第5章 酶类 王镜岩《生物化学》第三版笔记(打印版)

《第5章 酶类 王镜岩《生物化学》第三版笔记(打印版)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 酶类 王镜岩《生物化学》第三版笔记(打印版)（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、36第五章 酶 类 提要 一.概述酶的特性 酶的分类 二.酶的结构单纯酶 结合酶 辅酶与辅基 单体酶 寡聚酶 多酶体系 活性中心 同工酶三.酶的催化机制诱导契合假说 酶加快反应速度的因素四.酶促发应动力学米氏方程 米氏常数及意义 bi-bi 反应 影响酶促反应的因素 激活剂 抑制剂 竞争性抑制 非竞争性抑制五.酶的调节变构调节 共价修饰调节 酶原 酶原激活 第一节 概述一、定义酶是一种生物催化剂，是有催化功能的蛋白 质。二、人们对酶的认识过程1833 年佩延（Payen）和 Persoz 从麦芽中抽提出一种对热敏感的物质，这种物质能将淀粉水解成可溶性糖，被称为淀粉糖化酶（diastase），意

2、思是“ 分离”。所以后人命名酶时常加词尾-ase。由于他们用乙醇沉淀等方法提纯得到了无细胞的酶制剂，并 发现了酶的催化特性和热不稳定性，所以一般认为他们首先发现了酶。19 世纪西方对发酵现象的研究推动了对酶的进一步研究。巴斯德提出“酵素” 一词，认为只有活的酵母细胞才能进行发酵。现在日本还经常使用“酵素 ”一词（ferment）。1878 年德国人库恩（Kuhne）提出“Enzyme”一词，意为“ 在酵母中”。1896 年德国人巴克纳（Buchner）兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，得到了能催化 发酵的无细胞滤液， 证明 发酵是一种化学反应，与细胞的活力无关。这项发现涉及到了酶的本质，有人 认为这

3、是酶学研究的开始。1913 年米凯利斯（Michaelis ）和门顿 （Menten）利用物理化学方法提出了酶促反应的动力学原理米氏学说，使 酶学可以定量研究。1926 年美国人 J. B. Sumner 从刀豆中结晶出脲酶（第一个酶结晶），并提出酶是蛋白质的观点。后来陆续得到多种酶的结晶， 证明了这种观点，萨姆纳 因而获得 1947 年 诺贝尔奖。此后多种 酶被发现、结晶、测定结构，并 产生了酶工程等分支学科。进入 80 年代后，核糖 酶（ribozyme ）、抗体 酶、模拟酶等相继出现，酶 的传统概念受到挑战。 1982 年 Cech 等发现四膜虫 26S rRNA 前体具有自我剪接功能，

4、并于 1986 年 证明其内含子 L-19 IVS 具有多种催化功能。此后陆续发现多种具有催化功能的 RNA，底物也 扩大到 DNA、糖类、氨基酸酯。还有人在实验室中设计合成新的核糖酶。甚至有人 发现博莱霉素等肽类抗生素也有催化能力。这些新发现不仅增加了对酶的本质的研究，也有助于 对生命起源等问题的探讨，使 酶学研究进入新的阶段。三、酶的特性酶是生物体产生的，有催化能力的蛋白 质。 细胞内的蛋白质，90都有催化活性。酶是一种生物催化剂，与一般催化 剂一样，只改变反应速度，不改变 化学平衡，并在反应前后本身不变。但酶作为生物催化剂，与一般的无机催化剂相比有以下特点：1.催化效率高 酶的催化效率比

5、无机催化剂高 1061013 倍。 举例来说，1mol 马肝过氧化氢酶在一定条件下可催化 5106 摩尔过氧化氢分解，在同样 条件下 1mol 铁只能催化 6104 摩尔过氧化氢分解。因此，这个酶的催化效率是铁的 1010 倍。也就是 说，用过氧化氢酶在 1 秒内催化的反应，同样 数量的铁需要 300 年才能反应完。2.专一性强 一般催化剂对底物没有 严格的要求，能催化多种反 应 ，而酶只催化某一类物质的一种反应，生成特定的产物。因此 酶的种类也是多种多样的。酶催化的反 应称为酶促反应， 酶促反应的反应 物称为底物。酶只催化某一类底物发生特定的反应，产生一定的产物， 这 种特性称 为酶的专一性

6、。各种酶的专一性不同，包括 结构专 一性和立体专一性两大类， 结构专 一性又有绝对专一性和相对专一性之分。绝对专一性指酶只催化一种底物，生成确定的产物。如氨基酸：tRNA 连接酶，只催化一种氨基酸与其受体 tRNA 的连接反应。相对专一性指酶催化一类底物或化学键的反应。如醇脱 氢酶 可催化许多醇类的氧化反应。 还 有许多酶具有立体专一性，对底物的构型有严格的要求。如乳酸脱氢酶只能催化 L-乳酸，不能催化 D-乳酸的反应。3.反应条件温和 酶促反应不需要高温高压及强酸强碱等剧烈条件，在常温常压下即可完成。4.酶的活性受多种因素调节 无机催化剂的催化能力一般是不变的，而酶的活性则受到很多因素的影响

7、。比如底物和 产物的浓度、pH值以及各种激素的浓度都对酶活有较大影响。酶活的变化使酶能适应生物体内复杂多变的环境条件和多种多样的生理需要。生物通37过变构、酶原活化、可逆磷酸化等方式对机体的代谢进行调节。5.稳定性差 酶是蛋白质，只能在常温、常压、近中性的条件下 发挥作用。高温、高压、 强酸、强碱、有机溶剂、重金属 盐、超声波、剧烈搅拌、甚至泡沫的表面张力等都有可能使 酶变性失活。不 过自然界中的 酶是多种多样的，有些酶可以在极端条件下起作用。有些细菌生活在极端条件下，如超噬热菌可以生活在 90以上环境中，高限为 110；噬冷菌最适温度为2，高于 10不能生长；噬酸菌生活在 pH1 以下，噬碱

8、菌的最适 pH 大于 11；噬压菌最高可耐受 1035 个大气压。 这些噬极菌的胞内酶较为正常，但胞外酶却可以耐受极端条件的作用。有些酶在有机溶 剂中可以催化在水相中无法完成的反应。四、酶的命名与分类1.命名酶的命名法有两种：习惯命名与系统命名。习惯命名以酶的底物和反应类型命名，有 时还加上酶的来源。习惯命名简单，常用，但缺乏系统性，不准确。1961 年国际酶学会议提出了酶的系统命名法。 规定应标明酶的底物及反应类型，两个底物 间用冒号隔开，水可省略。如乙醇脱氢酶 的系统命名是：醇： NAD+氧化还原酶。2.分类按照催化反应的类型，国际酶学委 员会将酶分为六大类。在 这六大类 里，又各自分为若

9、干亚类，亚类下又分小组。 亚类的划分标准：氧化还原酶是电子供体类型，移换酶 是被转移基团的形状，水解 酶是被水解的 键的类型，裂合酶是被裂解的键的类型，异构酶是异构作用的类型，合成 酶是生成的键的 类型。（1）氧化还原酶 催化氧化还原反应，如葡萄糖氧化 酶，各种脱氢酶等。是已发现的量最大的一类酶，其氧化、产能、解毒功能，在生产中的应用仅次于水解酶。需要辅因子，可根据反应时辅因子的光电性 质变化来测定。按系统命名可分为 19 亚类，习惯上可分为 4 个亚类：脱氢酶：受体为 NAD 或 NADP，不需氧。氧化酶：以分子氧为受体，产物可 为水或 H2O2，常需黄素辅基。过氧物酶：以 H2O2 为受体

10、，常以黄素、血红素为辅基氧合酶（加氧酶）：催化氧原子掺入有机分子，又称 羟化酶。按 掺入氧原子个数可分 为单加氧酶和双加氧酶。（2）移换酶类 催化功能基团的转移反 应，如各种 转氨酶和激酶分别 催化转移氨基和磷酸基的反应。移换酶也叫转移酶，多需要辅酶，但反应不易测定。按转移基团性质 ，可分 为 8 个亚类，较重要的有：一碳基转移酶：转移一碳单位，与核酸、蛋白质甲基化有关。磷酸基转移酶：常称为激酶，多以 ATP 为供体。少数蛋白 酶也称为激酶（如肠激酶）。糖苷转移酶：与多糖代谢密切相关，如糖原磷酸化 酶。（3）水解酶类 催化底物的水解反应，如蛋白 酶、脂肪酶等。起降解作用，多位于胞外或溶酶体中。

11、有些蛋白酶也称为激酶。可分 为水解酯键（如限制性内切酶）、糖苷键 （如果胶酶、溶菌 酶等）、肽键、碳氮键等 11 亚类。（4）裂合酶类 催化从底物上移去一个小分子而留下双键的反应或其逆反应。包括醛缩酶、水化 酶、脱羧酶等。共 7 个亚类。（5）异构酶类 催化同分异构体之间的相互转化。包括消旋酶、异构 酶 、变位酶等。共 6 个亚类。 （6）合成酶类 催化由两种物质合成一种物质，必须与 ATP 分解相偶联。也叫连接酶，如 DNA 连接酶。共 5 个亚类。3.酶的编号国际酶学委员会根据酶的类别，给 每种酶规定了统一的编号。 酶的编 号由 EC 和 4 个用圆点隔开的数字组成。EC 表示酶学委员会，

12、第一个数字表示酶的类别，第二个数字表示 酶的亚类，第三个数字表示酶的小组，第四个数字表示酶在小组中的序列号。如EC1.1.1.1 表示这个酶是氧化还原酶，电子供体是醇， 电子受体是 NAD+,序列号是 1，即乙醇脱氢酶。胰蛋白酶的编号是 EC3.4.4.4，4个数字分别表示它的类型是水解酶；水解的键是肽键；是内切酶而不是外切酶；序列号是 4。多功能酶可以有多个编号。五、酶的活力1.定义 指酶催化一定化学反应的能力。2.单位 在特定条件下， 1 分钟内转 化 1 微摩尔底物所需的酶量为一个活力单位(U) 。温度规定为 25 度，其他条件取反应的最适条件。比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位是

13、u/mg。比活越高则酶越 纯。转化数：每分子酶或每个酶活性中心在单位时间内能催化的底物分子数(TN)。相当于酶反应的速度常数 kp。也称 为催化常数（Kcat ）。1/kp 称为催化周期。碳酸 酐酶是已知 转换数最高的酶之一，高达 36106 每分，催化周期为 1.7 微秒。3.测定 一般采用测定酶促反应初速度的方法来测定活力，因为此时干扰因素较少，速度保持恒定。反应速度的单位是浓度/单位时间，可用底物减少或产物增加的量来表示。因 为产物浓度从无到有， 变化 较大，而底物往往过量，其变化不易测准，所以多用 产物来测定。第二节 酶的结构 一、酶分子的化学组成38酶的本质是蛋白质。酶与其他蛋白一

14、样，由氨基酸构成，具有一、二、三、四级结构。 酶也会受到某些物理、化学因素作用而 发生变性，失去活力。酶分子量很大，具有胶体性质，不能透析。酶也能被蛋白 酶水解。1.辅因子有些酶完全由蛋白质构成，属于 简单 蛋白，如 脲酶、蛋白酶等；有些酶除蛋白质外，还含有非蛋白成分，属于 结合蛋白。其中的非蛋白成分称为辅因子(cofactor)，蛋白部分成为酶蛋白，复合物叫全酶。辅因子一般起携带及转移电子或功能基团的作用，其中与 酶蛋白以共价键紧密结合的称为辅基，以非共价键松散结合的称为辅酶。在催化过程中， 辅 基不与酶蛋白分离，只作为酶内载体起作用，如黄素蛋白类酶分子中的 FAD、FMN 辅基携带氢，羧化

15、酶的生物素辅基携带羧基等等。 辅酶则常作为酶间载 体，将两个 酶促反应连接起来，如 NAD+在一个反应中被还原成 NADH，在另一个反 应中又被氧化回 NAD+。它在反 应中象底物一样，有时也称为辅底物。有 30以上的酶需要金属元素作为辅因子。有些酶的金属离子与酶蛋白结合紧密，不易分离，称为金属酶；有些酶的金属离子结合松散，称为金属活化 酶。金属 酶的 辅因子一般是过渡金属，如铁、锌 、铜、锰等；金属活化酶的辅因子一般是碱金属或碱土金属，如钾、钙、镁 等。2.单体酶、寡聚 酶 和多酶体系由一条肽链构成的酶称为单体酶，由多条肽链以非共价键结合而成的酶称为寡聚酶，属于寡聚蛋白。有时在生物体内一些功

16、能相关的酶被组织起来，构成多 酶体系，依次催化有关的反应。构成多酶体系是代谢的需要，可以降低底物和产物的扩散限制，提高 总反应的速度和效率。有时一条肽链上有多种酶活性，称为多酶融合体。如糖原分解中的脱支酶在一条肽链上有淀粉-1 ，6-葡萄糖苷酶和 4-D-葡聚糖转移酶活性；来自樟树种子的克木毒蛋白（camphorin）由一条肽链组成，有三种活性： RNA N-糖苷酶活性，可水解大鼠 28S rRNA 中第4324 位腺苷酸的糖苷键，释放一个腺 嘌呤； 依赖于超螺旋 DNA 构型的核酸内切酶活性，专一解旋并切割超螺旋环状 DNA 形成缺口环状和线状 DNA； 超氧化物歧化酶活性。来自红色链孢霉的 AROM 多酶融合体是二聚体，每条肽链含五种酶活性，可催化莽草酸途径的第二至第六步反应，由于有中间产物的传递通道，使催化效率大为提高。二、酶的活性中心1.定义酶是大分子，其分子量一般在一万以上，由数百个氨基酸组成。而 酶的底物一般很小，所以，直接与底物接触并起催化作用的只是酶分子中的一小部分。有些酶的底物 虽然较