第8章酶通論

OUTLINEOF

ENZYMEOutlineofEnzyme酶催化作用的特點(diǎn)酶的化學(xué)組成及其特點(diǎn)酶的分類和命名酶的專一性酶的活力測定和分離純化核酶抗體酶酶工程簡介沒有酶的參與，生命活動(dòng)一刻也不能進(jìn)行我國人民在八千年以前就開始利用酶，夏禹時(shí)代，人們就會(huì)釀酒雖然我們祖先并不知道酶是何物，也無法了解其性質(zhì)，但根據(jù)生產(chǎn)和生活的積累，已把酶利用到相當(dāng)廣泛的程度OutlineofEnzymeEduardBüchner(1860-1917)1907,nobelprizewinnersOutlineofEnzymeOutlineofEnzyme1833,PayenandPersozseparatedenzymefirst1878,Wilhelm

Kühne,Enzyme(énsymo)酵素1894,Fisher-lockandkey1903,Henri-enzyme-substratecomplex

1913,MichaelisandMenten-Michaelis-MentonequationOutlineofEnzymeOutlineofEnzyme80年代初Cech與Altman分別發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的RNA—核酶（ribozyme）.近十年來酶學(xué)研究得到很大發(fā)展，表現(xiàn)在：1.基礎(chǔ)研究2.酶的應(yīng)用8.1酶催化作用的特點(diǎn)TheBasicCharacteristicsofEnzyme8.1.1EnzymecomparewithnormalcatalystA.ToincreasetherateofareactionB.Cannotaffectreactionequilibrium.C.Enzymeitsselfwillnotchanged催化劑參與反應(yīng)是降低了反應(yīng)的活化能。H2O2分解：沒有催化劑時(shí)，需活化能75.4kJ/mol；液態(tài)鈀作催化劑，48.9kJ/mol；過氧化氫酶催化，8.4kJ/mol。TheBasicCharacteristicsofEnzymeMultipleChoiceQuestionWhenenzymeispresent,whatwillbeinfluencedbytheenzyme?A:FreeenergychangeofthereactionB:ActivationenergyofthereactionC:EquilibriumconstantofthereactionD:RateconstantofthereactionTheBasicCharacteristicsofEnzymeTheenzymelowerstheactivationenergymoreefficientlythanthenormalcatalyst,sohasmorecatalyticpower.A.酶易失活B.酶具有很高的催化效率碳酸酐酶：CO2+H2OH2CO3快107倍.酶催化效率表8-1（書p321）

8.1.2酶作為生物催化劑的特點(diǎn)TheCharactersofEnzymeasBio-activator

酶轉(zhuǎn)換數(shù)（kcat）/s-1碳酸酐酶3-酮類固醇異構(gòu)酶乙酰膽堿酯酶青霉素酶乳酸脫氫酶胰凝乳蛋白酶DNA聚合酶I色氨酸合成酶60000028000025000

20001000

100152一些酶的最大轉(zhuǎn)換數(shù)TheCharactersofEnzymeasBio-activator1×1012=31709years!1secondCatalyticpowerTheCharactersofEnzymeasBio-activatorC.酶具有高度專一性

酶對催化的底物有高度的選擇性氫離子:催化淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)的水解。HydrolysisofstarchHydrolysisofsucroseHydrolysisoffatHydrolysisofproteinInvertaseAmylaseProteinaseLipase蔗糖酶（轉(zhuǎn)化酶），淀粉酶，酯酶，蛋白酶H+TheCharactersofEnzymeasBio-activator8.2酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成TheChemistryofEnzyme8.2.1酶的化學(xué)本質(zhì)

除有催化活性的RNA外幾乎都是蛋白質(zhì)Nearlyallknownenzymesareproteins.CatalyticallyactiveRNAmoleculeshavealsobeenfound–ribozyme.8.2.2酶的化學(xué)組成單純蛋白質(zhì)(simpleprotein)：

脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核糖核酸酶。綴合蛋白質(zhì)(conjugatedprotein)：全酶=脫輔酶（酶蛋白）+輔因子輔因子包括：輔酶和輔基脫輔酶部分決定酶催化的專一性；輔酶起著電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的轉(zhuǎn)移作用。Acofactorthatissmallorganicmoleculeiscalledcoenzyme.Acoenzymethatisverytightlyorevencovalentlyboundtotheenzymeproteiniscalledaprosthetic(彌補(bǔ)的)group（輔基）.TheChemistryofEnzyme8.3酶的命名和分類TheNameandClassificationofEnzyme

目前已發(fā)現(xiàn)的酶約4，000種，在生物體中的酶遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此數(shù)。.TheNameandClassificationofEnzymeUreaseDNApolymeraseInvertaseProteasePepsinLysozymeBiochemistshaveadoptedan

internationalapproved經(jīng)核準(zhǔn)的

system

fornamingandclassifyingenzymes.Thissystemdividesenzymesinto

sixclasses,eachwithsubclasses,basedonthetypeofreactioncatalyzed.Eachenzymeisassigned指定

afour-partclassificationnumber

and

asystematicname.TheNameandClassificationofEnzymeTheNameandClassificationofEnzyme8.3.1習(xí)慣命名法

根據(jù)作用的底物命名

根據(jù)催化的反應(yīng)性質(zhì)及類型命名8.3.2國際系統(tǒng)命名法是以酶催化的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的，規(guī)定每種酶的名稱應(yīng)當(dāng)明確表明酶的底物及催化反應(yīng)的性質(zhì)。TheNameandClassificationofEnzyme8.3.3國際系統(tǒng)命名法及酶的編號國際酶學(xué)委員會(huì)根據(jù)各種酶所催化的反應(yīng)的類型，將酶分為6大類，分別用1、2、3、4、5、6來表示。再根據(jù)底物中被作用的基團(tuán)或鍵的特點(diǎn)將每一大類分為若干個(gè)亞類。每一亞類再分為亞亞類。第四個(gè)數(shù)字表示該酶在亞亞類中的編號如表8-9酶的分類TheNameandClassificationofEnzyme8.3.4六大酶類的特征和舉例1）

氧化還原酶類（oxido-reductases）氧化酶類：A?2H+O2←→

A+H2O2A?2H+O2←→2A+2H2O2脫氫酶類：A?2H←→A+B2H

2）

轉(zhuǎn)移酶類（transferase）A?X+B←→A+BX3）

水解酶類（hydrolases）A—B+HOH←→AOH+BHTheNameandClassificationofEnzyme4）

裂合酶類（lyases）A?B←→A+B

5）

異構(gòu)酶類（isomerases）A←→B6）連接酶類（ligases或synthatases合成酶類）A+B+ATP←→A?B+ADP+PiTheNameandClassificationofEnzymeEC2.7.1.1Theclassname(transferase)Thesubclass(phosphotransferase)AphosphotransferasewithahydroxylgroupasacceptorD-glucoseasthephosphorylgroupacceptor酶的命名和分類SystematicnameofenzymesSystemnameisthenamegivenbytheIUBMB(InternationalUnionofBiochemistryandMolecularBiology).Systematicnameconsistsoftwoparts.Thefirstcontainsthenameofthesubstrateor,inthecaseofabimolecularreaction,ofthetwosubstratesseparatedbyacolon.Thesecondpart,endingin-ase,indicatesthenatureofthereaction.TrivalnameSystematicnameReactionscatalyzedbytheenzymePhosphohexoseisomeraseD-glucose-6-phosphatealdose-ketose-isomeraseD-glucose6-phosphateD-fructose6-phosphateUreaseUrea:(H2O)amidohydrolaseurea+H2OCO2+2NH3

AlcoholdehydrogenaseAlcohol:NAD+oxido-reductaseethanol＋NAD+

acetaldehyde＋NADH+H+GlucokinaseATP:glucosephosphotransferaseATP+D-glucoseADP+D-glucose6-phosphate8.4酶的專一性（SpecificityofEnzyme）8.4.1酶的專一性A.結(jié)構(gòu)專一性:

1）絕對專一性酶的專一性非常高，只作用于一種底物。如

脲酶只能水解尿素，

DNA聚合酶只催化DNA的聚合，

麥芽糖酶催化麥芽糖的水解。2）相對專一性底物是一類結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)，如要求族專一性或基團(tuán)專一性：a-D-葡萄糖苷酶。鍵專一性：酯酶，蛋白水解酶。酶的專一性B.立體異構(gòu)專一性：當(dāng)?shù)孜镉辛Ⅲw異構(gòu)體時(shí)，酶只能作用于其中的一種。1）旋光異構(gòu)專一性：L-氨基酸氧化酶2）幾何異構(gòu)專一性：琥珀酸脫氫酶：琥珀酸延胡索酸（反丁烯二酸）SpecificityofEnzyme8.4.2關(guān)于酶作用專一性的假說鎖鑰假說(LockandKey)LockandKey酶作用專一性的假說LockandKey(1894,EmilFischer)酶作用專一性的假說誘導(dǎo)契合假說(InducedFit)

：當(dāng)酶分子與底物接近時(shí)，酶蛋白受體物分子誘導(dǎo)，其構(gòu)型發(fā)生有利于底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補(bǔ)契合進(jìn)行反應(yīng)。酶作用專一性的假說InducedFit

(1958,DanielE.Koshland)酶作用專一性的假說InducedFitInducedFitTwohypothesisesforspecificityofenzyme:Lockandkey:Enzymeswerestructurallycomplementary（互補(bǔ)的）totheirsubstrates,sothattheyfittogetherlikealockandkey.

Inducedfit:Thestructureofenzymeisnotcompletelycomplementarytothesubstrate,itusuallyundergoesachange

inconformationwhenthesubstratebinds,inducedbymultipleweakinteractionswiththesubstrate.GlucoseInducedfitinHexokinase8.5酶活力的測定和酶的分離純化8.5.1酶活力的測定酶活力（enzymeactivity）：指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力。

酶活力的測定酶活力的大小可以用在一定條件下所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。酶反應(yīng)速度可用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量來表示。酶活力的測定酶的活力單位（U,activeunit）：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)物所需要的酶量。酶的含量：U/g,U/ml,U/mg

酶活力的測定A.國際單位（IU）：在最適反應(yīng)條件（溫度25℃）下，每一分鐘內(nèi)催化一微摩爾(μmol)底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需要的酶量定為一個(gè)酶活力單位,即1U=1μmol/min。B.Katal單位(Kat)：每秒鐘內(nèi)催化一摩爾(mol)底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需要的酶量定為一個(gè)Kat單位。1Kat=60×106IU1IU=16.7nKatC.自定

酶活力的測定

酶的比活力（specificactivity）：代表酶的純度每mg蛋白質(zhì)所含的酶活力單位數(shù)。比活力=活力U/mg蛋白=總活力U/總蛋白mg用每g酶制劑或每ml酶制劑含有多少個(gè)活力單位來表示（U/g,U/ml）酶活力的測定酶活力的測定方法：A.分光光度法:利用底物和產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收的不同，選擇一適當(dāng)?shù)牟ㄩL，測定反應(yīng)過程中發(fā)生的變化。已成為酶活力測定最重要的方法.如NAD(P)H在340nm處有最大光吸收。而氧化型（NAD）則沒有。酶活力的測定酶活力的測定B.熒光法：敏感，但易受干擾。C.同位素示蹤測定法：用放射性同位素的底物，經(jīng)酶作用后所得到的產(chǎn)物，通過適當(dāng)?shù)姆蛛x，測定產(chǎn)物的脈沖數(shù)即可換算出酶的活力單位。D.電化學(xué)法：跟蹤反應(yīng)過程中H+的變化測定反應(yīng)速率.酶活力的測定8.5.2酶的分離和純化酶的提純包括兩方面的工作：1）濃縮酶制劑；2）除去酶制劑中大量雜蛋白和其他大分子物質(zhì)。1.

選材2.

破碎3.

抽提研缽勻漿器超聲波裂解儀酶的分離和純化4.

分離及純化5.

結(jié)晶6.

保存判斷標(biāo)準(zhǔn)：a.總活力的回收b.比活力提高的倍數(shù)特別注意的問題：1。低溫2。操作條件溫和3。保護(hù)試劑的使用：金屬鰲合劑、巰基試劑、蛋白酶抑制劑。4。盡量縮短時(shí)間總活力=活力單位數(shù)/ml酶液×總體積（ml）比活力=活力單位數(shù)/ml蛋白（氮）=總活力單位數(shù)/總蛋白（氮）mg

每次比活力純化倍數(shù)＝────────第一次比活力

每次比活力回收率（產(chǎn)率）＝───────×100%第一次比活力酶的分離和純化酶的分離和純化8.6核酶核酶（ribozyme）1982年，Cech,四膜蟲，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA前體很不穩(wěn)定，在尿苷和Mg++存在下切除自身的413個(gè)核苷酸的內(nèi)含子，使兩個(gè)外顯子拼接起來，變成成熟的RNA分子。內(nèi)含子和外顯子核酶8.7抗體酶酶-底物抗體-抗原

抗體分子及其多樣性的結(jié)合專一性能被用來產(chǎn)生新的酶嗎？Schultz等人：對硝基苯酚磷酸膽堿酯作為相應(yīng)羧酸二酯酶