结构生物化学第八章 酶学概论
生物化学-第二篇-酶的结构与功能
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。
生物化学(第三版)课后习题详细解答
生物化学（第三版）课后习题详细解答第一章糖类提要糖类是四大类生物分子之一，广泛存在于生物界，特别是植物界。
糖类在生物体内不仅作为结构成分和主要能源，复合糖中的糖链作为细胞识别的信息分子参与许多生命过程，并因此出现一门新的学科，糖生物学。
多数糖类具有(CH2O)n的实验式，其化学本质是多羟醛、多羟酮及其衍生物。
糖类按其聚合度分为单糖，1个单体；寡糖，含2-20个单体；多糖，含20个以上单体。
同多糖是指仅含一种单糖或单糖衍生物的多糖，杂多糖指含一种以上单糖或加单糖衍生物的多糖。
糖类与蛋白质或脂质共价结合形成的结合物称复合糖或糖复合物。
单糖，除二羟丙酮外，都含有不对称碳原子(C*)或称手性碳原子，含C*的单糖都是不对称分子，当然也是手性分子，因而都具有旋光性，一个C*有两种构型D-和L-型或R-和S-型。
因此含n个C*的单糖有2n个旋光异构体，组成2n-1对不同的对映体。
任一旋光异构体只有一个对映体，其他旋光异构体是它的非对映体，仅有一个C*的构型不同的两个旋光异构体称为差向异构体。
单糖的构型是指离羧基碳最远的那个C*的构型，如果与D-甘油醛构型相同，则属D系糖，反之属L系糖，大多数天然糖是D系糖Fischer E论证了己醛糖旋光异构体的立体化学，并提出了在纸面上表示单糖链状立体结构的Fischer投影式。
许多单糖在水溶液中有变旋现象，这是因为开涟的单糖分子内醇基与醛基或酮基发生可逆亲核加成形成环状半缩醛或半缩酮的缘故。
这种反应经常发生在C5羟基和C1醛基之间，而形成六元环砒喃糖(如砒喃葡糖)或C5经基和C2酮基之间形成五元环呋喃糖(如呋喃果糖)。
成环时由于羰基碳成为新的不对称中心，出现两个异头差向异构体，称α和β异头物，它们通过开链形式发生互变并处于平衡中。
在标准定位的Hsworth式中D-单糖异头碳的羟基在氧环面下方的为α异头物，上方的为β异头物，实际上不像Haworth式所示的那样氧环面上的所有原子都处在同一个平面，吡喃糖环一般采取椅式构象，呋喃糖环采取信封式构象。
生物化学-酶
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合成酶 （Ligase or Synthetase） Synthetase）
合成酶，又称为连接酶，能够催化C 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、 以及C 键的形成反应。这类反应必须与ATP ATP分 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，即催化有ATP参加的合成反应； ATP参加的合成反应 解反应相互偶联，即催化有ATP参加的合成反应； H===Aㆍ A + B + ATP + H-O-H ===AㆍB + ADP +Pi CTP合成酶 合成酶； 如CTP合成酶；
谷丙转氨酶就是一个很好的例子
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH NH2 CH3CCOOH O O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2
水解酶（Hydrolase） (3)水解酶（Hydrolase）
水解酶催化底物的加水分解反应。 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。 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 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应 (Lipase)
二、酶催化作用特性
1．高效性
酶催化反应的反应速率比非催化反应高10 酶催化反应的反应速率比非催化反应高108 比非生物催化剂高10 1020倍，比非生物催化剂高107 - 1013倍。
2、酶的高度专一性
酶对催化的反应和反应物有严格的限制。 酶对催化的反应和反应物有严格的限制。一种酶 往往只作用于一种或一类化合物， 往往只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学 变化，生成一定的产物。 变化，生成一定的产物。酶作用的专一性是酶最重要 的特点之一，也是和一般催化剂最主要的区别。 的特点之一，也是和一般催化剂最主要的区别。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
酶(生物化学)PPT课件
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
杨荣武生物化学第八章-酶学概论PPT课件
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酶的专一性
是指酶对参与反应的底物有严格的选择性，即一种酶仅能作用于一 种底物，或一类分子结构相似的底物，发生某种特定类型的化学反 应，产生特定的产物。
专一性一般有四种类型：
（1）绝对专一性
是指一种酶仅催化一个特定的反应。例如，脲酶只能催化尿素的水 解反应；
（2）基团专一性
是指一种酶只作用于含有特定官能团的分子。如磷酸酶只水解特定 底物分子上的磷酸基团；
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胰凝乳蛋白酶的活性中心
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解释酶专一性的三种模型： （1）锁与钥匙学说
（2）诱导契合学说 （3）“三点附着”模型
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“锁与钥匙”模型
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“诱导契合”模型
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己糖激酶的诱导契合
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病毒性肝炎——谷丙转氨酶 心肌梗塞——谷草转氨酶、肌酸激酶、LDH（H4） 急性胰腺炎——淀粉酶、脂肪酶
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酶的分类及其实例
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个人观点供参考，欢迎讨论
第八章 酶学概论
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提纲
一． 酶的化学本质 二． 酶的催化性质
1. 酶与非酶催化剂的共同性质 2. 酶催化的特有性质
三. 酶的分类和命名
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酶的定义
酶就是由细胞合成的，在机体内行使催化功能 的生物催化剂。
没有酶的反应
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有酶催化的反应
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酶的化学本质
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《生物化学》 酶通论
(二) 酶的化学组成
有些酶组成只有氨基酸，不含其他成分，称之为单纯酶。 脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都属于单纯酶。
有些酶除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的 小分子物质。其蛋白质组分称为脱辅酶（apoenzyme或 apoprotein），非蛋白的小分子物质称为辅因子 （cofactor）。脱辅酶与辅因子结合后形成的复合物称为 全酶（holoenzyme）。即：
中文
２、转移酶
➢ 催化分子间基团转移的酶称转移酶
反应通式：AR+B
A+BR
如谷丙转氨酶等。
2.转移酶 催化基团转移反应
谷丙转氨酶 英文
2. Transferases
• Catalyze group transfer reactions
中文
3、水解酶
催化水解反应的酶称水解酶。 反应通式：
AB+H2O
2、酶的活力单位
酶活力单位，即酶单位（U），用来表示酶活力的大 小即酶含量的多少。 酶活力单位的定义：
在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产 物所需的酶量。
这样酶的含量就可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含 有多少酶单位来表示（U/g，U/ml）
2、酶的活力单位
为了统一酶的单位，国际生化协会酶学委员会于1961年提出采用 统一的“国际单位”（IU）来表示酶活力，规定：
第二单元 酶
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第8章 酶（Enzyme）通论
一、酶催化作用的特点 (P320) 二、酶的化学本质及其组成(P323) 三、酶的命名和分类(P326) 四、酶的专一性(P332) 五、酶的活力测定和分离纯化(P335) 六、核酶(P339) 七、抗体酶(P343) 八、酶工程简介(P344)
生物化学之酶篇
一、酶1、活化能：在一定温度下1mol底物全部进入活化态所需要的自由能，单位为kJ/mol.2、酶作为生物催化剂的特点：(1)酶易失活（酶所催化反应都是在比较温和的常温、常压和接近中性酸碱条件下进行）。
(2)酶具有很高的催化效率。
用酶的转换数（TN,等于催化常数k cat)来表示酶的催化效率，是指在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物分子数，或每秒钟每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。
转换数变化范围为1到104。
(3)酶具有高度专一性所谓高度专一性是指酶对催化反应和反应物有严格的选择性。
酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。
(4)酶活性受到调节和控制a、调节酶的浓度一种是诱导或抑制酶的合成；一种是调节酶的降解。
b、通过激素调节酶活性激素通过与细胞膜或细胞受体相结合一起一系列生物学效应，以此来调节酶活性。
c、反馈抑制调节酶活性许多小分子物质的合成是由一连串的反应组成的，催化物质生产的第一步的酶，往往被它的终产物抑制——反馈抑制。
d、抑制剂和激活剂对酶活性的调节e、其他调节方式通过别构调控、酶原激活、酶的可逆共价修饰和同工酶来调节酶活性。
3、酶的化学本质：除有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。
注：酶的催化活性依赖于它们天然蛋白质构象的完整性，假若一种酶被变性或解离成亚基就失活。
因此，蛋白质酶的空间结构对它们的催化活性是必需的。
4、酶的化学组成a、按化学组成分为单纯蛋白质和、缀合蛋白质两类。
单纯蛋白质酶类，除了蛋白质外，不含其他物质，如脲酶、蛋白酶、脂肪酶和核糖核酸酶等。
缀合蛋白质酶类，除了蛋白质外，还要结合一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金属离子。
前者称为脱辅酶，后者称为辅因子。
即全酶=脱辅酶+辅因子。
b、根据辅因子与脱辅酶结合的松紧程度可分为辅酶和辅基。
辅酶：指与脱辅酶结合比较松弛的小分子有机物，通过透析方法可以除去，如辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ等。
辅基：指以共价键和脱辅酶结合，不能通过透析除去，需要经过一定的化学处理才能与蛋白质分开，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉等。
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« 辅助因子包括辅酶、辅基和金属离子三类。辅酶专指 那些与脱辅酶结合松散、使用透析的方法就容易去除 的有机小分子。辅基专指那些与脱辅酶结合紧密、使 用透析或超滤的方法难以去除的有机小分子。
第八章 酶学概论
提纲
一． 酶的化学本质 二． 酶的催化性质
1. 酶与非酶催化剂的共同性质 2. 酶催化的特有性质
三. 酶的分类和命名
酶的定义
« 酶就是由细胞合成的，在机体内行使催化功能 的生物催化剂。
没有酶的反应
有酶催化的反应
酶的化学本质
@ 主要是蛋白质，极少数是RNA（核酶）。
底物、产物和酶
酶
底物
产物
酶催化底物转变成产物
醛缩酶
酶与非酶催化剂的共同性质
¶ 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，即可以重复使用 ¶ 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。
酶特有的催化性质
① 高效性 ② 酶在活性中心与底物结合 ③ 专一性 ④ 反应条件温和 ⑤ 对反应条件敏感，容易失活 ⑥ 受到调控 ⑦ 许多酶的活性还需要辅助因子的存在，作为
研究酶的医学重要性
« 许多疾病是缺乏某一种酶或者一种酶不合适表达引起的。 « 酶是许多药物作用的目标。 « 酶有时可直接被用来治疗某种疾病。 « 存在一种酶或缺乏一种酶经常被用来诊断某些疾病。
病毒性肝炎——谷丙转氨酶 心肌梗塞——谷草转氨酶、肌酸激酶、LDH（H4） 急性胰腺炎——淀粉酶、脂肪酶
酶的分类及其实例
胰凝乳蛋白酶的活性中心
解释酶专一性的三种模型： （1）锁与钥匙学说
（2）诱导契合学说 （3）“三点附着”模型
“锁与钥匙”模型
“诱导契合”模型
己糖激酶的诱导契合
“三点附着”模型
温度变化对酶活性合酶
« 属于单纯蛋白质的酶为单纯酶，属于缀合蛋白质的酶 为缀合酶或结合酶。
辅助因子的多为维生素或其衍生物。
酶高效的催化性
酶促反应与非酶促反应效率的比较
酶的专一性
« 是指酶对参与反应的底物有严格的选择性，即一种酶仅能作用于一 种底物，或一类分子结构相似的底物，发生某种特定类型的化学反 应，产生特定的产物。
« 专一性一般有四种类型： （1）绝对专一性
是指一种酶仅催化一个特定的反应。例如，脲酶只能催化尿素的水 解反应； （2）基团专一性 是指一种酶只作用于含有特定官能团的分子。如磷酸酶只水解特定 底物分子上的磷酸基团； （3）键专一性 是指一种酶只作用于含有一种特定化学键的分子，而不管底物分子 其它部分的结构。如二肽酶识别的是二肽分子中的肽键，而不管构 成这个肽键的两个氨基酸残基是哪一种； （4）立体专一性
酶的活性中心与酶促反应的专一性
« 酶的活性中心也称为活性部位，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。前者负责与底 物结合，决定酶的专一性，后者参与催化，负责底物 旧键的断裂和产物新键的形成，决定酶的催化能力。 但也可能有某些基团两者兼而有之。
活性中心的主要特征
① 活性中心是一个三维实体，通常由在一级结构上并 不相邻的氨基酸残基组成
② 活性中心只占酶总体积很小的一部分（约1％～2%） ③ 活性中心为酶分子表面的一个裂缝、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，以便底物结合和进行催化 ④ 与底物结合为多重次级键，包括氢键、疏水键和范 德华力 ⑤ 底物结合的专一性在一定程度上取决于活性中心和 底物之间在结构上的互补性 ⑥ 活性中心的构象不是固定不变的，而是具有一定的 柔性