酶的概念与作用特点

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1、酶的概念与作用特点 酶的分类与命名 酶的化学本质及其组成酶作用的专一性 酶的活力测定与分离纯化第第9 9章章 酶引论酶引论酶的应用 1833年Payen(帕延)和Persoz(佩尔索)从麦芽中提取了淀 粉酶粗制品,但当时并不知道酶的化学成分。 1857年法国微生物学家Pasteur L (巴斯德)等人提出:只 有活的细胞才能进行酒精发酵,并认为发酵是由溶解于 酵母细胞中的发酵素（酶）催化的. 1878年Khne(屈内 )将酶命名为Enzyme,这个字来自希 腊文,意思是“在酵母中”,我们翻译为“酶”。 1894年Fischer E（菲舍尔 ）提出了“锁”和“钥匙”学说 ，解释酶的专一性。 18

2、97年Bchner（布氏 ）兄弟制备了酵母细胞提取液,发 现也具发酵功能,说明发酵与细胞的活性无关,而是细胞 中酶的作用.获得了1911年诺贝尔化学奖.一、酶研究的简史 1903年Henri（亨利 ）提出了酶与底物作用的“中间产 物”学说。 1913年Michaelis（米氏 ）和Menten从中间产物学说出 发，导出了米氏方程，对酶反应机制的研究是一个突破 1925年Briggs（布里格斯 ）和Handane对米氏方程进行 了修正，提出了稳态学说。 1926年美国化学家Sumner 从刀豆中提取了脲酶，并制 成了结晶，证明了脲酶的化学成分是蛋白质。 19301936年Northrop（诺思罗

3、普 ）和Kunitz（库尼茨 ）得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶， 并也证明酶是蛋白质。 Sumner和Northrop获得了1949 年的诺贝尔化学奖。一、酶研究的简史 1963年Hirs（希尔什 ）,Moore（摩尔 ）和Stein（斯坦 ）测定了RNaseA的氨基酸序列。 1965年Phillips（菲利普斯 ）首先用x射线晶体衍射技术 阐明了卵清溶菌酶的三维结构。 1969年Merrfield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。 80年代初Cech（切赫 ）和Aitman （艾特曼 ）分别发现 了具有催化功能的RNA核酶，并获得了1989年诺贝 尔化学奖。 1986年Sc

4、hultz（舒尔茨）与Lerner（勒纳）等人研制成 了抗体酶Boyer（博耶）和Walker（沃克）阐明了ATP合酶合成与 分解ATP的分子机制，获得了1997年诺贝尔化学奖。一、酶研究的简史二、酶是生物催化剂（一）酶（E）的概念：酶是生物活细胞产生的具有催化 能力的一类特殊的有机物,通常称生物催化剂。（二）酶的催化特性 1、酶与一般催化剂相比相同点： （1）反应系统中催化剂的量很少，反应前后它的化学组 成和数量保持不变。 （2）通过改变反应途径，降低反应的活化能，提高反应 速率。 （3）只能缩短化学反应到达平衡的时间，不能改变反应 的平衡常数。 （4）只能催化热力学上允许进行的反应。2、酶

5、与一般催化剂相比不同（既酶的特点）（1）催化效率高：酶催化的反应速率比非酶催化反应的 速率高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。 （2）专一性高：被酶作用的物质叫酶的底物（S），一种 酶往往只能作用于一种或一类底物，催化一种或一类反 应。 （3）反应条件温和：多数酶的化学成分是蛋白质，能引 起蛋白质变性失活的物质，都能引起酶变性失活。 （4）结合酶的催化活性离不开辅因子 （5）酶活力受多种因素调节：酶的调节包括酶活性的调 节和酶量的调节。 酶活性调节：是指通过激活或抑制作用来调节细胞中已有 酶分子的催化能力。 酶量调节：通过酶的合成或降解来调节细胞中酶分子的数 量。（二）酶的催化

6、特性三、酶的化学本质（一） 酶的化学组成1、单纯酶：只有氨基酸组成，不含其它成分 2、结合酶：由蛋白质部分和非蛋白部分组成，蛋白部分 叫脱辅酶，非蛋白部分叫辅因子。只有两者结合成完整的 全酶时，才具有活力。 （1）辅因子成分:可以是无机离子或有机分子或金属有机 分子。如果辅因子是有机化合物又分为辅酶或辅基。 辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 辅基：与酶蛋白结合较紧 ,用透析法不能除去辅因子. （2）脱辅基和辅因子功能：在酶促反应中,酶蛋白决定酶 的专一性,辅因子对电子、原子或某些化学基团起传递作 用,决定酶催化的反应类型. 某种脱辅酶只能与一定的辅因子结合成全酶,一种辅因 子可与多种酶蛋白

7、结合成全酶.三、酶的化学本质（三）酶的四级缔合 1. 1.单体酶（单体酶（monomeric enzyme)monomeric enzyme)：都是由一个亚基构成的都是由一个亚基构成的 ，通常，通常仅含一条多肽链，一般是水解酶。2 2. .寡聚酶寡聚酶 ( (oligomericoligomeric enzyme) enzyme)或多酶或多酶：由2个或多个亚基 组成，亚基可以相同也可不同，单个亚基没有催化活性 。 3. 3.多酶复合物多酶复合物 (multienzyme system)(multienzyme system)或多酶系统或多酶系统：几种不 同的酶缔合而成的结构和功能的实体，一般由

8、26个功能 相关的酶组成，催化细胞代谢的一系列连续反应。 有三种类型三、酶的化学本质习惯命名一般有以下原则： （1）（绝大多数酶）依据底物来命名，既在底物名称后 面加一个酶字。 如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。（2）有的酶依据催化反应的性质命名，既在催化反应名 称后面加一个酶字。如：水解酶、转氨酶、脱氢酶等（3）有的结合上述两个原则命名，既表明底 物又表明催 化反应的类型，如琥珀酸脱氢酶等。 （4）有时加上酶的来源，如：胃蛋白酶等习惯命名较简单，但缺乏系统性。 四、酶的命名与分类 （一）酶的命名1、酶的习惯命名2 2、系统命名、系统命名 系统名称应明确标明酶的底物及催化反应的性质，如果一 种酶

9、催化两种底物共同反应，两种底物都标出，中间用“ ：”隔开。如：谷丙转氨酶（习惯名） 催化的反应：丙氨酸+-酮戊二酸Glu+丙酮酸 系统名： 丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 又如：乙酰CoA水解酶（习惯名） 催化的反应：乙酰CoA+水=乙酸+CoA 系统名：乙酰CoA：水解酶如果底物之一是水，可省略一个水（一）酶的命名（二）酶的分类 1、氧化还原酶类Oxidoreductase催化氧化还原的酶。2、转移酶类Transferase 3、水解酶类hydrolase 4、裂合酶类（裂解酶）Lyase5、异构酶（EC5.3.1.9）Isomerase 6、合成酶（连接酶）Ligase or Synthet

10、ase 四、酶的命名与分类EC 1. 1. 1. 27 第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号这个分类方法的一大优点就是一切新发现的酶都能按 照这个系统有适当的编号。（三）酶的编号：在酶表中每一种酶的位置可用4个数字表示，数字间 用“”隔开，用EC代表酶学委员会，如：乳酸脱氢酶 （ EC1.1.1.27）酶的专一性结构专一性立体异构专一性键专一性基团专一性相对专一性绝对专一性五、酶作用的专一性（一）酶对底物的专一性(二)关于酶专一性的假说1 1、“ “锁和钥匙学说锁和钥匙学说” ”（Fischer，1894）：酶的活性中心结 构与

11、底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。锁和钥匙学说很难解释一种酶可催化可逆反应。2 2、诱导嵌合学说、诱导嵌合学说（Koshland，1958）： （1）在酶与底物结合之前，酶分子的构象不一定与底物 吻合。 （2）酶活性中心的结构有一定的柔韧性，当底物与酶分 子相互接近时，底物分子可诱导酶的构象发生了有利于与 底物结合的变化，使酶与底物完全吻合，结合成中间产物 。 （3）反应结束时，释放出产物，酶分子又恢复原来的构 象。五、酶作用的专一性(一)酶活力、活力单位和比活力1、酶活力：指催化某一化学反应的能力，酶活力与所催 化的某一化学反应的速率成正比。2、酶单位：衡量酶活力大小的单位称为酶活力

12、单位简称 酶单位（U），传统的酶单位是 指在一定条件下，一定时 间内将一定量的底物转化为产物所需要的酶量，酶量（或 酶浓度）可用每克酶制剂或每ml酶制剂含有多少酶单位来 表示（U/g或U/ml）。酶的国际单位（酶的国际单位（IUIU）指指在最适反应条件（ 25 ）下，1分 钟内催化1mol底物转化为产物所需的酶量，称一个国际 单位（IU），即1IU=1molmin。（如果底物上有一个以 上可被作用的键，则一分钟使底物中1mol的有关基团转 化的酶量表示）。六、 酶活力的测定1972年，国际酶学委员会又推荐了一个新单位“katal” 简写为kat（开特），一kat指在最适(即最适温度、最适 pH

13、，最适底物浓度和最适缓冲液离子强度)条件下,秒 钟催化摩尔底物转化为产物所需要的酶量（mols -1） 。Kat与 IU的换算： kat10IU2、酶单位：3、酶的比活力 Specific activity酶的比活力：指每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数。比活力代表酶的纯度，是分析酶的纯度是重要指标。（二）反应速率、初速率和酶 活力的测定 1、化学反应速率及测定方法在恒容系统中的反应速率 可用单位时间内底物的减少量 或产物的增加量来表示，在酶 活力测定中，常用产物的增加 量来表示。任意时刻的反应速率（vt）为两 条曲线中任意一条曲线在该时 刻t的切线斜率。六、 酶活力的测定2、反应初速率：概念：如

14、果反应开始时溶液 中只有反应物A存在，并已 知它的初始浓度为A0,则 A0切线斜率为初速度。即v0=dAdtdPdt00=（二）反应速率、初速率和酶活力的测定测定的酶促反应速度必须测定反应的初速度，原因有： （1）如果底物不是过量的，随反应进行底物浓度会显著 降低，导致反应速率降低。 （2）如果是可逆反应，随反应进行产物浓度增加，增大 了逆反应。 （3）有些产物对酶具有抑制或激活作用。 （4）如果酶的稳定性差，随反应时间延长酶会变性失活 测定酶初速度可避免这些因素对反应速度的影响，一般反 应时间不超过5min，底物浓度的变化不超过初始浓度的 5%时，产物生成量与时间几乎是成正比的2、反应初速率：3、酶活力的测定(一)酶活力（酶活性）测定：酶活力测定实际上是酶的定 量测定,但酶量不能用重量和摩尔数表示，用酶活力单 位表示。测定酶活力时，反应条件必需恒定,并注明反应条件， 如pH、温度等最适；底物浓度要过量，至少5倍于酶的 米氏常数，让酶分子完全被酶饱和，排除S对酶促反应 的影响，使酶的催化能力完全表现出来。七、酶工程简介 （一）固定化酶 （二）化学修饰酶 （三）人工模拟酶 （四）抗体酶（abzyme）人工模拟酶