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1、第三章 酶,第一节 酶是生物催化剂 第二节 酶的分类与命名 第三节 酶的纯化及活力测定 第四节 酶促反应的动力学 第五节 酶的专一性及活性中心 第六节 酶的作用机制 第七节 酶活性的调控,第一节 酶是生物催化剂,酶的概念 酶的生物学意义 酶的应用 酶与化学催化剂相比 所具有的共性和特性 酶的化学本质,酶的概念,酶（enzyme）是具有特异性的高效生物催化剂。 绝大多数的酶是活细胞产生的蛋白质。 酶的催化条件温和，通常是常温、常压。 酶催化的反应，称为酶促反应，要比相应的非催化反应快1031017倍。,酶的生物学意义,从微生物到植物再到人，酶是所有生物体体内的组成成分。 新陈代谢是生物体内一系列
2、极其复杂的、有精确顺序的酶促反应的总和。没有酶就没有生命的新陈代谢活动。 酶与其它催化剂不同，能在生物体中十分温和的条件下高效率地起催化作用，使生物体内的各种物质处于不断的新陈代谢之中。所以说，酶在生物体的生命活动中占有及其重要的的地位。,酶分解食物：没有酶，即使你用金卡，在最好的饭店中用餐，也会饥饿而死。,酶的应用,在洗涤剂、纺织、食品和饲料工业等许多行业中，酶已经使用了50多年。在这些工业中，酶取代了化学制剂，节约了水、原材料和能源。自然界自身的技术给我们提供了对环境更为有益的生产方案和更好的产品。,酶 磨 洗 牛 仔 服 酶使皮革制品更柔软,尿 激 酶 能迅速将纤溶酶原激活成纤溶酶，溶解
3、血栓。临床适用于各种血栓栓塞性疾病的治疗。用于急性心肌栓塞、脑血栓、肢体周围动静脉血栓及中央视网膜动静脉血栓等。,凝血酶 用于手术中不易结扎的小血管止血、消化道出血及外伤出血等。,猪胰岛素 人胰岛素 猪胰岛素与人胰岛素在结构上非常相似，它们的差别只是在蛋白质B-链的最后一个氨基酸不同，猪胰岛素是丙氨酸，而人胰岛素是苏氨酸。,苏氨酸,酶,酶与一般催化剂相比所具有的共性和特性,共性： 都只能改变化学反应的速度，而不改变反应平衡点； 用量少而催化效率高：少量的酶和一般催化剂都能使一个慢速反应变为快速反应； 作用机理都是降低反应的活化能(activation energy)； 在化学反应的前后没有质和
4、量的改变；,特性： 催化效率高 酶促反应速度比非催化反应快1031017倍。 例如： H2O2 + H2O2 2H2O + O2 不同催化反应情况下的活化能： 无催化剂：18,000卡/克分子 胶体钯：11,700卡/克分子 过氧化氢酶： 2,000卡/克分子以下,高度专一性 一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。 酶活性的可调节性 酶的催化活性受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶
5、的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等。,酶易失活 强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。 酶的催化活力与辅酶，辅基及金属离子有关.,酶制剂 取代化学制剂 的优点,减少工业用水：酶在皮革和纺织工业中可取代有害的化学制剂，不但控制了污染源，还节约了工业用水。 减少能源消耗：因为酶保持其活性所需的温度比工厂传统使用的化学制剂所需的温度低得多，使用酶的工业过程所消耗的能量由此便大大降低。 减少原材料消耗：果汁生产便是一个很好的例子。在水果被榨之前先加入酶，可使果汁的产量增加，这意味着生产同量的果汁所需的原料水果将减
6、少。同时由于果实的大部分变成了果汁，从加工过程中产生的废渣也可相应减少。 减少环境污染：酶本身无毒无害，且能在温和的条件下催化反应。,酶的化学本质,绝大多数酶是蛋白质 单体酶、寡聚酶和多酶复合物,单体酶、寡聚酶和多酶复合物,根据酶蛋白分子的特点又可将酶分为三类： 1.单体酶 (monomericenzyme)：只有一条多肽链。 2.寡聚酶 (oligomericenzyme)：由几个甚至几十个亚基组成，这些亚基可以是相同的多肽链，也可以是不同的多肽链。 3.多酶复合物(multienzyme system or complex)：是由几种酶彼此嵌合形成的复合体。一般由2至6个功能相关的酶组成，
7、如-酮戊二酸脱氢酶复合物和丙酮酸脱氢酶复合物。,绝大多数酶是蛋白质,除目前已发现的少数RNA酶和DNA酶外，绝大多数的酶都是蛋白质; 蛋白质酶: 单纯酶：由简单蛋白质组成的一类酶。如消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。 结合酶：由结合蛋白质组成的酶。它的催化活性需要非蛋白质的物质，即所谓酶的辅助因子(cofactors) 。,对于结合酶而言，只有全酶才具有催化活性,全酶(结合蛋白质) = 酶蛋白+ 辅助因子 辅酶：与酶蛋白结合疏松的小分子有机化合物 （易通过透析去除） 辅助因子 辅基：通过共价键与酶蛋白结合的物质（不易 通过透析去除）包括金属离子 K+、Na+、 Mg 2+、Cu 2+、
8、Zn 2+和Fe 2+ 等。 辅助因子本身无催化作用，在酶促反应中运输转移电子、原子或某些功能基团。,第二节 酶的分类与命名,国际生物化学协会为了使酶的命名标准化，将酶按照酶催化的有机化学反应类型分为六大类： 1.氧化还原酶类(oxidoreductases) 2.转移酶类(transferases) 3.水解酶类(hydrolases) 4.裂解酶类(lyases) 5.异构酶类(isomerases) 6.合成酶类(连接酶类，ligases),1.氧化还原酶类(oxidoreductases)：指催化底物进行氧化还原反应的酶类： AH2+B A+BH2 例如乳酸脱氢酶(辅酶为NAD+)催化
9、L乳酸氧化生成丙酮酸的反应：,2.转移酶类(transferases)：指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类： AR+B A+BR 例如丙氨酸转氨酶(辅酶为磷酸吡哆醛)催化的转氨反应：,3.水解酶类(hydrolases)：指催化底物发生水解反应的酶类，是特殊的转移酶。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。反应通式如下： AB+H2O AOH+BH 例如胰蛋白酶水解LysY(或ArgY)(YPro)的反应：,4.裂解酶类(lyases)：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物的酶类。例如柠檬酸合成酶、丙酮酸脱羧酶等。反应通式如下： AB A+B 例如丙酮酸脱羧酶（
10、辅酶为焦磷酸硫胺素）催化丙酮酸脱羧的反应：,5.异构酶类(isomerases)：指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。例如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。反应通式如下： A B 例如丙氨酸消旋酶（辅酶为磷酸吡哆醛）催化丙氨酸的L型和D型分子之间的互换：,6.合成酶类(连接酶类，ligases)：指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸：tRNA连接酶等。反应通式如下： A+B+ATP AB+ADP+Pi 例如谷氨酰胺合成酶（辅酶为ATP）催化谷氨酸生成谷氨酰胺：,酶的命名,根据酶学委员会的建议，每一种酶都给与两种名称：惯用名和系
11、统名。 惯用命名法（习惯命名法） 1. 一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆硷酯酶、蛋白酶等。 2. 依据其催化反应的性质来命名：如水解酶、转氨酶等。,3. 结合1、2的命名：如琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。 4. 有时在底物名称前冠以酶的来源或其他特点：如血清谷氨酸丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶、碱性磷酸酯酶和酸性磷酸酯酶等。 习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。,系统命名法 按照系统命名法，一种酶只有一种名称。它包括酶的系统命名和4个数字表示的酶编号。例如对催化下列反应酶的命名： ATP + D葡萄糖
12、 ADP + D葡萄糖-6-磷酸 该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。 它的分类编号是：E.C.2.7.1.1（E.C: Enzyme Commission) ：,它的分类编号是：E.C.2.7.1.1（E.C: Enzyme Commission) ：,第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)， 第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)， 第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)， 第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体),第三节 酶的分离纯化及活力测定,用于酶的鉴定及其理
13、化性质的研究 纯酶 用作药物、生化试剂等 可用分离纯化蛋白质的方法纯化蛋白质酶 在制备过程中，每一步都要测定酶的总活 力和比活力，以了解酶的回收率和纯化倍 数。 纯化倍数=每次比活力/第一次比活力 回收率（%）=每次总活力100/第一次总活力,胞内酶：存在于细胞内，必须破碎细胞才能分离 胞外酶：由细胞合成后分泌至细胞外,分离纯化步骤： 选材：选择酶含量高，易于分离的动、植物组织或微生物材料作原料；,破碎细胞： 1、动物细胞易破碎，通过一般的研磨器、匀浆器、捣碎机即可； 2、细菌细胞具有较厚的细胞壁，需要超声波、细菌磨、溶菌酶、化学试剂或反复冻融等处理加以破碎； 3、植物细胞也有较厚的细胞壁，因
14、此亦难破碎；,抽提：在低温下，用水或低盐缓冲液从已破碎的细胞中将酶溶出。如此所得粗提液中往往含有很多杂蛋白、核酸及多糖等成分； 分离及提纯：采用分离提纯蛋白质的方法。,蛋白质的分离纯化方法,分子大小,透析和超过滤：透析指利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小分子分离；超滤是利用压力或离心力使小分子溶质通过半透膜而蛋白质被截留在膜上而分离。,密度梯度离心：每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成不同的区带。,凝胶过滤：即分子排阻层析。凝胶颗粒内部为多孔的网状结构。大分子最先流出层析柱。,溶解度,等电点沉淀和pH控制,盐析：使蛋白质脱去水化层而
15、聚集沉淀。,有机溶剂分级分离法：一是降低介质的介电常数，二是与蛋白质争夺水化水。,温度沉淀：温度对溶解度有影响，低温稳定，高温不稳定。在040，大部分的球状蛋白质溶解度随温度升高而增加。,蛋白质分离纯化方法,电荷,电泳（净电荷、分子大小、形状）,区带电泳,聚丙烯酰氨凝胶电泳（PAGE）,毛细管电泳,离子交换层析,等电聚焦：外加电场时，蛋白质混合物在具有pH梯度的介质中移向并聚焦（停留）在等于其等电点的pH处，形成区带。,层析聚焦：层析柱中建立连续的pH梯度，蛋白质样品由柱上端随缓冲液的展开而聚焦在各自的等电点pH处，形成区段。,吸附：吸附层析，吸附剂（硅石、氧化铝、活性碳）和疏水吸附剂，与待分
16、离分子和杂质分子的吸附与解吸能力不同。,特异亲和力：亲和层析,其它：如高效液相层析（HPLC）,快速蛋白液相层析（FPLC）,根据分子大小,透析和超过滤：透析指利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小分子分离；超滤是利用压力或离心力使小分子溶质通过半透膜而蛋白质被截留在膜上而分离; 密度梯度离心：每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成不同的区带; 凝胶过滤：即分子排阻层析。凝胶颗粒内部为多孔的网状结构。大分子最先流出层析柱;,溶解度,等电点沉淀和pH控制 盐析：使蛋白质脱去水化层而聚集沉淀 有机溶剂分级分离法：一是降低介质的介电常数，二是与蛋白质争夺水化水 温度沉淀：温度对溶解度有影响，低温稳定，高温不稳定。在040，大部分的球状蛋白质溶解度随温度升高而增加,电荷,电泳
