生化酶课件教学教材

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1、,第五章 酶,第一节 概述2 第二节 酶的化学本质和结构29 第三节 酶催化作用机制55 第四节 酶反应动力学80 第五节 酶活力的测定133 第六节 酶的分离、纯化141,第五章 酶,第一节 概述 第二节 酶的化学本质和结构 第三节 酶催化作用机制 第四节 酶促反应动力学 第五节 酶活力的测定 第六节 酶的分离纯化 第七节 酶工程简介,第一节 概述,一、酶(Enzymes)的概念 酶是由活性细胞产生的、具有高效催化能力和催化专一性的蛋白质，被称为生物催化剂。 不同生物体所含的酶在种类和数量上各有不同，这种差异决定了生物的代谢类型。,二、酶的发展史和酶的本质,1857, 巴斯德发现酒精发酵由酵

2、母活动引起 1878，认识到是细胞中的“酶”的作用 1897，离体酶发酵酒精成功 1926，第一次提纯出结晶酶，证明了酶的本质 酶制剂 酶工程,酶化学本质的逐步认识,1大多数酶是蛋白质,James Batcheller Sumner,John Howard Northrop,1925年，美国化学家萨姆纳首次从刀豆中提纯了脲酶，并证明是一种蛋白质。 美国化学家诺思谱把一系列酶提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了1946年诺贝尔奖。,Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA,1983年，耶鲁大学的S. Altman 发现核糖核酸酶

3、P至少能催化六种tRNA前体的加工。真正发挥催化活性的是核糖核酸酶P中的RNA成分，而其中的蛋白质成分是非活性的。 酶的化学本质不完全是蛋白质，某些RNA分子也具有催化活性。这类RNA被称为ribozyme（核酶）。 Cech和Altman因此获得1989年的诺贝尔奖。,抗体：特异性地结合抗原且帮助巨噬细胞摄入，摧毁抗原。 酶：高选择性地结合化学反应中特定结构的物质，并催化化学反应，使反应在温和条件下高效率地进行。 抗体酶：具有催化功能的抗体分子。在抗体分子肽链的N端是识别抗原的活性区域，同时被赋予了酶的特性。,3. 抗体酶,4有些DNA也有催化活性,1995年Cuenoud等发现有些DNA分

4、子亦具有催化活性，命名为脱氧核酶（deoxyribozyme).,酶的化学本质：,现在，可以给酶下这样的定义： “酶是生物体内一类具有催化活性和特殊空间构象的生物大分子物质，包括蛋白质和核酸等”。,What is the difference between an enzyme and a protein?,Protein,All enzymes are proteins except some NAs and not all proteins are enzymes,NA,Enzymes,三、酶催化作用的特点,1、酶与非生物催化剂的共性 1) 反应前后不发生质与量的变化。 2) 用量少、催化

5、效率高。 3) 能加快反应的速度，但不改变反应的平衡点。 4) 都能降低反应的活化能。 例如：H2O2分解 反应在无催化剂时活化能为75.3KJ/mol，用 胶态钯作催化剂时为49.0KJ/mol，而由过氧 化氢酶催化时仅为8.4KJ/mol。,2、酶作为生物催化剂的特性 1) 催化效率极高 反应速度比无催化剂时高1081020倍，比其他催化剂高1071013倍。 常用分子比来表示，即每摩尔的酶催化底物的摩尔数。 Kcat:每秒每个酶分子能催化多少个微摩尔的底物发生转化。,2) 高度的专一性 酶对反应物(底物)具有严格的选择性。一种酶只能催化某一种或某一类特定的底物发生反应。 例：H可同时催化

6、淀粉、脂肪、蛋白质等的水解，而淀粉酶专一催化淀粉水解，脂肪酶专一催化脂肪水解，蛋白酶专一催化蛋白质水解。,3) 反应条件温和 酶在强酸、强碱、高温、高压等条件下会变 性失活，故催化反应一般在常温、常压、接 近中性的溶液中进行。 4) 酶的催化活性是受调节控制的 这是酶与非生物催化剂的本质区别。,四、酶的命名与分类 （一）酶的命名 1、习惯命名法 命名原则： 1、根据被作用底物命名 例： 催化淀粉水解的酶称为淀粉酶；催化蛋白质水解的为蛋白酶。 2、根据催化反应的性质 例： 水解酶催化底物分子水解；脱氢酶催化脱氢反应;转氨酶催化两个底物分子间的氨基转移反应。,3、酶作用的底物和催化反应性质结合起来

7、命名 例：琥珀酸脱氢酶催化底物琥珀酸发生脱氢反应；谷丙转氨酶催化谷氨酸和丙酮酸之间发生氨基转移反应。 4、将酶的来源与底物结合起来 例：胃蛋白酶、木瓜蛋白酶等等。 5、将酶作用的条件（pH）与底物 结合起来 例：碱性磷酸酶、中性纤维素酶等。,2、国际系统命名法 按照国际系统命名法的原则，每一种酶有一个系统名 称和一个习惯名称。系统名称应当明确标明酶的底物 及催化反应的性质。 如谷丙转氨酶，催化反应为： COOH COOH CO COOH H2NCH COOH CH2 H2NCH CH2 CO CH2 CH3 CH2 CH3 COOH COOH -酮戊二酸 L-丙氨酸 谷氨酸 丙酮酸 系统名称：

8、 L-丙氨酸-酮戊二酸氨基转移酶,己糖激酶催化反应为： Glc + ATP 6-P-Glc + ADP 系统名称为： ATP己糖磷酸基转移酶 乳酸脱氢酶催化反应为： COOH COOH HOCH NAD CO NADH H CH3 CH3 系统名称为： L-乳酸 NAD氧化还原酶,酶的命名中，习惯命名法简单，但缺乏系统性，有时会出现一酶数名或一名数酶的情况；系统命名法严谨，科学性强，但有时名称太长，使用不便。 在科学文献中，某酶第一次提到时，应 采用系统名称，而在不引起误解的情况下， 可使用习惯名称。,（二）酶的国际系统分类法及编号,根据酶催化反应的性质将酶分为6大类，每个 大类分为若干亚类，

9、每个亚类又分为亚-亚类， 均采用1、2、3、4编号，中间以“.”分开。 EC1.1.1.27： L-乳酸：NAD+氧化还原酶 第一个数字表明：哪一大类 第二个数字表明：哪一亚类 第三个数字表明：哪一亚-亚类 第四个数字表明：在亚-亚类中的排号,乳酸脱氢酶 EC1.1.1.27,表示酶学委员会,1、氧化还原酶类(Oxidoreductases) 反应通式： A.2H + B A + B.2H 特点： 催化氧化还原反应，通常含有辅酶 NAD、NADP、FMN、FAD。 例：乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、过氧化氢酶等。 COOH COOH HOCH NAD CO NADH H CH3 CH3,乳酸脱氢酶

10、,氧化还原酶类中进一步分出亚类来表示底 物中发生氧化的基团的种类。,2、 转移酶类(Transferases),反应通式： A-R + B B-R + A R基团: 除H外的基团，如：-CHO、 -CH3 、 -NH2 、 PO3H2 等 例：谷丙转氨酶(EC2.61.2)、己糖激酶等。 COOH COOH CO COOH H2NCH COOH CH2 H2NCH CH2 CO CH2 CH3 CH2 CH3 COOH COOH,转移酶类中分出亚类表示底物中被转移基 团的性质。 2.1一碳基团 2.2醛或酮基 2.3酰基 2.4糖苷基 2.5除甲基之外的羟基或酰基 2.6含氮基 2.7磷酸基

11、2.8含硫基,3、水解酶类(Hydrolases),反应通式： A-B + H2O A-OH + BH A-B之间键：糖苷键、肽键、酯键、磷酸 二酯键等。 例：淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶等。 大多属于胞外酶，目前工业上大量生产的 酶制剂中水解酶所占比例最大。,水解酶类中亚类表示被水解的键的类型 3.1酯键 3.2糖苷键 3.3醚键 3.4肽键 3.5其他CN键 3.6酸酐键,4、裂合酶类(Lyases),反应通式： A-B A + B 特点：催化非水解的从底物上移去一个基团留下 双键的反应或逆反应。 可裂解键：C-C、 C-O、C-N、C-S等。 例：醛缩酶、柠檬酸裂合酶、延胡索酸水化酶等。

12、 CH2O P CO CH2O P CHO HOCH CO HCOH HCOH CH2OH CH2O P HCOH CH2O P,醛缩酶,裂合酶类中亚类表示分裂下来的基团与残 余分子间的键的类型 4.1 CC 4.2 CO 4.3 CN 4.4 CS,5、异构酶类(Isomerases),反应通式： A B 其中A与B互为同分异构体（含催化D、L， 、的酶）。 例：磷酸葡萄糖异构酶、磷酸丙糖异构酶等。 CH2OH CHO CO H C OH CH2O P CH2O P,磷酸丙糖异构酶,异构酶类中亚类表示异构的类型 5.1 消旋及差向异构酶 5.2 顺反异构酶,6、合成酶类(Ligases),反

13、应通式： A + B + ATP A-B + ADP + Pi 特点：催化一切须与ATP分解相偶联，由 两种物质合成一种物质的反应。 例：谷氨酰胺合成酶、CTP合成酶、谷胱甘肽合成酶等。 UTP NH3 ATP CTP ADP Pi,CTP合成酶,注意：合成酶催化的反应必须与ATP分解 相偶联，若无ATP的分解，则不属合成酶 类。例如柠檬酸合成酶催化反应为： COOH CO O CH2COOH CH2 CH3CSCoA HOCCOOH CoA COOH CH2COOH 该酶催化柠檬酸的合成反应，但反应无ATP 参与，故该酶应属裂合酶类，称为柠檬酸裂 合酶比较合适。,合成酶类中亚类表示新形成的键

14、的类型 6.1 CO 6.2 CS 6.3 CN 6.4 CC,第二节 酶的化学本质和结构,一、酶的化学本质与组成 酶的化学本质绝大多数是蛋白质*，所以人们 根据酶分子的组成将他们划分为： 单纯酶分子组成全为蛋白质。 结合酶分子组成中除蛋白质外，还有非 蛋白质部分。,对于结合酶来说： 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 金属离子 辅助因子(cofactors) 小分子有机化合物 辅助因子本身无催化作用，但一般在酶促反应中 起运输转移电子、原子或某些功能基团的作用。,辅基(prosthetic group)与酶蛋白结 合紧密,辅酶(coenzyme)与酶蛋白结合松弛，用 透析法可以分开,小分子有机化合物,对双成份酶（结合蛋白质）来说，辅助因子与酶蛋白应是11，缺失就表现不出活性，缺少就会影响活性，但超过比例也不会提高活性。,生物体内酶的种类极多，但辅助 因子种类很有限。同一种辅助因子往 往能与多种不同的酶结合，形成不同 的全酶，如氧化还原酶类一般都以 NAD(P)、FMN、FAD为辅助因子。 而某种特定的酶一般只与一种辅酶结 合。故酶蛋白决定酶的专一性，而辅 助因子与酶的活性有关。,二、酶分子的结