分子酶学 (Enzymology)
分子酶学名词解释简答
分子酶学复习重点1 剪接型核酶:定义：指RNA分子被磷酸二酯酶切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
2 剪切型核酶: 这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异行核苷酸序列。
3 探针酶：既保持高度的反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进行切割的酶。
实质是核酸内切酶，由两部分组成，第一部分叫做切割系统，为核酸切割试剂或酶，第二部分叫做识别系统，可以识别核酸底物的特定核苷酸序列。
4 人工酶：人工合成的具有催化活性的蛋白质或多肽。
5 模拟酶：利用有机化学合成的一些比酶结构简单得多但具有催化功能的非蛋白质分子。
6 抗体酶：又称催化抗体，是一类具有催化能力的免疫球蛋白，即通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化化学反应。
7 克隆酶：基因工程将某种酶基因导入宿主细胞中大量表达其产物为克隆酶，即用基因工程技术生产的酶。
8 突变酶：用基因定位突变技术修饰天然酶基因，然后用基因工程技术生产该突变基因的酶，被称为突变酶。
9 酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
10 酶的比活力：单位质量样品中的酶活力；1mg蛋白质中所含的U数；1Kg蛋白质中所含的Kat数。
11 酶的转换数（K cat）：当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子所转换底物分子数，又叫转换数（简称TN）, Kcat可以用来衡量酶的催化效率，越大效率越高。
12 亲和标记：利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以修饰标记，故称之为亲和标记。
13差别修饰法（差别标记）：这种方法是非特异性试剂标记法的一个发展。
它利用竞争性抑制剂或底物预先占据活性中心，使非特异性试剂只修饰活性中心以外的基团，然后透析除去保护剂（即竞争性抑制剂或底物），再用同位素标记的非特异性试剂修饰活性中心的基团。
经氨基酸分析可知哪些基团位于活性中心。
生物化学第三章-酶(Enzyme)与维生素PPt课件
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3.趋近效应与定向排列 酶可以将它的底物结合在它
的活性部位。 酶与底物之间的靠近具有一
定的取向，大大增加了ES复合 物进入活化状态的概率。
13
4.诱导契合学说
酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，
而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶
分子、有时是两者的构象同时发生了一定的变
在反应中起运载体的作用，传递电 子、质子或其它基团。
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相同的辅助因子与不同的酶蛋白结合成催化特 异性不相同的结合酶。
举例：
乳酸脱氢酶
苹果酸脱氢酶
含相同：辅助因子 NAD+（递氢体）
含不同：酶蛋白， 有不同的催化特异性 ： L-乳酸 ＋ NAD+ LDH 丙酮酸 + NADH + H+ 苹果酸 ＋ NAD+ 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 + NADH+H+
19
三、酶的催化活性与活性中心
在酶分子表面特定区域上有些特殊基团，可与底物 结合，并催化底物转变为产物，这个区域称为酶的 活性中心（active center）。
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往 往只占整个酶分子体积的1%-2%。 2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间 结构。
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3
一. 酶的概念和作用特点
酶（Enzyme） 是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质,
又称为生物催化剂(biocatalyst)。 目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）
反应通式
E
S
P
(substrate)
（product ）
4
二. 酶的分类及命名
Enzyme
Chapter 6 EnzymologySection 1 Chemistry essence and characteristic of enzymesEnzymes are the proteins with biocatalytic power (biocatalyst).Enzymes are the agents of metabolic function一、Chemistry essence of enzyme：二、Chemistry composing of enzyme：1.Simple proteins: Urease, protease, amylase, lipase, RNase2.Conjugated proteins:Apoenzyme(脱辅酶，酶蛋白), Cofactor(辅助因子）Holocnzyme(全酶) = Apoenzyme+ CofactorCofactor 辅助因子：coenzyme 辅酶，prosthetic group 辅基Coenzymes function as transient carriers of specific functional groups.1.Accelerate chemistryreaction (thermodynamicpotentiality reaction ）2.Does not change theequilibrium constant3.Itself no variety 三、The common characteristicsof enzyme andcatalyzer四、distinctive features1.High catalytic power2.High specificitydness of the action condition4.Regulation of the enzyme activity1. High catalytic power：accelerating reaction rates asmuch as 108-1020over uncatalyzed levels, 107一1013over synthetic catalysts .k1= 3×10-10(s-1) (uncatalyzed hydrolysis of urea at 20o C)k1= 3×104(s-1) (urease-catalyzed hydrolysis of urea at 20o C) The catalytic power of urease is 10142. High specificity：Substrates3. Mildness of the action conditionnormal temperaturenormal pressurenear-neutral pH4. Regulation of the enzyme activity¾Concentration Regulation：¾Hormone Regulation ：¾Inhibition Regulation ：¾Activator Regulation ：¾Others: Allosteric regulation、Enzymogenic activation、reversible covalent modification 、Isoenzyme五、S pecificityabsolute specificity: urease Structural specificity group specificityrelative specificitybond specificityoptical isomer specificity Stereo isomer specificitygeometrical isomer specificitySection 2 Enzyme Nomenclature and Classification一、common nomenclature1.Base on the substrate：protease、amylaseDifferent source: Pepsin 、Trypsin 2.Base on the reaction: hydrolase、transferase、Phosphatase3.Base on the substrate and reaction: succinatedehydrogenaseother condition: Alkaline Phosphatase、acid phosphatase二、Systematic nomenclatureATP + D-glucose →ADP + D-glucose-6-phosphate ATP : D-glucose-6-phosphotransferase (-ase)三、Classification numberE.C. Class. Subclass. Subsubclass. Individual entryEC(Enzyme Commision)Six Class1、2、3、4、5、6Subclass1、2、3、4......Subsubclass1、2、3、4......Individual entry1、2、3、4... EC 3.1.3.1Alkaline PhosphataseEnzyme CommisionNo. 3Class Hydrolases(hydrolysis reactions)No. 1 Subclass Cleaving ester linkageNo. 3 Subsubclass Phosphoric monoesterIndividual entry the first四、Six Classes1.oxido-reductases-------oxidation-reduction reactionsoxidasesdehydrogenases2. transferases3. hydrolases4. Lyases5. isomerases6. ligasesSection 3 enzyme activity assay一、enzyme activityreaction velocitydtS d dt P d v ][][−==Reaction Time ↑，v ↓①[S]↓②[P]↑③Product inhibition④Enzyme inactivationinitial velocity二、Enzyme units(酶活力单位）：ＵU is defined as the amount that catalyzes the formation of one micromole of product in one minute. 1 U= 1μmol/min。
酵素和酶的区别
酵素和酶的区别
酶（enzyme）是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。
酵素则是酶的别称。
酶（英语：Enzyme（/ˈɛnzaɪm/））是一类大分子生物催化剂。
酶能加快化学反应的速度（即具有催化作用）。
由酶催化的反应中，反应物称为底物，生成的物质称为产物。
几乎所有细胞内的代谢过程都离不开酶。
酶能大大加快这些过程中各化学反应进行的速率，使代谢产生的物质和能量能满足生物体的需求[1]:8.1。
细胞中酶的类型对可在该细胞中发生的代谢途径的类型起决定作用。
对酶进行研究的学科称为“酶学”（enzymology）。
目前已知酶可以催化超过5000种生化反应[2]。
大部分酶是蛋白质，有少部分酶是具有催化活性的RNA分子，这些酶被称为核酶。
酶的特异性是由其独特的三级结构决定的。
分子生物工程中的酶技术研究
分子生物工程中的酶技术研究随着分子生物学的发展和应用，酶技术在生命科学和制药工业中扮演着越来越重要的角色。
酶（enzymes）是一种生物催化剂，能够催化生命体内的化学反应，具有高效、特异性等优点，成为化学合成、分析检测、生产制造领域中的重要工具。
分子生物工程基于遗传工程原理，利用DNA技术对酶进行改造和优化，以获得更高效、更稳定、更特异的酶活性。
本文将从酶技术的基础性质、酶在分子生物工程中的应用以及酶工程的最新研究和发展等方面进行探讨。
一、酶技术的基础性质酶是由多肽链组成的生物大分子，具有多种功能，包括催化反应、识别底物和调节代谢等。
酶催化反应的速率远高于非酶催化的同类反应，具有高效的催化特性。
与其它催化剂相比，酶不仅具有高效、特异性的优点，还具有环境适应性和可再生性等特征。
酶的催化活性与其空间构象密切相关，因此酶的三维结构对其催化活性的影响尤为重要。
酶的活性受多种因素的影响，如温度、pH值、离子浓度、底物浓度等。
二、酶在分子生物工程中的应用分子生物工程中，酶技术被广泛应用于DNA克隆、蛋白表达、制药工艺等领域。
其中，PCR技术中的酶，如Taq聚合酶和Pfu聚合酶等，在DNA扩增和基因克隆方面具有重要的作用。
酶作为工业生产过程的生物催化剂，已经被广泛用于制药工艺和食品生产中。
例如，酶在药物售后修饰、酶促反应、人工消化等方面应用得到越来越广泛。
三、酶工程的最新研究和发展酶工程是利用DNA技术对酶进行改造和优化，以获得更高效、更稳定、更特异的酶活性。
近年来，随着高通量测序技术的发展，蛋白工程学领域得到了快速发展，为酶工程及其应用带来了更多前景。
目前，酶工程的研究重点主要集中在以下几个方面：1）酶的选择性改造：对酶分子的底物和反应环境进行改造，以获取更加特异的活性；2）酶的跨界合成：改造酶的反应底物，使其具备大分子化合物的化学反应能力；3）酶的催化能力研究：针对酶的催化机制进行分子模拟和结构解析，揭示催化过程中物质的运动和分子机制。
分子酶学名词解释简答
分子酶学复习重点1 剪接型核酶:定义：指RNA分子被磷酸二酯酶切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
2 剪切型核酶: 这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异行核苷酸序列。
3 探针酶：既保持高度的反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进行切割的酶。
实质是核酸内切酶，由两部分组成，第一部分叫做切割系统，为核酸切割试剂或酶，第二部分叫做识别系统，可以识别核酸底物的特定核苷酸序列。
4 人工酶：人工合成的具有催化活性的蛋白质或多肽。
5 模拟酶：利用有机化学合成的一些比酶结构简单得多但具有催化功能的非蛋白质分子。
6 抗体酶：又称催化抗体，是一类具有催化能力的免疫球蛋白，即通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化化学反应。
7 克隆酶：基因工程将某种酶基因导入宿主细胞中大量表达其产物为克隆酶，即用基因工程技术生产的酶。
8 突变酶：用基因定位突变技术修饰天然酶基因，然后用基因工程技术生产该突变基因的酶，被称为突变酶。
9 酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
10 酶的比活力：单位质量样品中的酶活力；1mg蛋白质中所含的U数；1Kg蛋白质中所含的Kat数。
11 酶的转换数（K cat）：当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子所转换底物分子数，又叫转换数（简称TN）, Kcat可以用来衡量酶的催化效率，越大效率越高。
12 亲和标记：利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以修饰标记，故称之为亲和标记。
13差别修饰法（差别标记）：这种方法是非特异性试剂标记法的一个发展。
它利用竞争性抑制剂或底物预先占据活性中心，使非特异性试剂只修饰活性中心以外的基团，然后透析除去保护剂（即竞争性抑制剂或底物），再用同位素标记的非特异性试剂修饰活性中心的基团。
经氨基酸分析可知哪些基团位于活性中心。
03酶学-生物化学与分子生物学课件
目录
2.相对专一性(relative specificity)
有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构， 而是依据底物分子中的特定的化学键或特定的基团，因而 可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物。例 如，消化系统中的蛋白酶仅对蛋白质中肽键的氨基酸残基 种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求 。
是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物 转变为产物的具有特定三维结构的区域。
目录
必需基团(essential group)
酶分子中氨基酸残 基侧链的化学基团中， 一些与酶活性密切相关 的化学基团。
目录
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
液，实现了发酵。 ➢ 1926 年 ， Sumner 首 次 从 刀 豆 中 提 纯 出 脲 酶 结 晶
(deoxyribozyme)。
目录
➢ 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 DNA 片 段 ， 称 为 脱 氧 核 酶 (deoxyribozyme)。
目录
（三）酶的活性与酶量具有可调节性
酶促反应受多种因素的调控，以适应机体 对不断变化的内外环境和生命活动的需要。
例: 磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激
活，而受ATP的别构抑制。 胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而
分子酶学(Enymology)
抗体酶发展前景 它是研究酶作用机理的有利工具，在抗体酶的研 究过程中，可以直接观察到过渡态理论设计抗体酶 起到的作用，为酶的过渡态理论的正确性提供了有 利的实验证据。 抗体酶可以直接作为药物，进入组织，达到治 疗效果。它们可能象限制性内切酶切割DNA分子一 样，任意切割多肽链，用于治疗艾滋病和各种癌症。
酶纯化方法的选择
调节酶溶解度的方法 根据酶分子大小、形状不同的分离方法 根据酶分子电荷性质的分离方法 根据酶分子专一性结合的分离方法 酶纯化方法选择的一般原则
调节酶溶解度的方法
改变离子强度
硫酸铵分级盐析 反抽提法 RNA聚合酶的硫酸铵分级沉淀 42－55％ 收集33－50%饱和度的沉淀。 将沉淀再悬浮于42％饱和度中，去除某些杂蛋白。
可加入蛋白酶抑制剂如PMSF（苯甲基磺酰氯）、 EDTA、还原剂DTT（二硫苏糖醇）等，保护目的酶。
酶提取方法的选择
抽提液由以下几部分组成 离子强度调节剂 KCl NaCl 蔗糖 pH缓冲剂 各种 Buffer 温度效应剂 甘油 二甲基亚枫(DMSO) 蛋白酶抑制剂 PMSF DIFP 抗氧化剂 DTT 巯基乙醇 重金属络合剂 EDTA 柠檬酸 增溶剂 TritonX-100
改变pH值或温度
调节pH至pI， 加热去除杂蛋白
改变介电常数
常用有机溶剂乙醇、丙酮、甲醇
根据酶分子大小、形状不同的分离方法
离心分离 凝胶过滤 透析 超滤
Ultracentrifugation
Gel filtration chromatography
dialysis
Ultrafiltration
The transition state: a high energy fleeting moment.
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探针酶
既保持高度反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进 行切割。 EDTA Fe(II)X EDTA Fe(II) EB 探针酶 X为探针 EB与DNA能任意结合，所以在
DNA上的切点是随机的。
探针酶与限制性内切酶比： a. 切点不够准确。 b. 有较大的灵活性，可在任意位置上切割。
对于酶和生物催化剂概念的认识
Ribozyme 抗体酶 探针酶 人工酶 模拟酶 克隆酶和突变酶
Antibodies having catalytic activities can be generated
The concept of inducing antibodies with catalytic potentials rooted in Pauling’s transition state theory (1940s); William Jencks predicted the existence of such antibodies in 1969; Richard Lerner and Peter Schultz generated such catalytic antibodies in 1986; Catalytic antibodies have been generated catalyzing various chemical transformations, ranging from simple hydrolysis to reactions that lack physiological counterparts or even are normally disfavored.
•1 kat = 1 mol sec-1
（二）酶活力单位、比活力
1.酶活力单位
(1)国际单位U（international unit,IU或U）
特定条件下，1min内，能转化1 μmol底物所 需要的酶量。 1 IU（U）= 1 μmol/min
(2)Katal单位
1 Kat = 1 mol/s
1 Kat = 6 107 U
pH gradient
_ _ _ _ + + 7.0 6.0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5.0
_ _ _ _ + --
_ _ _ + + +
_ _ _ + + +
1
pH 10
Isoelectric focusing
pH 4
2 SDSPAGE
Two-dimensional gel electrophoresis
根据酶分子专一性结合的分离方法
分子酶学 (Enzymology)
About Myself
Wang Xiao-Yun (王晓云）
Professor,Ph.D. in Department of Biochemistry and Molecular Biology, College of Life Science Tel: 2656-8430
2.比活力
每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数。 （U/mg蛋白） 比活力越高，表示酶制剂越纯。
3.酶促反应的初速度
四、酶活力的测定
（一）酶活力（enzyme activity)
酶催化某一反应的能力——V V——单位时间内单位体积中
底物（substrate)的减少量或
产物（product)的增加量
Enzyme assays
•An enzyme assay measures the conversion of substrate to product, under conditions of cofactors, pH and temperature at which the enzyme is optimally active. •High substrate concentrations are used so that the initial reaction rate is proportional to the enzyme concentration. •Enzyme activity is commonly expressed by the initial rate (Vo). The units of Vo are mol min-1 •1 U=1 mol min-1
改变pH值或温度
调节pH至pI， 加热去除杂蛋白
改变介电常数
常用有机溶剂乙醇、丙酮、甲醇
根据酶分子大小、形状不同的分离方法
离心分离 凝胶过滤 透析 超滤
Ultracentrifugation
Gel filtration chromatography
dialysis
Ultrafiltration
自然酶、化学修饰酶、固定酶、人工酶、
模拟酶的研究、利用
生物酶工程（高级酶工程） 克隆酶 、 突变酶 、抗体酶
三、酶的分离纯化
建立一个可靠快速的测活方法 酶原料的选择 酶的提取 酶的提纯 酶纯度的鉴定
建立一个可靠和快速的测活方法
可靠性表现在专一、灵敏、精确、简便 测活方法是否经济 测活方法越简单，纯化所需等待时间越短，失 活越少
都是现代生物学领域的人不能不涉足的一 门科学。
Enzymology
第一节 酶的分离纯化与活性测定
第二节
第三节 第四节
酶的结构与功能
酶促反应动力学 变（别）构酶、同工酶
第一节 酶的分离纯化与活性测定
一、概述
Ferment－－（酵素）
Enzyme－－在酵母中（希腊文）
1926年 美国“独臂学者”Sumner用全能的 右手，花了9年时间，从刀豆中提出了脲酶结晶， 并证明具有蛋白质。（不负载任何活性基团的脲 酶蛋白质结晶 。 30年代 胃蛋白酶 pepsin 胰蛋白酶 trypsin 胰凝乳蛋白酶 chymotrypsin 结晶并进行了动力学探讨，确立了酶的化学本质 推动了蛋白质研究。
Ultrafitration has become a widely used technique in preparative biochemistry. Ultrafiltration membranes are available with different cutoff limits for separation of molecules from 1 kD to 300 kD. The method is excellent for the separation of salts and other small molecules from a protein fraction with a higher molecular weight and at the same time can effect a concentration of the proteins. The process is gentle, fast, and comparatively inexpensive.
Office: 6#430
参考书： 1. 袁勤生主编， 现代酶学，华东理工大学出 版社，2001 2. 姜涌明主编，分子酶学导论，中国农业大 学出版社，2000 3. 王镜岩等主编，生物化学（第三版），高 等教育出版社，2002
酶可以说是一切生命活动的序幕——化
学变化，酶决定机体的化学变化。
酶学无论从理论上讲或是从应用上讲，
人工酶 模拟酶
人工酶 人工合成的具有催化活性的蛋白 质或多肽。 模拟酶 利用有机化学合成的一些比酶结 构简单得多具有催化功能的非蛋白质分 子。
克隆酶和突变酶
克隆酶 用基因工程技术生产的酶
突变酶 用基因定位突变技术修饰天然酶 基因，然后用基因工程技术生产该突变 基因的酶，被称为突变酶。
酶蛋白 蛋白酶 蛋白质酶
可加入蛋白酶抑制剂如PMSF（苯甲基磺酰氯）、 EDTA、还原剂DTT（二硫苏糖醇）等，保护目的酶。
酶提取方法的选择
抽提液由以下几部分组成 离子强度调节剂 KCl NaCl 蔗糖 pH缓冲剂 各种 Buffer 温度效应剂 甘油 二甲基亚枫(DMSO) 蛋白酶抑制剂 PMSF DIFP 抗氧化剂 DTT 巯基乙醇 重金属络合剂 EDTA 柠檬酸 增溶剂 TritonX-100
抗体酶发展前景 它是研究酶作用机理的有利工具，在抗体酶的研 究过程中，可以直接观察到过渡态理论设计抗体酶 起到的作用，为酶的过渡态理论的正确性提供了有 利的实验证据。 抗体酶可以直接作为药物，进入组织，达到治 疗效果。它们可能象限制性内切酶切割DNA分子一 样，任意切割多肽链，用于治疗艾滋病和各种癌症。
Native PAGE
SDS-PAGE
Isoelectric Focusing (IEF)
IEF can be described as electrophoresis in a pH gradient set up between a cathode and an anode with the cathode at higher pH than the anode. Proteins, being amphoteric species, are positively charged at pH values below their pI and negatively charged above their pI. It means that whenever a protein is in the gradient, it will migrate towards its pI.
酶纯化方法的选择
调节酶溶解度的方法 根据酶分子大小、形状不同的分离方法 根据酶分子电荷性质的分离方法 根据酶分子专一性结合的分离方法 酶纯化方法选择的一般原则