生物化学酶学通论市公开课获奖课件

1、第四章 酶enzyme第1页第1页The application of enzyme has a much longer history than that of enzymatic research See at p319第2页第2页第一节 酶学概论第3页第3页一、 酶概念及其作用特点酶是一类含有高效率、高度专一性、活性可调整生物催化剂。生物催化剂 ：酶(enzyme) 核酶(ribozyme) 脱氧核酶(deoxyribozyme)第4页第4页1、 酶与非生物催化剂相比几点共性：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。加快反应速度但不改改变学反应平衡点。减少反应活化能。反应前后本身结构不变。活

2、化能在一定温度下1 摩尔底物所有进入活化 状态所需自由能，单 位为kj/mol。第5页第5页催化剂改变了化学反应路径，使反应通过一条活化能比原路径低路径进行。催化剂效应只反应在动力学上（反应速度），不影响反应热力学（化学平衡）。非酶催化反应过渡态酶催化反应底物产物第6页第6页3、 酶催化反应特点（1）、 催化效率更高酶催化反应速度是相应无催化反应108-1020倍，并且高出非酶催化反应速度至少几种数量级。第7页第7页转换数（TN)或催化常数（Kcat)表示酶最大催化效率Kcat是一定条件下（SKm）每秒钟每个酶分子转换底物分子数（数值上Kcat =K3）P 322 表8-2 一些酶最大转换数第

3、8页第8页（2）. 专一性高酶对反应底物和产物都有极高专一性，几乎没有副反应发生。（3）、易失活反应条件温和常温、常压，中性pH环境。（4）、 活性可调整别构调整、酶共价修饰、酶合成、活化与降解等。第9页第9页二、 酶化学本质及其构成（一）酶化学本质绝大多数酶是蛋白质证据（1）酸水解 产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活； （2）含有蛋白质一切共性，但凡能使蛋白质变性原因都能使酶变性；（含有蛋白质颜色反应）少数酶是RNA（核酶）第10页第10页 ribozyme核酶（含有催化功效RNA）（1）80年代初，Thomas Cech和Sidney Altman四膜虫L19RNA含有生物催化功效，催化rR

4、NA前体剪接 （2）1983年 Atman和Pace E.Coli RNase P中RNA含有加工tRNA前体催化功效第11页第11页（二） 酶化学构成单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质构成脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等缀合酶类（conjugated enzyme):全酶（holoenzyme)=脱辅基酶（apoenzye)+辅因子(cofactor)：超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）第12页第12页 酶辅助因子主要有金属离子和有机化合物金属离子：Fe2+、Fe3+ 、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、 Mn2+、Mn3+、Mg2+ 、K+、

5、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等。有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。第13页第13页P324 表8-4 金属离子作为一些酶辅助因子P325 表8-5 基团转移反应中辅酶和辅基。酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应类型和反应性质。NAD+构成专一性强乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。第14页第14页（三）、单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体1、 单体酶由一条或多条共价相连肽链构成酶分子牛胰RNase 124a.a 单链鸡卵清溶菌酶 1

6、29a.a 单链胰凝乳蛋白酶 三条肽链第15页第15页2、 寡聚酶含相同亚基寡聚酶：苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同亚基含不同亚基寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），2个亚基寡聚酶中亚基聚合，有与酶专一性相关，有与酶活性中心形成相关，有与酶调整性能相关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶普通是单体酶。第16页第16页3、 多酶复合体由两个或两个以上酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢路径或代谢路径一部分。大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶构成：丙酮酸脱氢酶（E1） 以二聚体存在 29600二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 以二聚体

7、存在 256000 12个E1 二聚体 2496000 24个E2 单体 2470000 6个E3 二聚体 1256000 总分子量：560万第17页第17页4、 多酶融合体（多功效酶）一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性酶，往往是基因融合产物。比如：天冬氨酸激酶I-高丝氨酸脱氢酶I融合体（双功效酶）该酶是四聚体4，每条肽链含两个活性区域：N-端区域是Asp激酶，C端区域是高Ser脱氢酶 第18页第18页三、 酶分类及命名第19页第19页（一）、 习惯命名1.依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶2. 依据催化反应性质命名：水解酶、转氨酶3 结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。4. 有

8、时加上酶起源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第20页第20页（二）、 国际系统命名基本原则：明确标明酶底物及催化反应性质（底物为水时可略去不写）。P327 表8-8酶国际系统命名法举例第21页第21页 （三）国际系统分类法及编号（EC编号）（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。（2）依据底物中被作用基团或键特点，将每一大类分为若干个亚类，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1、2、3表示。每一个酶编号由4个数字构成，中间以“”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-亚类，第四个数字表示在亚-亚中编号。第22页第22页乙醇脱氢酶EC1.1

9、.1.1 ，乳酸脱氢酶EC1.1.1.27 ， 苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37第一个数字表示大类： 氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。 第23页第23页P327 表8-9 酶国际系统分类氧、转、水、裂、异、合氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂合酶类异构酶类连接酶类（也叫：合成酶）第24页第24页1、 氧化还原酶类一类催化氧化还原反应酶，可分为氧化酶和脱氢酶（1）氧化酶类 催化底物脱氢，并氧化生成H2O2或H2O A2H+O2=A+H2O2（2）脱氢酶类 催化直接从底物上脱氢反应 A2H+B=A+B2H这类酶

10、需要辅酶（NAD）或辅酶（NADP）作为氢供体或氢受体起传递氢作用。乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27）， 习惯名：乳酸脱氢酶 以NAD为辅酶将乳酸氧化成丙酮酸 （四）六大酶类特性和举例第25页第25页2、 转移酶类催化化合物一些基团转移，即将一个分子上 某一基团转移到另一个分子上反应 AX+B=A+BXAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2）， 习惯名： 谷丙转氨酶第26页第26页3、 水解酶类催化水解反应，多为细胞外酶，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。 AB+HOH AOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1）， 习惯名： Ile氨肽酶。第27页第27页4、

11、裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键反应或其逆反应 AB A+B二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7）， 习惯名：醛缩酶第28页第28页5、 异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体互相转化，即分子内部基团重新排列 A B6-磷酸Glc异构酶 第29页第29页6、 合成酶（连接酶）催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一个物质反应。 A+B+ATP AB+ADP+Pi 或 A+B+ATP AB+AMP+PPiUTP：氨连接酶（CTP合成酶）L-酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA 连接酶第30页第30页国际分类盲区：忽略了酶物种差异和组织差异SO

12、D： EC1.15.1.1，只有一个名称和编号2O2-+2H+H2O2+O2 三类不同SOD：CuZn-SOD 真核生物细胞质中Mn-SOD 真核生物线粒体中Fe-SOD同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞，其一级结构也有很大不同。在讨论一个详细酶时，应对它起源与名称一并加以说明。第31页第31页四、酶专一性放在酶作用机理中讲第32页第32页五、酶活力测定与分离纯化1、 酶活力与酶促反应速度酶活力：在一定条件下，酶催化某一反应反应速度（普通测初速度）。酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物减少许或产物增长量。单位：浓度/单位时间第33页第33页研究酶促反应速度，以酶促反应初速度为准(底

13、物消耗5%）。 第34页第34页2、 酶活力单位（U）国际单位（IU单位）：在最适反应条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需酶量，称一个国际单位（IU），1 IU = 1mol /min国际单位（Katal, Kat单位）：在在最适反应条件下，每秒钟催化1mol底物转化为产物所需酶量，称Kat单位1 Kat=60 106 IU第35页第35页最适条件：最适温度（25或37 ）,最适pH、最适缓冲液离子强度、最适底物浓度。底物浓度（1）通常很大，使酶饱和 （2）底物消耗5%sucroseV零级反应enzymeV一级反应第36页第36页3、 酶比活力 Specific activity每毫克酶蛋白所含有酶活力。单位：U/mg蛋白质。酶比活力是分析酶含量与纯度主要指标。第37页第37页4、酶活力测定办法 P336分光光度法荧光法同位素法电化学法第38页第38页（二）酶分离和纯化 大多数酶是蛋白质，因此酶分离提纯办法，也就是惯用来分离提纯蛋白质办法。酶提纯把酶制剂从很大体积浓缩到比较小体积把酶制剂中大量杂质蛋白和其它大分子物质分离出去判断分离提纯办法优劣，两个指标来衡量总活力回收表示提纯过程中酶损失情况比活力提升倍数表示提纯办法有效程度第39页第39页酶分离和纯化中应注意几点：（1）选材酶含量丰富新鲜生物材料 取得材料后马上开始