，生成无活性的4-吡哆酸。,(7) 生物素,生物素是羧化酶的辅酶，又称为维生素B7或维生素H。,生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用。,噻吩环,咪唑环,叶酸又称蝶酰谷氨酸，是由蝶呤、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。 商品化的叶酸含有一个谷氨酸残基，称为叶酸酰谷氨酸，而天然叶酸有37个谷氨酸残基结合。,(7) 叶酸和四氢叶酸(FH4或THF
30、A),(8) 叶酸和四氢叶酸(FH4或THFA),四氢叶酸是合成酶的辅酶，其前体是叶酸(又称为蝶酰谷氨酸，维生素B11)。,四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3, -CH2-, -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。,对氨基苯甲酸,谷氨酸,四氢喋啶,作为一碳基团的载体，如甲基、亚甲基和醛基，连接到四氢叶酸的N5和N10的位置上，参与生物合成。,缺乏症：叶酸对于核苷酸、氨基酸的代谢有重要作用，如果缺乏，嘌呤和嘧啶合成受阻，核酸形成不足，使红细胞的生长停留在巨红细胞阶段，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。 分布：许多食物中都有，绿色蔬菜尤为丰富，动物肝脏也很丰富，同时人肠道细
31、菌也能合成，故一般不发生缺乏症。 分类：食品中的叶酸可分为两类： 游离型叶酸，无需酶的处理即能被干酪乳杆菌利用，肝脏中存在的叶酸主要是游离型； 结合型叶酸，不能被干酪乳杆菌利用，蔬菜中存在的叶酸为结合型。,矮小、贫血,叶酸缺乏症（Folic Acid Deficiencies）,稳定性： 在各种叶酸衍生物中，叶酸最稳定，而四氢叶酸最不稳定。 叶酸对热、酸较稳定，但在中性和碱性条件下能很快破坏，受光照射更易分解。叶酸能与亚硫酸和亚硝酸盐作用。在叶酸的氧化反应中，Cu2+和Fe3+具有催化作用，且Cu2+Fe3+。,维生素B12，是唯一含有钴元素的维生素，因此，又称钴胺素。 分子结构包括：共轭复合
32、环式结构和5,6-二甲基-1-(a-D-核糖呋喃酰)-3-磷酸酯。,(8) 维生素B12辅酶,(9) 维生素B12辅酶,维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。 维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应。,变位酶-B12辅酶,结构,维生素B12,维生素B12辅酶,钴胺素,来源：在自然界中只有微生物能合成维生素B12，因此，动物性食品，特别是肝、肾和心脏中含量丰富，在鱼、蛋黄中含量也较丰富，植物食物中几乎不存在，所以只有“素食者”才会缺乏VB12。 缺乏症： 1. 儿童及幼龄动物发
33、育不良 2. 消化道上皮组织细胞失常 3. 造血器官功能失常，不能正常产生血红细胞，导致恶性贫血。,（10）硫辛酸,硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）.,硫辛酸（氧化型）,2,丙酮酸脱氢酶系的辅酶，传递氢和转移乙酰基,(11) 辅酶Q(CoQ),辅酶Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的线粒体中，其结构为：,辅酶Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。,三、辅酶在酶促反应中的作用特点,辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定
34、地催化某一类型的反应。 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。,四、 酶分子中的金属离子,根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。 金属酶： 酶蛋白与金属离子结合紧密。如 Fe2+/ Fe3+ 、Cu+/Cu2、Zn2+ 、Mn2+、Co2 等。 金属离子氨基酸残基的侧链基团联接（配价键） 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团。,金属酶中的金属离子与配体,金属离子 配体 酶或蛋白 Mn2 咪唑 丙酮酸脱氢酶 Fe2+/F
35、e3+ 卟啉环，咪唑， 血红素， 含硫配体 氧化-还原酶， 过氧化氢酶 Cu+/Cu2+ 咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶 Co2+ 卟啉环 变位酶 Zn2+ -NH3，咪唑，（-RS）2 碳酸酐酶，醇脱氢酶 Pb2 -SH d-氨基- g-酮戊二酸脱水酶 Ni2 -SH 尿酶,金属激酶中的金属离子,激酶是一种磷酸化酶类，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。 如Na+ 、K+、 Mg2+、 Ca2+ 等。金属离子对酶有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。,酶促反应动力学： 是研究酶促反应的反应条件对速度的影
36、响，这里仅研究最简单的酶促反应，即单底物单产物的反应：SP。 主要任务：最大限度地发挥酶促反应的高效性，寻找最佳的反应条件；了解并搞清酶在代谢中的作用和某些物质对酶作用的机理。,4.5 酶促反应的速度和影响因素,在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧加快，两者成正比关系。 当底物浓度较高时，反应速度虽然也随底物的增加而增加，但增加程度却不如底物浓度较低时那样明显，反应速度与底物浓度不再成正比关系。 当底物浓度达到一定程度时，反应速度将趋于恒定，即使再增加底物浓度，反应速度也不会增加了，即达到最大速度(Vmax)。,一、底物浓度对酶促反应速度的影响,米氏方程（Michaelis-Men
37、ten equation）,Km 即为米氏常数 Vmax为酶促反应最大反应速度 S底物浓度,1913年Michaelis和Menten两人总结出了一个经验公式，这就是米氏方程。,底物浓度和反应速度关系,许多实验事实证明了ES复合物的存在。ES复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。,中间产物学说-米氏方程推导的前提依据,酶,底物,酶-底物复合物,酶+产物,米氏方程的推导过程,酶促反应可以用下式表示：,（k1,k2,k3，k4代表相关反应的速率常数）,E_S形成速率：v1=k1SE0-ES,E+P反应形成ES的速率很小，所以k4可以忽略不计,E_S分解成底物的速率：v2=k2ES,E_S分解成产物
38、的速率：v3=k3ES,反应达到平衡时：ES的形成速率和分解速率相等：v1=v2+v3,米氏方程的推导：,k1SE0-ES=k2ES+k3ES,平衡时：,整理：,k1SE0-ES=（k2+k3）ES,SE0-ES/ES =k2+k3/k1,另：,Km =k2+k3/k1 Km为米氏常数,SE0-ES/ES =Km,KmES=SE0-SES,KmES+SES=SE0,ES=SE0/（Km+S）,生成产物的反应速率v3可代表总的反应速率v:,v=k3ES=k3SE0/（Km+S）,当酶全部与底物结合（E0=ES，反应速率达到最大值）,米氏方程,1）米氏方程,当反应速度等于最大速度一半时,即V =
39、Vmax /2,则： Km = S 上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 因此,米氏常数的单位为浓度单位mol/L或 mmol/L 。,将米氏方程式进行整理后，可得：,当反应速度等于最大速度一半时, 即V = Vmax /2, 则： Km = S,米氏常数Km的意义,（1） km是酶的一个基本的特征常数。不同的酶具有不同的Km。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着反应条件(T、pH)而改变。 （2）从km可判断酶的专一性和天然底物。 如果一个酶有几种底物，则对每一种底物各有一个特定的Km 值。其中Km最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。,（3）K
40、m值表示酶与底物之间的亲和程度。Km值越大表示亲和程度越小，酶的催化活性越低; Km值越小表示亲和程度越大，酶的催化活性越高。,2）. 米氏常数的求法,1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax,将米氏方程两边取倒数再整理就变成了典型的直线方程，y=ax+b。,测定Km和V的方法很多，最常用的是LineweaverBurk的作图法 双倒数作图法。,只要测得S和v，就能作出一条直线，该直线的X轴截距为-1/Km，Y轴截距为1/Vmax，这样就能通过作图求出Km和Vmax。,（y = ax + b）,双倒数作图法,1 Km 1 1 = + V Vmax S Vmax,斜率=Km/Vmax
41、,-1/Km,1/Vmax,练习题 1、米氏常数Km是一个用来度量( ) A、酶和底物亲和力大小的常数 B、酶促反应速度大小的常数 C、酶被底物饱和程度的常数 D、酶的稳定性的常数 2、酶催化的反应与无催化剂的反应相比，在于酶能够：( ) A. 提高反应所需活化能 B、降低反应活化能 C、促使正向反应速度提高，但逆向反应速度不变或减小 3、辅酶与酶的结合比辅基与酶的结合更为( ) A、紧 B、松 C、专一,4、某酶今有4种底物(S)，其Km值如下，该酶的最适底物为（ ） A、S1：Km510-5 M B、S2：Km1 10-5 M C、S3：Km1010-5 M D、S4：Km0.110-5
42、M 5、已知某酶的Km值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？（ ） A、0.2mol.L-1 B、0.4mol.L-1 C、0.1mol.L-1 D、0.05mol.L-1 6、酶促反应速度为其最大反应速度的80时，Km等于( ) A、S B、1/2S C、1/4S D、0.4S,1. pH 的影响,在一定的pH 下, 酶具有最大的催化活性,通常称此pH 为最适 pH。,pH,pH对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2. pH影响了ES复合物过渡态的形成和稳定度。,影响酶促反应的其它因素,唾液,胃蛋白酶,精氨酸酶,一些酶
43、的最适pH,2. 温度的影响,一方面是温度升高,酶促反应速度加快。 另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。 因此大多数酶都有一个最适温度。 在最适温度条件下,反应速度最大。,温度对酶促反应速度的影响,第一阶段,第二阶段,不同酶的最适温度,植物体内的酶，最适温度一般在4550 动物体内的酶，最适温度一般在3740 最适温度不是酶的特征常数，它与实验条件有关。,最适温度不是一个固定的常数，它随底物的种类、浓度, 溶液的离子强度, pH, 反应时间等的影响。,低温对酶活性的影响及应用,低温也使酶的活性降低，但不破坏酶。当温度回升时，酶的催化活性又可随之恢复。 例如
44、在812min内将活鱼速冻至-50后运到较远的市场，售卖时解冻复活，这就从根本上保证了鱼的鲜活度，使人们随时吃到活鱼。 这就是应用了低温不破坏酶活性的原理。,高温对酶活性的影响及应用,当温度较高，酶变性以后，一般不会再恢复活性。 食品生产中的巴氏消毒、煮沸、高压蒸汽灭菌、烹饪加工中蔬菜的焯水处理等，就是利用高温使食品或原料内的酶或微生物酶受热变性，从而达到食物加工的目的。,3.酶浓度的影响 在底物足够过量而其它条件固定的情况下，并且反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度和酶浓度成正比。 即=kE。,4.激活剂的影响,激活剂：凡是能提高酶活性的物质，都称为
45、激活剂 选择性：激活剂对酶的作用具有一定的选择性。 有时一种酶激活剂对某种酶能起激活作用，而对另一种酶则可能不起作用。,激活剂的种类：,无机离子K+、Na+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+、C1-、I-、Br-。 氯离子能使唾液淀粉酶的活力增强，它是唾液淀粉酶的激活剂。 镁离子是多种激酶和合成酶的激活剂。 简单有机化合物抗坏血酸、半胱氨酸、 谷胱甘肽,5、抑制剂对反应速度的影响,许多化合物能与一定的酶进行可逆或不可逆的结合，使酶的催化作用受到抑制。 抑制剂:凡是能降低酶活性的物质，都称之为抑制剂。 如药物：抗生素、毒物、抗生代谢物等都是酶的抑制剂。 一些动物、植物组织和微生物能产生多种
46、水解酶的抑制剂，如果加工处理不当，会影响其食用安全性和营养价值。,4.6 酶的结构和作用机制,酶是复杂的蛋白质分子。 酶分子都具有球状蛋白质分子所共有的一级、二级、三级结构，许多酶还具有四级结构或更高级的结构。 问题是为什么构成酶的蛋白质有催化活性而非酶蛋白质就没有呢？,作为酶的蛋白质 在结构上还是有其特殊的地方,一、酶的结构,活性部位,酶与底物的结合不是随意的，酶分子有一定的区域与底物相合，这一区域中的一些基团还直接参与化学键的形成与断裂。这一特定区域称为酶的活性中心。,一、酶的结构,（一） 酶分子的结构特点,一、酶的结构,酶的活性中心是酶分子中结合底物并起催化作用的部位。是由少数氨基酸残基
47、形成的一定空间结构，通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。,酶活性中心,结合部位（结合位）,催化部位（催化位）,调控部位,1.结合部位 Binding site,结合部位：酶分子中与底物结合的部位或区域。 结合部位与底物结合及匹配的程度决定了酶的专一性。 特点：结合部位的空间形状和氨基酸残基组成，有利于与底物形成复合物。,酶,底物,催化部位：酶分子中促使底物发生化学变化的部位。 催化部位决定了酶所催化反应的性质，决定酶催化的高效性。 特点：含有具有多种活性侧链的氨基酸残基（Ser,His,Asp,Cys） 含有辅助成分（辅酶或金属离子） 催化作用的机理：使底物的价键发生形变或极化，起到激活
48、底物和降低过渡态活化能。,2催化部位 catalytic site,酶分子中还有一些特殊部位，它虽然不是酶的活性中心，但是存在着一些可以与其他分子发生某种程度结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。 作用：调解酶促反应的速率和方向,3调控部位 Regulatory site,（二）活性中心的位置,酶的活性中心不是一个点、一条线或一个面，而是一个空间部位。 氨基酸残基在一级结构上可以相距很远，但通过肽链的盘绕，折叠，在空间结构中处于相邻的位置。,胰凝乳蛋白酶活性中心：His-57，Ser-195，Asp-102,结合基团：是与和底物结合的基团。决定酶哪些底物结合，即决定酶的专一性。 催化基团：直接参与催化反应的基团，决定酶的催化能力。,（三）酶活性中心的基团,必需基团：酶催化活性所必需的。若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。 非必需基团：有的酶温和水解掉几个AA残基，仍能表现活性。,主要包括： 亲核性基团：丝氨酸的羟