发布时间 : 星期一 文章酶工程复习提纲2014 - 图文更新完毕开始阅读44528e48227916888486d7d8
酶工程复习提纲
第二章 酶的定义、组成、特征及分类
一、从化化学本质上讲酶到底是一种什么物质？ 二、一般催化剂的特性：
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。
4.它本身的数量和化学性质在化学反应后不发生改变。
三、酶作为催化剂的显著特点：高效、专一、温和、可调节 四、酶的分类
天然酶的分类按组成分类单纯酶结合酶单体酶寡聚酶多酶体系1．氧化还原酶类：2．转移酶类：3．水解酶类：4．裂合酶类：5．异构酶类：6．连接酶类：抗体酶同功酶调节酶别构酶蛋白质类按结构分类按催化类型分类按特殊功能分类核酸类RNA酶（核酶）DNA酶（脱氧核酶） (一)、酶的组成分类
单纯酶:它们的组成为单一的蛋白质。 结合酶（全酶）:蛋白质（酶蛋白）+辅因子
酶蛋白决定反应的特异性，辅因子决定反应的类型与性质。 辅因子：
辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去的辅因子。 辅基：与酶蛋白结合紧密，不能可用透析或超滤的方法除去的辅因子。
(二)、酶的结构分类
(1)、单体酶(monomeric enzyme) :仅具有三级结构的酶，即只由一条肽链组成的酶。 (2)、寡聚酶(oligomeric enzyme)：两个或两个以上的相同或不同亚基以共价键方式连接而形成的酶。
(3)、多酶复合体(多酶体系，multienzyme system):由几种功能不同的酶聚合在一起，分工合作。共同催化一个生化反应过程。
(4)、多功能酶(multifunctional enzyme)：一些多酶体系在进化的过程中由于基因融合，致使多种不同催化功能存在于一条多肽链上，这种一条肽链具有多种催化功能的酶叫多功能酶。 （三）、酶的功能组成—酶的活性中心
酶的活性中心：与底物结合并进行催化反应的特殊的必需基团。 结合基团：决定酶的专一性
活性中心内的必需基团 必需基团： 催化基团：决定酶的催化性质
活性中心外的必需基团：维持酶的空间结构和催化功能所必需的基团
五、酶的专一性;
酶作用的专一性绝对专一性：严格，只作用一种物质，例如脲酶，DNA聚合酶相对专一性：一类结构近似的物质，例如α－D－葡萄糖苷酶键专一性：识别底物一定的化学键，例如酯酶结构专一性酶作用的专一性立体异构专一性旋光异构专一性：例如L-氨基酸氧化酶几何异构专一性：琥珀酸脱氢酶琥珀酸延胡索酸顺丁稀二酸
第三章 酶的作用机理
一、酶作用专一性的机制
(一)“三点结合”的催化理论
三点结合”的催化理论认为酶与底物的结合处至少有三个点，只有当三点完全结合的情况下。催化作用才能实现，酶促反应才能进行。 （二）锁钥学说
锁钥学说认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样，那把钥匙开那把锁。也就是说，只有当底物的形状与酶的活性中心的构象完全匹配时，酶与底物才能结合，催化反应才能进行。
(三)诱导嵌合学说(Induced fit model）
酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，在底物的诱导下，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，这样酶与底物才能很好地结合，酶促反应才得以进行。 二、酶高效催化的机制
(一)、酶为什么能催化化学反应
１、分子发生化学反应的必要条件：活化能和能障 在化学反应体系中，并不是所有的分子都能参加化学反应，只有那些所含能量达到或超过一定限度（平均能量）的分子才能参与反应。这些能参与反应的分子称为活化分子，由常态分子转变为活化分子所需的能量称为活化能。活化分子含有的能参与化学反应的最低限度的能量称为化学反应的能阈或能障。因此，只有那些所含能量大于能障的分子才能参与化学反应。在一个化学反应体系中，活化分子越多，反应就越快。所以，设法增加活化分子数，就能加速化学反应。
２、增加活化能（活化分子）的途径 增加活化分子有两种可能的途径：一是加热或光照射增加能量，使一部分分子获得能量而活化，直接增加活化分子数目，以加速化学反应的进行。另一种途径是降低活化能的阈值，间接增加活化分子数目。催化剂的作用就是降低反应的活化能。酶是如何降低化学反应的活化能的呢？
（二）、有关酶高效率机理的假说 1、中间产物学说
中间产物学说是目前较公认的解释酶作用机理的理论。这个理论认为：在酶促反应中，底物先与酶结合，形成不稳定的中间产物—ES复合物，然后再分解释放出酶与产物。ES的形成，改变了原来反应的途径。酶的活性中心与底物分子通过短程非共价键(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成ES复合物，使底物的价键状态发生形变或极化，从而激活底物分子和降低过渡态活化能，使底物的活化能大大降低，结果使反应加速。
2.趋近效应(approximation)和定向效应(orientation)
通常底物浓度与化学反应速度成正比。若在反应系统的某一局部区域，底物浓度增高，则反应速度也随之提高。趋近效应指由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，并被严格定向定位，从而降低了进入过渡态所需的活化能。使酶促反应具有高效率。
酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态。
3、张力作用(distortion or strain)
底物的结合可诱导酶分子构象发生变化，比底物大得多的酶分子的三、四级结构的变化，也可对底物产生张力作用，使底物扭曲，促进ES进入活性状态。
4、酸碱催化 (acid-base catalysis)
酸和碱是有机反应中用途最广和最普遍的催化剂。
酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式。
广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。
酶的活性中心具有某些氨基酸残基的R基团，这些基团往往是良好的质子供体或受体，在水溶液中这些广义的酸性基团或广义的碱性基团对许多化学反应是有力的催化剂。如氨基、羧基、巯基、酚羟基及咪唑基等。
影响酸碱催化反应速度的因素有两个： 第一个因素是酸碱的强度。
第二个因素是这些功能基供出质子或接受质子的速度。 共价催化：
催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。某些酶与底物结合形成一个反应活性很高的共价中间产物，这个中间产物以较大的机率，转变为过渡态，因此反应的活化能大大降低，底物可以越过较低的能障而形成产物。
5、共价催化作用可分为亲核催化作用和亲电子催化作用两大类。
① 亲核催化作用：亲核催化是指具有一个非共用电子对的基团或原子，攻击缺少电子具有部分正电性的原子，并利用非共用电子对形成共价键催化反应。酶分子中具有催化功能的亲核基团主要是：组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基。此外，许多辅酶也具有亲核中心。
酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
② 亲电子催化作用：在亲电子催化作用中，催化剂和底物的作用与亲核催化相反，就是说，亲电子催化剂缺少电子，从底物中吸取一个电子对形成共价键催化反应。酶分子亲电子的基团有亲核碱基被质子化的共轭酸，如—NH3+。在酶的亲电子催化过程中，有时其必需的亲电子物质不是上述的共轭酸，而是由酶中非蛋白组成的辅因子提供，其中金属阳离子是很重要的一类。
6、金属离子催化作用 （1）、提高水的亲核性能：金属离子可以和水分子的OH-结合，使水显示出更大的亲核催化性能。 （2）、电荷屏蔽作用 （3）、电子传递中间体