生物化学-第二章酶讲解

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1、第二章 酶,新陈代谢是生命活动的基础，是生命活动最重要的标志。而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，都是在酶催化下进行的。 人们对酶的认识起源于生产与生活实践。我国人民在八千年以前就开始利用酶，夏禹时代就会酿酒，公元前12世纪周代已能制作饴糖和酱。他们虽不知道酶是何物，但已把酶用到相当广泛的程度。,西方国家19世纪对酿酒发酵过程进行了大量研究。 1833年Payen和Persoz从麦芽的水提取物中，用酒精 沉淀得到了一种对热不稳定的物质，它可使淀粉水解 成可溶性的糖，他们把这种物质称为淀粉酶制剂。由 于他们得到了无细胞酶制剂，并指出了它的催化特性 和热不稳定性，涉及到酶的一些本

2、质性问题 ，所以人 们认为Payen和Persoz首先发现了酶。1878年Khne才 给酶一个统一的名词，叫Enzyme，源于希腊文，意 思是在酵母中。,1835-1837年，Berzelius提出了催化作用的概念。 1894年，Fisher提出了酶与底物的“锁与钥匙”学说。 1903年，Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。1913年Michaelis和Menten根据中间复合物学说，导出了米氏方程。 1925年Briggs和Handane对米氏方程作了一项重要修正，提出了稳态学说。 1926年Sumner从刀豆提取出了脲酶并获得结晶，证明脲酶具有蛋白质性质。 1930-1936年N

3、orthrop和Kunitz得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，并证实酶是一种蛋白质。（Sumner和Northrop共同获得1949年诺贝尔化学奖）。 1963年，Hirs,Moore和Stein测定了RNaseA的氨基酸顺序。,1965年，Phillips首先用X射线晶体衍射技术阐明了鸡蛋清溶菌酶的三维结构。 1969年，Merrifield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。 80年代初Cech和Altman分别发现了具有催化功能的RNA核酶，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域。，为此获得1989年诺贝尔化学奖。 1986年Schultz和Lerner等

4、人研制成功抗体酶，具有重要的理论意义和广泛的应用前景。 Boyer和Walker阐明了ATP合酶合成与分解ATP的分子机制，获1997年诺贝尔化学奖。 随着DNA重组技术及聚合酶链式反应技术的广泛应用，使酶结构与功能的研究进入新阶段。现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得到结晶，并且每年都有新酶被发现。,第一节、酶催化作用的特点 一、酶和一般催化剂的比较 共性 用量少效率高 不改变化学平衡点,d. 降低反应活化能 H2O2分解反应 E=75.24kJ/mol 胶态Pd E=48.9kJ/mol H2O2酶 E=8.36kJ/mol 2. 特性 催化效率高 以分子比表示，它比其它非催化反应相比高

5、107-1013倍。 以转换数（turnover number,kcat:每秒种每个酶分子能 催化多少个微摩尔的底物发生变化）表示，大部分酶为 1000，最大的可达几十万，甚至一百万以上。,b. 高度的专一性 一种酶只能作用于某一类或某一特定的物质。 这就是酶作用的专一性。通常把被酶作用的物质称 为该酶的底物（substrate）。所以也可以说一种酶只 作用于一种或一类底物。例如： 淀粉 淀粉酶 H+ 可催化 脂肪 脂肪酶 蛋白质 蛋白酶 c. 易失活 一般的催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能 力，而酶却较其它催化剂更加脆弱，更易失去活性。,d. 酶活力的调节控制 酶活力是受调节控制的，它

6、的调控方式很多，包括抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。 e. 酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关 有些酶是复合蛋白质，其中的小分子物质（辅酶、辅基及金属离子）与酶的催化活性密切相关。若将它们除去，酶就失去活性。 高效率、专一性以及温和的作用条件使酶在生物体内新陈代谢中发挥强有力的作用，酶活力的调节控制使生命活动中各个反应得以有条不紊地进行。,二、酶的化学本质及其化学组成 酶的化学本质 酶的化学本质除有催化活性的RNA外几乎都是蛋 白质。被人们分离纯化的酶有数千种，经过物理和化 学方法的分析证明了酶的化学本质是蛋白质。 主要依据是：（1）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基

7、 酸，酶能被蛋白酶水解而失活；（2）酶是具有空间结 构的生物大分子，凡使蛋白质变性的因素都可使酶变 性失活；（3）酶是两性电解质，在不同pH下呈现不 同的离子状态（4）和蛋白质一样具有胶体性质；（5） 具有蛋白质所具有的化学呈色反应。,酶的组成分类 酶作为一种具有催化功能的蛋白质，与其它蛋白质 一样，相对分子质量很大，一般从一万到几十万以至大 到百万以上。 从化学组成来看酶可分为单纯蛋白质和结合（缀合） 蛋白质两类。属于单纯蛋白质的酶类，除了蛋白质外， 不含其它物质，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和核 糖核酸酶等。属于结合蛋白质的酶类，除了蛋白质外， 还要结合一些对热稳定的非蛋白质（辅助因子）

8、小分子 物质或金属离子，其酶蛋白（脱辅酶）与辅助因子结合 后所形成的复合物称为“全酶”。,全酶 = 脱辅酶 + 辅因子 在酶催化时，一定要有脱辅酶和辅因子同时存在才起作用，二者各自单独存在时，均无催化作用。 酶的辅因子。包括金属离子及有机化合物，根据它们与脱辅酶结合的松紧程度不同，可分为两类：即辅酶和辅基。通常辅酶是指与脱辅酶结合比较松弛的小分子有机物质，通过透析方法可以除去，如辅酶和辅酶等。辅基是以共价键和脱辅酶结合，不能通过透析除去，需要经过一定的化学处理才能与蛋白分开，如细胞色素氧化酶中的铁卟啉，属于辅基。 辅酶与辅基的区别只在于它们与脱辅酶结合的牢固程度不同，并无严格的界限。,金属离子

9、作为一些酶的辅因子,单体酶、寡聚酶、多酶复合体 单体酶：一般是由一条肽链组成，例如牛胰 核糖核酸酶、溶菌酶。 寡聚酶：是由两个或两个以上亚基组成的酶， 这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。 c. 多酶复合体：是由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。所有反应依次连接，有利于一系列反应的连续进行。这类多酶复合体相对分子质量很高。例如脂肪酸合成中的脂肪酸合成酶复合体，是由7种酶和一个酰基携带蛋白构成, 相对分子质量为2200103。,第二节、酶的命名和分类 迄今为止已发现约4000多种酶，在生物体中的酶 远远大于这个数量。随着生物化学、分子生物学等生命 科学的发展，会发现更多的新酶。为了研究和使用的方

10、便，需要对已知的酶加以分类，并给以科学名称。1961 年，国际生物化学学会酶学委员会推荐了一套新的系统 命名方案及分类方法，已被国际生物化学学会接受。决 定每一种酶应有一个系统名称和一个习惯名称。 一、习惯命名法 1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的，称为 习惯名。,1. 根据酶作用的底物命名，如淀粉酶、蛋白酶。 2. 根据酶催化反应的性质及类型命名，如水解酶、氧化酶等。 3. 结合上述两个原则命名，如琥珀酸脱氢酶。 4. 在这些命名的基础上，加上酶的来源或其它特点，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。 二、国际系统命名法 是以酶所催化的整体反应为基础的，规定每种酶 的名称应当明确标明酶的底物及催化反

11、应的性质。,三、 国际系统分类法及编号 分类原则 将所有的酶促反应按反应性质分为六大类，分 别用1、2、3、4、5、6的编号来表示。 每一个酶的分类编号由四个数字组成，第一个 数字指明该酶属于六大类中的哪一类；第二个数字 指出该酶属于哪一个亚类；第三个数字指出该酶属 于哪一个亚-亚类；第四个数字则表明该酶在一定的 亚-亚类中的排号。编号之前冠以EC, EC为Enzyme Commision的缩写。 2. 六大分类,氧化还原酶类(oxido-reductases) 催化氧化还原反应。 移换酶类(transferases) 催化功能基团的转移反应。 水解酶类(hydrolases) 催化水解反应。

12、 裂合酶类(lyases) 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。 异构酶类(isomerases) 催化各种同分异构体的相互转变。 合成酶类(ligases) 催化一切必须与ATP分解相偶联，并由两种物质合成一种物质的反应。,酶的国际分类表大类及亚类,第三个数字（表示亚亚类），精确地表明底物或 反应物的性质： 编号中的第四个数字没有什么特殊的规定。例如：,第三节、酶的分离提纯及活力测定 一、酶活力的测定 酶活力(enzyme activity)也称为酶活性，酶的活力 测定实际上就是酶的定量测定，在研究酶的性质、酶的 分离纯化及酶的应用工作中都需要测定酶的活力。检查 酶的含量及存

13、在不能直接用重量或体积来衡量，通常是 用催化某一化学反应的能力来表示，即用酶活力大小来 表示。 酶活力与酶反应速度 酶活力是指酶催化某一化学反应的能力，酶活力 的大小可以用在一定条件下催化的某一化学反应的反 应速率。,酶反应速度可用单位时 间内、单位体积中底物的减 少量或产物的增加量来表示， 反应速度的单位是：浓度/ 时间。 将产物浓度对反应时间 作图，反应速率即曲线的斜,酶反应的速度曲线,率。反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随着 反应时间的延长，酶反应速度逐渐下降。因此，研 究酶反应速度应以酶促反应的初速度为准。,酶的活力单位（U, activity unit） 酶活力的大小即酶含量的多

14、少，用酶活力单位 表示，即酶单位（U）。 酶单位的定义是：在一定条件下，一定时间内 将一定量的底物转化为产物所需的酶量。 1961年国际生物化学协会酶学委员会及国际纯 化学和应用化学协会采用统一的“国际单位”来表示 酶活力，规定为：在最适反应条件（25）下，每 分钟内催化1微摩尔底物转化为产物所需的酶量定为 一个酶活力单位，即1U=1mol/min。,酶的催化作用受测定环境的影响，因此测定 酶活力要在最适条件下进行，即最适温度、最适 pH、最适底物浓度和最适缓冲液离子强度等，只 有在最适条件下测定才能真实反映酶活力的大小。 测定酶活力时，为了保证所测定的速率是初速率， 通常以底物浓度的变化在起

15、始浓度的5%以内的速 率为初速率。 酶的比活力 酶的比活力（specific activity）代表酶的纯 度，根据国际酶学委员会的规定比活力用每mg蛋 白质所含的酶活力单位数表示。,比活力=活力U/mg蛋白=总活力U/总蛋白mg 对同一种酶来说，比活力越大，表示酶的纯度越 高。有时用每g 酶制剂或每ml 酶制剂含多少个活力单 位来表示（U/g或U/ml）。比活力大小可用来比较每 单位质量蛋白质的催化能力。比活力是酶学研究中经 常使用的数据。 例1. 有1克淀粉酶制剂，用水溶解成1000ml , 从中取 出1ml测定淀粉酶活力。已知5分钟分解0.25 g淀 粉，计算每克酶制剂所含的淀粉酶活力单

16、位数。 （规定：在最适条件下，每小时分解1克淀粉的酶 量为1U）,解1：1ml溶液：(0.25g/5min) 60min=3g淀粉/小时 =3U 1g酶制剂：3U1000=3000U 例2. 某酶制剂2ml内含脂肪10mg, 蛋白质25mg, 其酶 活力与市售酶商品10mg相当（每克含2000U）， 问酶制剂的比活力是多少？ 解2：市售商品酶比活力2000U/g=2U/mg 10mg市售商品酶活力=2U/mg10mg=20U 酶制剂比活力=20U/25mg=0.8U/mg蛋白,例3. 25mg蛋白酶粉配制成25ml酶溶液，从中取出 0.1ml酶液，以酪蛋白为底物，用Folin-酚比色 法测定酶活力，得知每小时产生1500g酪氨酸。 另取2ml酶液，用凯氏定氮法测得蛋白氮为0.2 mg, 若以每分钟产生1g酪氨酸的酶量为1个活 力单位计算，根据以上数据，求出： （1）1ml酶液中所含的蛋白质量及活力单位。 （2）