Chapter8，9，10酶EnzymeMajorObject授課對(duì)象：生命科學(xué)學(xué)院授課時(shí)數(shù)：12學(xué)時(shí)教學(xué)目的要求：掌握:酶、單純酶及結(jié)合酶的定義，酶的分子組成，酶蛋白和輔因子的作用。必需基團(tuán)和酶活性中心的定義，酶促反應(yīng)的特點(diǎn)，酶促反應(yīng)特異性的類型，影響酶促反應(yīng)的因素，米氏方程及Km的意義。酶的抑制作用：不可逆抑制作用和可逆抑制作用（競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用）的概念、原理及意義，競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的動(dòng)力學(xué)曲線。酶原與酶原激活的定義及意義。變構(gòu)酶、酶共價(jià)修飾的定義和特點(diǎn)，同工酶的定義。第八章酶通論一、目的與要求（一）掌握：酶的命名與分類、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)（二）熟悉：酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)與組成（三）了解：酶的活力測(cè)定和分離純化第八章酶學(xué)通論酶在哪些方面有所應(yīng)用？食品加工方面：啤酒、乳品、肉、蛋、制糖、面包等在醫(yī)學(xué)方面：檢驗(yàn)科的工具酶、臨床治療用藥等在輕工業(yè)方面：各種有機(jī)物、洗衣粉、甜味劑等在能源開(kāi)發(fā)方面：乙醇生產(chǎn)、氫氣、生物電池等在環(huán)境保護(hù)方面：水凈化、石油、白色污染治理等應(yīng)用領(lǐng)域基礎(chǔ)研究領(lǐng)域新陳代謝的化學(xué)反應(yīng)，都在酶的催化下進(jìn)行，從酶作用分子水平上認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)很重要。理解疾病的生理基礎(chǔ)，藥物治療這些疾病的機(jī)制。酶的概念酶(enzyme）是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑，對(duì)其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)或核酸。為什么酶具有特異性（專一性），高效性？酶促反應(yīng)催化作用的機(jī)理是什么？目前將生物催化劑分為兩類：酶、核酶（脫氧核酶）酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑。酶(enzyme)的基本概念活細(xì)胞,催化功能,蛋白質(zhì)底物(substrate)的概念受催化的物質(zhì)產(chǎn)物(product)的概念酶促反應(yīng)的生成物酶化學(xué)本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)

1.大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)1926年，Sumner得到脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì)

1930年，Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)

J.B.SumnerJ.H.Northrop1949年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

2．某些RNA或DNA也有催化活性

1982年，美國(guó)科學(xué)家Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)的rRNA前體能在完全沒(méi)有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，發(fā)現(xiàn)RNA有催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念，獲得1989諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1995年，JackW.Szostak研究室首先報(bào)道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。公元前兩千多年，我國(guó)已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認(rèn)為發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母提取液，實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結(jié)晶。1982年，Cech首次發(fā)現(xiàn)RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報(bào)道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。酶學(xué)研究史酶促動(dòng)力學(xué)：1894年

Fisher提出酶與底物作用的“鎖鑰”學(xué)說(shuō)1913年

Michaelis

和Menton米氏方程建立。酶學(xué)研究史第二節(jié)酶化學(xué)本質(zhì)及其組成第三節(jié)酶的分類和命名第四節(jié)酶的專一性第五節(jié)酶活力的測(cè)定和分離純化第六節(jié)核酶和抗體酶，酶工程第一節(jié)酶催化作用特點(diǎn)第一節(jié)酶催化作用特點(diǎn)TheCharacteristicEnzyme-CatalyzedReaction

酶與一般催化劑的共同點(diǎn)在反應(yīng)前后沒(méi)有質(zhì)和量的變化；只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進(jìn)程，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。加速反應(yīng)的機(jī)制：加速反應(yīng)的機(jī)制：降低活化能活化狀態(tài)作用物分子相互碰撞獲得能量后,足以進(jìn)行分子反應(yīng)的狀態(tài)活化分子處在活化狀態(tài)的分子活化能（activationenergy)

活化分子所需的能量,從初態(tài)到活化態(tài)的能量通過(guò)降低活化能加快化學(xué)反應(yīng)速度。例

2H2O2→2H2O+O2

反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)75.24kJ/mol鈀催化反應(yīng)48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol

（一）酶易失活性一、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)凡能使生物大分子變性的因素，如高溫、強(qiáng)堿、強(qiáng)酸、重金屬鹽等都能使酶失去催化活性，因此大部分酶催化的反應(yīng)都是在比較溫和的常溫、常壓和接近中性pH下進(jìn)行反應(yīng)。（二）酶促反應(yīng)的高效性

酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。假如人體沒(méi)有消化酶的話？酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。

以摩爾為單位進(jìn)行比較，酶的催化效率比化學(xué)催化劑高107～1013倍，比非催化反應(yīng)高108～1020倍。例

2H2O2→2H2O+O2

1moleH2O2酶能催化5×106moleH2O2的分解

1moleFe3+

只能催化6×10-4moleH2O2的分解酶與一般催化劑催化效率的比較底物催化劑反應(yīng)溫度反應(yīng)速度常數(shù)尿素

H+627.410-7

脲酶

215.0106過(guò)氧化氫

Fe2+2256

過(guò)氧化氫酶

223.5107

通常要高出一般催化劑催化活性的107-1013倍。轉(zhuǎn)換數(shù)（turnovernumber,kcat）:表示酶催化效率。每秒鐘或每分鐘，每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，或每秒鐘或每分鐘每摩爾酶轉(zhuǎn)換底物的摩爾數(shù)。

酶的專一性(specificity)：一種酶僅作用于一種、一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。（三）酶促反?yīng)高度的專一性（四）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性對(duì)酶生成與降解量的調(diào)節(jié)（盟軍數(shù)量）酶催化效力的調(diào)節(jié)（戰(zhàn)斗力）通過(guò)改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等（敵人數(shù)量）酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)：第二節(jié)酶化學(xué)本質(zhì)及其組成TheMolecularStructureandFunctionofEnzyme酶的化學(xué)本質(zhì)

絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)證據(jù)（1）酸水解的產(chǎn)物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；（2）具有蛋白質(zhì)的一切共性，凡是能使蛋白質(zhì)變性的因素都能使酶變性；（具有蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)）P323少數(shù)酶是RNA（核酶）

（二）以酶的化學(xué)組成分類：脫輔酶(apoenzyme)：酶蛋白輔因子(Cofactor）：金屬離子、小分子有機(jī)化合物

輔酶（coenzyme）全酶(holoenzyme)輔基（prostheticgroup）單純酶

(simpleenzyme)綴合酶（conjugatedenzyme）即全酶輔因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）：

輔酶(coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基(prostheticgroup):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。輔因子金屬離子的作用穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物的作用在反應(yīng)中起運(yùn)載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團(tuán)。*各部分在催化反應(yīng)中的作用脫輔酶決定反應(yīng)的特異性輔因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)：穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子、質(zhì)子及其它基團(tuán)※全酶中一種酶蛋白只有與一定的輔酶（輔基）結(jié)合時(shí)，才能發(fā)揮一定的催化作用。

※同一種輔酶（輔基）往往可以與多種不同的酶蛋白結(jié)合而顯示出多種不同的催化作用。小分子有機(jī)化合物在催化中的作用

1.什么是酶？其化學(xué)本質(zhì)是什么？2.酶作為生物催化劑具有什么特點(diǎn)？3.輔基和輔酶的作用是什么？并用代號(hào)寫(xiě)出其作用機(jī)理。4.酶為什么能加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程？5.舉例說(shuō)明酶的專一性。6.誘導(dǎo)效應(yīng)酶、全酶、輔基、輔酶、核酶、酶活力單位（一）以酶蛋白分子特點(diǎn)分類：?jiǎn)误w酶(monomericenzyme)：僅具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的酶。寡聚酶(oligomericenzyme)：由多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶。多酶體系(multienzymecomplex)：由幾種不同功能的酶靠非共鍵嵌合而成形成的多酶復(fù)合物。單體酶（monomericenzyme)：由一條肽鏈組成，一般參與水解反應(yīng)。寡聚酶(oligomericenzyme)：由幾個(gè)或多個(gè)亞基組成，亞基牢固地聯(lián)在一起，單個(gè)亞基沒(méi)有催化活性。亞基之間以非共價(jià)鍵結(jié)合。大多為代謝調(diào)控酶。卵溶菌酶

多酶復(fù)合體(multienzymecomplex)：幾個(gè)酶嵌合而成的復(fù)合物。這些酶催化將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的一系列順序反應(yīng)。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶（EⅠ）、硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰酶（EⅡ）和二氫硫辛酰脫氫酶（EⅢ）組成。46

多酶體系

E1E2E3E4EnABCDEP第三節(jié)酶的命名和分類

1961年國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)（enzymecommission）提出的酶的命名和分類方法。每一個(gè)酶由下列表示：

1、系統(tǒng)名稱：底物名+反應(yīng)性質(zhì)

2、分類編號(hào)：E.C.+四個(gè)數(shù)字

3、推薦名：選一個(gè)習(xí)慣名（實(shí)用、簡(jiǎn)單）（一）命名1．系統(tǒng)名稱（systematicname）（1）標(biāo)明底物和催化反應(yīng)的性質(zhì)

G-6-P→F-6-PG-6-P異構(gòu)酶例:（2）兩個(gè)底物參加反應(yīng)時(shí)應(yīng)同時(shí)列出，中間用冒號(hào)（:）分開(kāi)。如其中一個(gè)底物為水時(shí)，水可略去。例1：丙氨酸+α-酮戊二酸→谷氨酸+丙酮酸

丙氨酸:α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶

例2：脂肪+H2O→脂酸+甘油脂肪水解酶

習(xí)慣命名1.依據(jù)底物來(lái)命名（絕大多數(shù)酶）：蛋白酶、淀粉酶2.依據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)命名：水解酶、轉(zhuǎn)氨酶3結(jié)合上述兩個(gè)原則命名：琥珀酸脫氫酶。4.有時(shí)加上酶的來(lái)源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶（二）系統(tǒng)分類法及編號(hào)

1．分類:根據(jù)催化反應(yīng)的性質(zhì)分6大類酶

1.氧化還原酶類oxidoreductase

2.轉(zhuǎn)移酶類transferase

3.水解酶類hydrolase

4.裂合酶類lyase

5.異構(gòu)酶類isomerase

6.連接酶類ligase/synthetase◆國(guó)際分類的盲區(qū)：忽略了酶的物種差異和組織差異2．編號(hào):用4個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字的編號(hào)表示，數(shù)字中用“·”隔開(kāi)，前面冠以EC（為EnzymeCommission）。EC類.亞類.亞亞類.排號(hào)，如ECl.1.1.1

乳酸脫氫酶EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團(tuán)CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號(hào)（三）六大類酶催化反應(yīng)的性質(zhì)1．氧化還原酶類（oxido-reductases）

主要是催化氫的轉(zhuǎn)移或電子傳遞的氧化還原反應(yīng)。催化氧化還原反應(yīng)的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等。（1）氧化酶類：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或H2O2

。2A·2H+O22A+2H2OA·2H+O2A+H2O2

例：鄰苯二酚氧化酶（EC1.10.3.1，鄰苯二酚：氧化酶）鄰苯二酚鄰苯醌（2）脫氫酶類：直接催化底物脫氫

A·2H+B

A+B·2H

例：乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27）

L-乳酸：NAD+氧化還原酶）乳酸丙酮酸2．轉(zhuǎn)移酶類（transferases）催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移,分成8個(gè)亞類：轉(zhuǎn)移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烴基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。例：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）（EC2.6.1.2）

L-丙氨酸：α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶）

3．水解酶類（hydrolases）AB+H2OA·OH+BH

催化加水分解作用。4．裂合酶類（lyases）從底物非氧化非水解性地移去一個(gè)基團(tuán)并形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng)。AB

A+B

例1：例2：5．異構(gòu)酶類（isomerase）催化異構(gòu)化反應(yīng),常見(jiàn)的有消旋和變旋、醛酮異構(gòu)、順?lè)串悩?gòu)和變位酶類。例：6．連接酶類（ligases,也稱synthetases合成酶類）

將兩個(gè)小分子合成一個(gè)大分子，通常需要ATP供能。

例：氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶水解酶裂合酶異構(gòu)酶連接酶一些酶的命名舉例第四節(jié)酶的專一性

酶作用的專一性結(jié)構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性相對(duì)專一性絕對(duì)專一性鍵的專一性基團(tuán)專一性根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的專一性可大致分為以下四種類型：根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為以下四種類型：絕對(duì)專一性(absolutespecificity)：只能作用于一種底物，不作用于任何其它物質(zhì)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。

相對(duì)專一性(relativespecificity)：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，“族專一性”或“鍵專一性”。立體結(jié)構(gòu)專一性(stereo

specificity)：底物有旋光或幾何異構(gòu)體時(shí)，酶只能作用于一種，稱為“旋光異構(gòu)專一性”或“幾何異構(gòu)專一性”。1、絕對(duì)專一性（absolutespecificity）

只能作用于某一底物。

例:（1）族專一性（基團(tuán)專一性，groupspecificity）

2、相對(duì)專一性（relativespecificity）作用于一類化合物。

A—B或A—B如α-D-葡萄糖苷酶

（2）鍵專一性

作用一種化學(xué)鍵A—B2、立體專一性（stereospecificity）只能催化一種立體異構(gòu)體進(jìn)行反應(yīng)。（1）D-，L-立體異構(gòu)專一性

L-乳酸脫氫酶：作用于L-乳酸（2）幾何異構(gòu)專一性

延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸二、酶作用專一性假說(shuō)（一）鎖與鑰匙學(xué)說(shuō)（lockandkey）1894年Fisher提出，較好的解釋了酶的專一性，但不能解釋酶的逆反應(yīng)。3、誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（induced-fittheory）

1958年Koshland提出，酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。比較滿意的說(shuō)明酶的專一性，近年來(lái)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持這一說(shuō)。羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式底物酶的誘導(dǎo)契合動(dòng)畫(huà)第五節(jié)

酶活力的測(cè)定和分離純化

酶活力（enzymeactivity）是指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力。酶的分離純化和活力測(cè)定產(chǎn)物濃度[P](t)測(cè)定酶活力時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)

（1）應(yīng)測(cè)反應(yīng)初速度（initialvelocity）底物濃度變化在起始濃度5%以內(nèi)。

（2）酶的反應(yīng)速度一般用單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的增加量來(lái)表示。（3）測(cè)酶活力時(shí)應(yīng)使反應(yīng)溫度、pH、離子強(qiáng)度和底物濃度等因素保持恒定。

（4）測(cè)定酶反應(yīng)速度時(shí)，應(yīng)使[S]>>[E]。

酶活力單位（U）：在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量（U/g，U/ml）在最適的反應(yīng)條件（25℃）下，每分鐘內(nèi)催化一微摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的酶量定為一個(gè)酶活力單位，即1IU=1μmol/min在最適條件下，每秒鐘內(nèi)使一摩爾底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量定為1kat單位，即

1kat=1mol/s

酶的比活力或比活性（specificactivity）

比活力：指每mg蛋白質(zhì)所具有的酶活力，一般用U/mg蛋白質(zhì)來(lái)表示，比活力說(shuō)明酶的純度。

比活力=酶活力（U/ml）/蛋白質(zhì)濃度（mg/ml）

比活力有時(shí)也可用每g或每ml酶含多少個(gè)活力單位來(lái)表示。酶活力測(cè)定方法分光光度法（spectrophotometry）熒光法（fluorometry）酶偶聯(lián)分析法(enzymecouplingassay)

同位素測(cè)定方法（isotopeassay）電化學(xué)方法（electrochemicalmethod）1．選材2．破碎細(xì)胞3．抽提4．分離及純化5．結(jié)晶6．保存酶的分離純化酶的分離純化溶解度的差異鹽析法PEG沉淀法有機(jī)溶劑沉淀法等電點(diǎn)沉淀法熱穩(wěn)定性的差異熱處理沉淀法電荷性質(zhì)的差異離子交換層析法電泳法分子大小和形狀的差異凝膠過(guò)濾法超濾法透析法離心法親和力的差異親和層析法疏水作用的差異疏水層析法分配系數(shù)的差異雙水相系統(tǒng)萃取法由于酶的特殊性，在提純過(guò)程中要注意:1．全部操作在低溫0～4℃。2．在分離提純過(guò)程中，不能劇烈攪拌。3．在提純?nèi)軇┲屑右恍┍Ｗo(hù)劑，如少量EDTA、少量β-巰基乙醇及蛋白酶抑制劑。4．在分離提純過(guò)程中要不斷測(cè)定酶活力和蛋白質(zhì)濃度，從而求得比活力，還要計(jì)算總活力和回收率（得率）。酶的純度：總活力=活力單位數(shù)/mL酶液×總體積（mL）比活力

=活力單位數(shù)/毫克蛋白純化倍數(shù)

=——————每次比活力第一次比活力產(chǎn)率%（回收率）=——————×100每次總活力第一次總活力酶的純化鑒定：聚丙烯酰胺凝膠電泳法、等電聚焦電泳法、分子篩層析等。酶的分離純化過(guò)程中一定要隨時(shí)追蹤酶的活性酶的保存低溫（0-4℃，-20℃）；高濃度較穩(wěn)定；加入穩(wěn)定劑；固定化。最后一步純化過(guò)程得到的酶液，需經(jīng)濃縮或結(jié)晶以及其它處理，以便于保存。在合適的條件下，酶一般可保存較長(zhǎng)的時(shí)間。在4℃下，可將酶懸浮在濃硫酸銨或PEG溶液中保存，10mg/ml的濃酶液可加入25%～50%甘油保存?？蓪⒚敢哼^(guò)濾除菌，以減