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1、第四章第四章 酶酶前言：酶的发展简史收麦收麦装坛，发酵，成酒古埃及人用麦粉发酵制酒神神奇奇转转化化力力量？量？发酵产发酵产生酒精生酒精磨粉磨粉n二十世纪初，有机化学发展后，才得知是二十世纪初，有机化学发展后，才得知是酵母菌中的某种物质，在进行着糖类的转酵母菌中的某种物质，在进行着糖类的转化反应；后来分析得到是一种化反应；后来分析得到是一种蛋白质蛋白质。 n19261926年，年，SumnerSumner 首先结晶出尿素酶首先结晶出尿素酶( (ureaseurease) )，并证实脲酶为蛋白质。，并证实脲酶为蛋白质。n绝大多数酶为蛋白质。绝大多数酶为蛋白质。第第1 1节节 酶的基本性质酶的基本性
2、质一、什么是酶？一、什么是酶？ 酶（酶（enzymeenzyme）是是活细胞活细胞产生的对产生的对特异底物特异底物起起高效催化作用高效催化作用的生物分的生物分子，是机体内各种代谢反应最主要子，是机体内各种代谢反应最主要的的催化剂催化剂。所以又称为生物催化剂。所以又称为生物催化剂Biocatalysts 。二、酶和一般催化剂的共性二、酶和一般催化剂的共性n1 1，用量少而催化效率高；，用量少而催化效率高；n2 2，它能够改变化学反应的速度，但是不，它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡点。能改变化学反应平衡点。n3 3，酶本身反应前后无变化。，酶本身反应前后无变化。n作用的机理都是作
3、用的机理都是降低反应的活化能降低反应的活化能酶可降低所催化反应的活化能SPESESTEPST反应进行方向反应能量变化无酶时所需活化能有有酶时酶时所需能量所需能量较低较低低低T = Transition state三、酶的特性三、酶的特性n1 1 酶易失活酶易失活- -反应条件温和反应条件温和n高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。起酶的失活。n酶促反应一般在酶促反应一般在pH 5-8 pH 5-8 水溶液中进行，反水溶液中进行，反应温度范围为应温度范围为20-4020-40 C C。2 2、 高效性高效性 又称为又称为酶的专一性（酶的专一性（Spe
4、cificity）、）、特特异性，是指酶在催化反应时对底物的选择异性，是指酶在催化反应时对底物的选择性。性。4.4.酶活力可调节控制酶活力可调节控制 如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。调节、酶原激活及激素控制等。3 3选择性选择性五五 酶的组成酶的组成n（一）酶的（一）酶的蛋白质蛋白质本质（核酶除外）本质（核酶除外）n（二）酶的组成（二）酶的组成n根据酶的化学根据酶的化学组成成分组成成分，可分单纯酶和结合酶，可分单纯酶和结合酶两类两类。 n 单纯酶单纯酶(simple enzyme)(simple enzyme)：除蛋白外不含其它：除蛋
5、白外不含其它成分。如脲酶、蛋白酶等。成分。如脲酶、蛋白酶等。 Apo-enzyme脱辅酶輔辅基：共价键结合， 透析不能去除辅酶：结合松弛全 酶金属金属维生素维生素Holoenzyme结合酶结合酶(conjugated enzyme)(conjugated enzyme)辅酶的作用辅酶的作用n体内酶的种类很多，而辅酶体内酶的种类很多，而辅酶( (基基) )的种类的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，但酶结合，但一种辅酶往往能与不同的酶一种辅酶往往能与不同的酶蛋白结合蛋白结合构成许多种特异性酶。构成许多种特异性酶。n一般来说，辅酶决定了酶催化的类型一般来
6、说，辅酶决定了酶催化的类型（反应专一性反应专一性），而酶蛋白则决定了所），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（催化的底物类型（底物专一性底物专一性）。）。（三）酶的活性部位（三）酶的活性部位n酶分子很大，其催化作用往往并不需要整酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子。即某些酶的催化活性仅个分子。即某些酶的催化活性仅与其分子与其分子的一小部分（活性部位）的一小部分（活性部位）有关。有关。n酶分子中与酶的活性直接相关的区域为酶酶分子中与酶的活性直接相关的区域为酶的活性中心。是酶与底物的活性中心。是酶与底物结合结合并发挥其并发挥其催催化化作用的部位。结合酶的辅助因子是活性作用的部位。结合酶的辅助因
7、子是活性中心的组成部分中心的组成部分。n酶分子中与底物结酶分子中与底物结合的部位为合的部位为结合部结合部位位。决定底物的专。决定底物的专一性；一性；n酶分子中促使底物酶分子中促使底物发生化学变化的部发生化学变化的部位称为位称为催化部位催化部位。决定反应的类型。决定反应的类型。活性中心的结构特点：活性中心的结构特点：由结合由结合部位和催化部位组成部位和催化部位组成糜蛋白酶n活性中心的氨基酸残基在活性中心的氨基酸残基在一级结构上可能相距甚一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同肽链远，甚至位于不同肽链，通过折叠后而在空间结，通过折叠后而在空间结构上相互靠近。构上相互靠近。六六 核酶（核酶（ribozy
8、me)ribozyme)n具有催化活性的具有催化活性的RNARNA。 注意：与核酸酶不同！注意：与核酸酶不同！nRibozymeRibozyme的发现：的发现：Cech T.RCech T.R于于19821982年提出的。年提出的。 1981 1981年，发现四膜虫的年，发现四膜虫的26S rRNA26S rRNA前体在成熟过前体在成熟过程中，内含子程中，内含子在没有任何蛋白酶的情况下在没有任何蛋白酶的情况下被剪接。被剪接。 1985 1985年，证明前体中的内含子年，证明前体中的内含子L19RNAL19RNA具有多种具有多种催化功能，将这种催化功能，将这种具有催化活性的具有催化活性的RNAR
9、NA称为称为 RibozymeRibozyme 。获得。获得19891989年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。n四膜虫四膜虫rRNArRNA成熟中成熟中RNARNA的剪接示意图的剪接示意图七、抗体酶（七、抗体酶（abzymeabzyme） 生物大分子蛋白、糖、核酸，具抗原性。刺生物大分子蛋白、糖、核酸，具抗原性。刺激激T T细胞产生抗体（免疫球蛋白）。细胞产生抗体（免疫球蛋白）。抗体酶抗体酶指具有催化活性的指具有催化活性的免疫球蛋白免疫球蛋白。又称又称催化性抗体催化性抗体。在可变区赋予了酶的。在可变区赋予了酶的属性。属性。n产生产生过渡态的类似物作为过渡态的类似物作为半抗原半抗原免疫免疫动物。动
10、物。抗体结构抗体结构 O C A. 酯酶的酯酶的底物底物酯酯B. 过渡态过渡态C.设计的磷酸设计的磷酸酯类似物酯类似物,作为作为半抗原去免疫半抗原去免疫动物动物磷酸酯类似物磷酸酯类似物(半抗原半抗原)对酯水解反应有催化对酯水解反应有催化作用的单克隆作用的单克隆抗体抗体免疫免疫分离抗体分离抗体诱导法制备具有酯酶活性的抗体诱导法制备具有酯酶活性的抗体第二节第二节 酶的分类及命名酶的分类及命名一、酶的分类一、酶的分类 按国际酶学委员会按国际酶学委员会(I.E.C)(I.E.C)规定，按规定，按酶促反应的性质，可把酶分成六大类：酶促反应的性质，可把酶分成六大类：(1)(1)氧化氧化- -还原酶还原酶o
11、xido-reductaseoxido-reductasen催化氧化催化氧化- -还原反应。还原反应。电子或质子转移电子或质子转移 。n根据反应是否有根据反应是否有O O2 2直接直接参与反应，又分为脱氢参与反应，又分为脱氢酶酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH(2)(2)转移酶转移酶 Transferase Transferasen催化基团转移反应的
12、酶。即将一个底物分催化基团转移反应的酶。即将一个底物分子的基团或原子子的基团或原子转移转移到到另一个另一个底物的分子底物的分子上。例如，上。例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。反应。CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO(3)(3)水解酶水解酶 hydrolase hydrolasen催化底物加水反应的酶。催化底物加水反应的酶。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的
13、水解反应：H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH(4) (4) 裂合酶裂合酶 Lyase Lyasen裂合酶催化从底物分子中移去一个基团裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成或原子形成双键双键的反应及其逆反应。的反应及其逆反应。 A-B A+B A-B A+Bn主要包括醛缩酶、水合酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水合酶及脱氨酶等。n例如，延胡索酸水合酶催化的反应。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。(5) (5) 异构酶异构酶 Isomerase Isomerasen催化各种催化各种同分异构体的相互转化同分异构体的相互转化，即分子，即分子内基团的重排过程。内基团的重排过程。例如，
14、葡萄糖异构酶催化的反应。例如，葡萄糖异构酶催化的反应。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH果脯糖浆的生产原理果脯糖浆的生产原理n合成酶，又称为连接酶，合成酶，又称为连接酶，消耗消耗ATPATP，由两，由两种物质合成一种新物质（种物质合成一种新物质（单键相连单键相连）。）。nA + B + ATP =AA + B + ATP =AB + ADP +PiB + ADP +Pi n例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。CHCH3 3CCOOH + CCOOH + COCO2 2 ATPATP COOHCOOHCHCH2 2CCOOHCCOOH O O
15、O O (6)(6)合成酶合成酶 Ligase or Synthetase Ligase or Synthetase2. 2. 酶的命名酶的命名n(1)(1)习惯命名法习惯命名法: :n1,1,底物酶底物酶，如淀粉酶，蛋白酶，如淀粉酶，蛋白酶 有时：来源底物酶，如胃蛋白酶有时：来源底物酶，如胃蛋白酶n2,2,反应性质酶反应性质酶：水解酶、转移酶：水解酶、转移酶n3 3，底物反应性质酶底物反应性质酶：琥珀酸脱氢酶：琥珀酸脱氢酶n习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。的现象。(2) (2) 系
16、统命名法及编号系统命名法及编号n 鉴于新酶的不断发展和过去文献中对鉴于新酶的不断发展和过去文献中对酶命名的混乱，酶命名的混乱，19611961年，国际酶学委员年，国际酶学委员会规定了一套系统的命名法，使会规定了一套系统的命名法，使一种酶一种酶只有一种名称只有一种名称。它包括酶的系统命名和。它包括酶的系统命名和4 4个数字分类的酶编号。个数字分类的酶编号。国际系统命名法及编号国际系统命名法及编号n系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字后加一个酶字。n如：如：丙氨酸丙氨酸+ + - -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 n习惯名称习惯名称: :谷丙转氨酶谷丙转氨酶n系统名称系统名称: :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶n编号：编号：E.C 2.6.1.2E.C 2.6.1.2 含N基团氨基第三节第三节 酶反应动力学酶反应动力学n酶促反应动力学酶促反应动力学(kinetics of enzyme-(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)catalyzed
