生物化学（一）酶与其他生物催化剂.ppt

Enzymes and Other Biocatalysts
第五章酶与其他生物催化剂
酶的研究简史
公元前两千多年,我国已有酿酒记载。
1833年, Anselme Payen提纯了麦芽淀粉糖化酶(淀粉酶)。
1878年,Wilhelm Kühne首次提出Enzyme一词。
1894年, Emil Fischer证明了酶的专一性,酶与底物之间作用的锁钥关系。
1897年,Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液,实现了发酵。
1913年,Leonor Michaelis和Maud Menten推导出酶反应的动力学方程式。
1926~1930年,James Sumner和John H. Northrop分别将脲酶和胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶,确定了酶的蛋白质本质。
1941年,e Beadle和Edward Tatum的“一个基因一个酶”假说首次将蛋白质与基因联系在一起,推动了生物化学与遗传学的结合。
1982年,Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性,提出核酶(ribozyme)的概念。
1995年,Jack W. Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DN***段,称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
第一节 酶和酶反应简介Introduction to Enzymes and Enzymatic Reactions
一、化学反应具有热力学和动力学特性
(一)热力学性质涉及能量平衡和反应平衡

反应平衡(reaction equilibrium)
任何一个化学反应在正向反应与逆向反应速率相等时,反应便不再有新的产物生成,这时的化学反应称为反应平衡。
平衡常数(equilibrium constant, Keq)
平衡常数是指化学反应达到平衡时,反应产物浓度积与剩余底物浓度积之比。
S1+S2 P1+P2
Keq=
[P1]eq[P2]eq
[S1]eq[S2]eq
一定的温度下,Keq与反应的初始浓度无关,它反映化学反应的本性。
Keq越大则反应越倾向于产物的生成,即正向反应进行得越完全;Keq越小则逆反应的程度越大。
Keq是化学反应可能进行的最大限度的量度。

自由能(free energy)
自由能是能够用于做功的能量。
反应物的自由能(G)与其焓(H)、温度(T)和熵(S)相关,等于其焓减去绝对温度和熵的乘积,即G = H  TS 。
在生物系统中,生物分子在等温、等压条件下,在化学反应中能量的变化可以用自由能变( G)来量度。
 G = H  TS
自由能的变化是化学反应的动力,影响化学反应的方向。
 G < 0
反应为释能反应(exergonic reaction)可以自发进行
 G > 0
反应为吸能反应(endergonic reaction)不能自发进行
 G = 0
反应正逆向速率相等,反应处于平衡状态
反应方向与H、S和T的关系
H
S
 G = H  TS
< 0
> 0
在任何温度下, G < 0,反应自发向右进行
< 0
< 0
反应仅在温度低于H/S时, G < 0,反应自发向右进行
> 0
> 0
反应仅在温度高于H/S时, G < 0,反应自发向右进行
> 0
< 0
在任何温度下, G > 0,反应均不能自发向右进行

标准自由能变(G0´)是指在标准状态下的自由能变
标准状态:
压力= 1大气压()
温度= 298K(25C)
pH =
[S]=[P]=1mol/l
G = G0´+ RT ln
[P1][P2]
[S1][S2]
反应达到平衡时即 G = 0
G0´=  RT ln K’eq
在S1+S2 P1+P2中
(二)动力学性质是对反应速率的描述
动力学是研究化学反应速率及其影响因素的科学。
反应速率是单位体积内反应进度随时间的变化率,任何反应速率均由底物浓度和速率常数(rate constant, k)所决定。