生物化学第四章酶

A + B == A-B 例如， 苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化
的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O HOOCCH2CHCOOH OH
5. 异构酶类 Isomerases
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。
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
……
酶的化学本质
大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins） 1926年美国Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质
1. 用量少而催化效率高；
2. 它能够改变化学反应的速度，但是不 能 改变化学反应平衡。酶本身在反应前后也不 发生变化。
3. 酶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。
酶的催化特性
1．高效性
酶的催化作用可使反应速度提高10７ –101３倍。
如：过氧化氢分解 2H2O2 2H2O + O2. 用Fe3+ 催化，效率为6X10-4 mol/mol.S，而用过氧化氢酶催化，效率为6X106 mol/mol.S。 -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。
化学反应要能够发 生，关键的是反应体 系中的分子必须分子 处于活化状态，活化 分子比一般分子多含 的能量就称为活化能。 反应体系中活化分子 越多，反应就越快。 增加反应体系的活化 分子数有两条途径: 一是向反应体系中加 入能量 ，另一途径 是降低反应活化能。 酶的作用就在于降低 化学反应活化能。
例 2H2O2→2H2O+O2
3. 水解酶类 hydrolases
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：
4 . 裂合（裂解）酶类 Lyase
主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨 酶等。
裂合酶:催化从底物分子中移去一个基团或原 子而形成双键的反应及其逆反应。
1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰 凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。
某些核酸也有酶活性
20世纪80年代发现某些RNA有催化活性，还有一些抗 体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶 是蛋白质的传统概念受到很大冲击。
酶是有催化能力的蛋白质
酶和一般催化剂的共性
检测酶含量及存在，很难直接用酶的“量”（质量 、体积、浓度）来表示，而常用酶催化某一特定反应 的能力来表示酶量，即用酶的活力表示。
酶催化一定化学反应的能力称酶活力，酶活力通常 以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。
1 酶促反应初速度的概念 [P]
斜率=[P]/ t = V（初速度） t
用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶 促反应速度。测定反应的初速度。
高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。
4. 酶活力的可调控性
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。
5.某些酶活力与辅酶、辅基及金属离子有关
二 . 酶的分类与命名
根据酶的组成成分
1
2 ➢ 单纯酶(simple enzyme)是基本组成单位仅为氨基酸 的一类酶。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。 脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均 属此列。 ➢ 复合酶(conjugated enzyme)的催化活性，除蛋白质 部分(酶蛋白apoenzyme)外，还需要非蛋白质的物质， 即所谓酶的辅助因子(cofactors)，两者结合成的复合物 称作全酶(holoenzyme)，即：
根据酶的结构特点及组织形式
1.单体酶 ：只含一条肽链，分子量小，大多数水 解酶 属于此类。
2.寡聚酶：由相同或不同的若干亚基构成。每条肽 链是一个亚基，单独的亚基无酶的活力。如乳酸脱 氢酶含四个亚基。
3.多酶复合体：若干个功能相关的酶彼此嵌合形成 的复合体。每个单独的酶都具有活性，当它们形成 复合体时，可催化某一特定的链式反应，如脂肪酸 合成酶复合体，含有六个酶及一个非酶蛋白质。
能 量 水 平
E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
酶的活性中心
1、酶的活性中心和必需基团 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫
酶的活性中心（active center）或活性部位（active site），参与 构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子 的必需基团。必需基团:酶分子中有些基团若经化学修饰（氧化、 还原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团称 为必需基团。非必需基团：有的酶温和水解掉几个AA残基，仍 能表现活性，这些基团即非必需基团。 2、酶的活性的研究手段
(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反应 速度及其影响因素的科学。
• 酶的活力与测定
• 影响酶促反应速度的因素
1 底物浓度 3 pH 5 激活剂
2 酶浓度 4 温度 6 抑制剂
酶促反应速度的测定与酶的活力单位
酶促反应速度的测定 初速度的概念 酶活力
系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加 一个酶字。
例如： 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 酶催化的反应： -酮戊二酸 + 丙氨酸谷氨酸 + 丙酮酸
乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27
第1大类，氧化还原酶
第1亚类，氧化基团 CHOH 第1亚亚类，H受体为 NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编 号
第三章
酶学
周口师范学院生命科学系
主要内容
一、 酶的概述 二、 酶的分类与命名 三、 酶催化作用特性的分子机理 四、 酶促反应的动力学 五、 重要的酶类及酶活性的调控 六、 酶的分离纯化及活力测定
一. 酶的概述
酶概念
•酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定 空间构象的生物大分子，包括蛋白质及核酸，又称为 生物催化剂(Biocatalysts) 。
三、酶催化作用特性的机理
酶催化的中间产物理论 酶的活性中心 酶作用专一性及其机理 酶高效催化的分子基础
酶的催化作用与分子活化能
在一个化学反应体系中，只有那些具有较高能量， 处于活化状态的分子才能在分子碰撞中发生化学 反应。活化分子比一般常态分子高出的能量称之 为活化能。
活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。 是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化 状态所需的自由能。
根据酶的存在位置
1.胞内酶：
在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶， 大多数的酶属于此类。2 Nhomakorabea胞外酶：
在合成后分泌到细胞外发生作用的酶， 主 要为水解酶。
酶国际系统分类法
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC） 根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：
1. 氧化-还原酶类 Oxido-reductases 2. 转移(移换)酶类 Transferases 3 . 水解酶类 hydrolases 4 . 裂合（裂解）酶类 Lyase 5. 异构酶类 Isomerases 6. 合成酶类 Ligases or Synthetases
酶作用的 专一性
结构专一性
立体异构 专一性
相对专一性
键专一性 基团专一性
绝对专一性
旋光异构专一性
几何异构专一性
2 消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香）
（赖、精）
羧羧肽肽酶酶
胃蛋白酶
丙,甘,亮, 异亮,缬
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
3 酶作用专一性机理
“锁钥学说”
(lock and key thoery)：
2 酶活力的表示方法
活力单位（active unit）
量度酶催化能力 大小
习惯单位（U）: 底物(或产物)变化量 / 单位时间
国际单位（IU）: 1μmoL变化量 / 分钟 Katal（Kat）：1moL变化量 / 秒
酶的命名
1.习惯命名法: 根据其催化底物来命名（蛋白酶；淀粉酶） 根据所催化反应的性质来命名（水解酶；转
氨酶；裂解酶等） 结合上述两个原则来命名（琥珀酸脱氢酶） 有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它
特点（胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性磷酸脂酶 和酸性磷酸脂酶）。
2.国际系统命名法（国际酶学委员会１９６１年提出）
Fischer， (1890）：酶 的活性中心 结构与底物 的结构互相 吻合，紧密 结合成中间 络合物。
诱导嵌合学说
(induced-fit hypothesis)： Koshland，(1958）： 酶活性中心的结构有 一定的柔性，当底物 （激活剂或抑制剂） 与酶分子结合时，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，转 入有效的作用位置， 这样才能使酶与底物 完全吻合，结合成中 间产物。
6. 合成酶类 Ligases or Synthetases
合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、CO、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+ ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
•绝大多数的酶都是蛋白质(Enzyme和Ribozyme)