生物化学-第四章酶学

1、生物化学主讲：刘红玉主讲：刘红玉2012-12-02第三章第三章 第一节第一节 酶学概论酶学概论1、酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物、酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物 催化剂。催化剂。生物催化剂生物催化剂 ： 酶酶(enzyme) 核酶核酶(ribozyme) 脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)一、酶的概念及其作用特点一、酶的概念及其作用特点酶酶促促反反应应机机理理（1）催化效率更高）催化效率更高 酶催化反应速度是相应的无催化反应的酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且高出非酶催化反应速度至少几倍，并且高出非酶催化反应速度至少几个

2、数量级。个数量级。（2）专一性高）专一性高 酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。乎没有副反应发生。（3）反应条件温和）反应条件温和 常温、常压，中性常温、常压，中性pH环境。环境。（4）活性可调节）活性可调节 别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。降解等。（5）酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子）酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子（一）酶的化学本质（一）酶的化学本质 绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质证据：证据： （1）酸水解的）酸水解的 产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；

3、产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活； （2）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因素）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应） 少数酶是少数酶是RNA（核酶）（核酶）（1）80年代初，年代初，Thomas Cech和和Sidney Altman 四膜虫四膜虫L19RNA具有生物催化功能，催化具有生物催化功能，催化rRNA前前体的剪接体的剪接 （2）1983年年 Atman和和Pace E.Coli RNase P中的中的RNA具有加工具有加工tRNA前体的前体的催化功能催化功能 单纯酶类单纯酶类(simple

4、 enzyme)：仅由蛋白质组成：仅由蛋白质组成脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 缀合酶类（缀合酶类（conjugated enzyme):全酶（全酶（holoenzyme)=脱辅基酶（脱辅基酶（apoenzye)+辅因子辅因子(cofactor)：超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(Cu2+、Zn2+）、）、乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（NAD+）金属离子：金属离子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、Mn3+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。等。有机化合物：有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物

5、素，卟啉等，生物素，卟啉等 辅酶辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。：与酶蛋白结合较紧。 酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。反应的类型和反应的性质。 NAD+构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。（一）、（一）、 习惯命名习惯命名 1、依据底物来命名（绝大多数酶）：、依据底物来命名（绝大多数酶）： 蛋白酶、淀粉酶蛋白酶、淀粉酶

6、2、依据催化反应的性质命名：、依据催化反应的性质命名： 水解酶、转氨酶水解酶、转氨酶 3、结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。、结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。 4、有时加上酶的来源、有时加上酶的来源 胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶基本原则基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。（底物为水时可略去不写）。如：谷丙转氨酶的系统名称：如：谷丙转氨酶的系统名称： 丙氨酸：丙氨酸：-酮戊二酮戊二酸氨基转移酶酸氨基转移酶（1）按反应性质分六大类，用）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。表示。（2）根据底物中

7、被作用的基团或键的特点，将每一大类分）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用为若干个亚类，编号用1、2、3 。（3）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1、2、3表表示。示。每一个酶的编号由每一个酶的编号由4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”隔开。隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。亚中的编号。举例：举例：乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶EC1.1.1.1 ，乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.

8、27 ， 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37 第一个数字表示大类：第一个数字表示大类： 氧化还原氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：第三个数字表示电子受体：NAD+或或NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。大类有：氧、转、大类有：氧、转、水、裂、异、合水、裂、异、合1、氧化还原酶类、氧化还原酶类催化氧化还原反应：催化氧化还原反应： A2H+B=A+B2H 乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶（氧化还原酶（EC1.1.1.27），）， 习惯名：乳酸脱氢酶习惯名：乳酸脱氢酶 2、转移

9、酶类、转移酶类 AB + C = A + BC Ala：酮戊二酸氨基移换酶（：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），）， 习惯名：习惯名： 谷丙转氨酶谷丙转氨酶3、水解酶类、水解酶类催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。亮氨酸氨基肽水解酶（亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1），）， 习惯名：习惯名： Ile氨肽酶。氨肽酶。4、裂合酶类（裂解酶）、裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应反应二磷酸酮糖裂合酶（二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），）， 习惯

10、名：醛缩酶习惯名：醛缩酶5、异构酶（、异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体相互转化催化同分异构体相互转化6-磷酸磷酸Glc异构酶异构酶 6、合成酶（连接酶）、合成酶（连接酶）催化一切必须与催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。一种物质的反应。 UTP：氨连接酶（：氨连接酶（CTP合成酶）合成酶） P240 反应式反应式L-酪氨酸：酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）合成酶）T4DNA 连接酶连接酶1、酶活力与酶促反应速度、酶活力与酶促反应速度 酶活力：在一定条件下，酶催化某一反应的反应酶活力：在一定条件下，酶催

11、化某一反应的反应速度（一般测初速度）。速度（一般测初速度）。 酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物的减酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物的减少量或产物的增加量。少量或产物的增加量。 单位：浓度单位：浓度/单位时间。单位时间。 研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准：研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准： (底物消耗底物消耗5%）。）。 国际单位（国际单位（IU单位）：单位）： 在最适反应条件下，每分钟催化在最适反应条件下，每分钟催化1umol底物转化底物转化为产物所需的酶量，称一个国际单位（为产物所需的酶量，称一个国际单位（IU），）， 1 IU = 1umol /min国际单位（

12、国际单位（Katal, Kat单位）：单位）： 在最适反应条件下，每秒钟催化在最适反应条件下，每秒钟催化1mol底物转化为底物转化为产物所需的酶量，称产物所需的酶量，称Kat单位单位 1 Kat=60 * 106 IUsucroseV零级反应enzymeV一级反应BUT 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶3种定义：种定义：用粘度法测活性用粘度法测活性：30，1分钟，使底物分钟，使底物DNA溶液的比粘度下降溶液的比粘度下降25%的酶量为的酶量为1个酶单位。个酶单位。转化率法转化率法：5分钟使分钟使1ug供体供体DNA残留残留37%的转化活性所需的酶的转化活性所需的酶量为量为1个酶单位。个酶单位。凝

13、胶电泳法测活：凝胶电泳法测活：37，1小时，使小时，使1ugDNA完全水解的酶量为完全水解的酶量为1个酶单位。个酶单位。淀粉酶两种定义：淀粉酶两种定义：A：1 g可溶性可溶性starch，在，在1h内液化所需的内液化所需的enzyme量。量。B：l ml 2%可溶性可溶性starch ，在，在1h内液化所需的内液化所需的enzyme量。量。1g 酶制剂溶于酶制剂溶于1000ml H2O，取，取0.5ml与与2%的的starch 20ml反应，反应，pH6.0，10分钟完全液化，求酶活力。分钟完全液化，求酶活力。A：202%1/0.5100060/10=4800u/克克enzyme制剂制剂B：

14、20/0.5100060/10=240000u/克克enzyme制剂制剂每毫克酶蛋白所具有的酶活力。每毫克酶蛋白所具有的酶活力。 单位：单位：U/mg蛋白质。蛋白质。酶的比活力是分析酶的含量与纯度的重要指酶的比活力是分析酶的含量与纯度的重要指标。标。 分光光度法分光光度法 荧光法荧光法 同位素法同位素法 电化学法电化学法pH对酶促反应速度的影响：对酶促反应速度的影响：1. pH影响酶活力的因素影响酶活力的因素影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心的解离状影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心的解离状态，最终影响

15、态，最终影响ES形成。形成。 影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团的离子影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团的离子化状态影响酶的专一性及活性中心构象。化状态影响酶的专一性及活性中心构象。 1最适温度及影响因素最适温度及影响因素 温度对酶促反应速度的影响有两个方面：温度对酶促反应速度的影响有两个方面： 提高温度，加快反应速度。提高温度，加快反应速度。提高温度，酶变性失活。提高温度，酶变性失活。 温度系数温度系数Q10：温度升高：温度升高10，反应速度与原来的反应速度之比，大多数，反应速度与原来的反应速度之比，大多数酶的酶的Q10一般为一般为12。温血动物的酶，最适温度温血动物的酶

16、，最适温度3540，植物酶最适温度，植物酶最适温度4050，细，细菌菌Taq DNA聚合酶聚合酶70。最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度、离子强度 等因素有关。等因素有关。在某一时间范围内，酶活性不降低的最高温度称该在某一时间范围内，酶活性不降低的最高温度称该酶的稳定性温度酶的稳定性温度。 酶浓度高、不纯、有底物、抑制剂和保护剂会使稳酶浓度高、不纯、有底物、抑制剂和保护剂会使稳定性温度增高。定性温度增高。酶的保存：酶的保存：液体酶制剂可以利用上述液体酶制剂可以利用上述5 5种因素中的几种，低温种因素中的几种，低温短

17、暂保存。短暂保存。冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。 凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。 无机离子或简单有机化合物对酶的激活。无机离子或简单有机化合物对酶的激活。 无机离子或蛋白酶对酶原的激活。无机离子或蛋白酶对酶原的激活。 变性作用变性作用(denaturation)： 抑制作用抑制作用(inhibition)：使酶活力下降或丧失：使酶活力下降或丧失但并不引起酶蛋白变性但并不引起酶蛋白变性 变性剂没有选择性变性剂没有选择性 抑制剂有不同程度的选择性抑制剂有不同程度的选择性研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：研究抑制剂对

18、酶的作用有重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开（2）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢）了解生物体的代谢途径，进行人为调控或代谢控制发酵控制发酵（3）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化）通过抑制剂试验研究酶活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工学功能基团，不仅可以设计药物，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础程和化学修饰酶、酶工业的基础1、不可逆抑制剂：、不可逆抑制剂： （1）非专一性不可逆抑制剂）非专一性不可逆抑制剂 与酶的活性中心以及活性中心外的某一类或与酶的活性中心以及活性中心外的某一类或几类必需基团反应几类必需基团反应二异丙基磷酰氟（二异丙基磷酰氟（DFP，神经毒气）和许多有机磷农，神经毒气）和许多有机磷农药。药。抑制机理：抑制机理：与蛋白酶及酯酶活性中心与蛋白酶及酯酶活性中心Ser的的OH形成形成磷脂键。磷脂键。毒理：