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1、2006-1-7,上海大学生命科学学院,第八章 酶通论,一、酶催化作用的特点,二、酶的化学本质及其组成,三、酶的命名和分类,四、酶的专一性,五、酶的活力测定和分离纯化,六、核酶,七、抗体酶,八、酶工程简介,2006-1-7,上海大学生命科学学院,一、酶催化作用的特点,酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。,1857 Pasteur提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。 1897 Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。 1913 Michaelis和Menten提出米氏方程。 1926 Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具有蛋
2、白质性质。 1969 Merrifield人工合成核糖核酸酶。 1967-1970 从E.coli中发现第I、第II类限制性核酸内切酶。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,1982 Cech和Altman发现四膜虫细胞大核期间26S rRNA前体具有自我剪接功能。并于1986年证明其内含子L-19 IVS具有多种催化功能。 Schultz与Lerner研制成功抗体酶。Boyer和Wakler阐明ATP合成酶合成与分解ATP的分子机制。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,（一）酶和一般催化剂的比较,酶与非生物催化剂相比的几点共性：,催化效率高，用量少（细胞中含量低）。 加快反应速度但
3、不改变化学反应平衡点。 降低反应活化能。 反应前后自身结构不变。,催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行，催化剂的效应只反映在动力学上（反应速度），不影响反应的热力学（化学平衡）。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,2006-1-7,上海大学生命科学学院,（二）酶作为生物催化剂的特点,（1） 催化效率高：酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。 （2）专一性高：酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。 （3）反应条件温和：温度低于100，正常大气压，中性pH环境。 （4）活性可调节：根据
4、据生物体的需要，许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：酶量的调节、激素调节、反馈抑制、别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。 （5） 酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,（二）酶作为生物催化剂的特点,酶的催化作用可使反应速度提高10 101倍。 例如：过氧化氢分解2H2O2 2H2O + O2 用Fe3+ 催化，效率为610-4 mol/molS，而用过氧化氢酶催化，效率为6106 mol/molS。转换数（turnover number）的概念：每秒钟每个酶分子能催化底物发生变化的微摩尔数，用kcat表示（ mol/S ）。 -
5、淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨淀粉水解。,1高效性（酶具有极高的催化效率）,2006-1-7,上海大学生命科学学院,2专一性 Specificity,酶的专一性 Specificity又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性，即一种酶只能作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应。例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,3反应条件温和,酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40C。高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。,酶易失
6、活,凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较温和的条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,.酶活力可调节控制,如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。,.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,二、酶的化学本质及其组成,（一）酶的化学本质,绝大多数酶是蛋白质。 证据：（1）能被蛋白酶水解失活，酸水解的产物是氨基酸；（2）具有蛋白质的一切共性，如凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性。 少数酶是RNA（核酶）。,2006-1-7,上海大学生
7、命科学学院,（二）酶的化学组成及类别（小结）,据酶分子组成分类,单纯蛋白质酶类simple protein,结合蛋白质酶类 （缀合蛋白质） Conjugated protein,酶蛋白质(脱辅酶) apoprotein apoenzyme,辅助因子cofactor,金属离子 辅基prosthetic g. 辅酶coenzyme,脱辅酶与辅因子结合后所形成的复合物称为“全酶”即：全酶=脱辅酶+辅因子,2006-1-7,上海大学生命科学学院,只有全酶才起催化作用,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
8、经过一定的化学处理才能与蛋白质分开。如细胞色素氧化酶中的铁卟啉。,脱辅酶部分决定酶的专一性； 辅酶（辅基）在酶催化中通常起者电子、原子或某些化学基团的传递作用,2006-1-7,上海大学生命科学学院,单体酶-monomeric enzyme：一般由一条肽链组成，如溶菌酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。但有的单体酶有多条肽链组成，如胰凝乳蛋白酶由3条肽链，链间由二硫键相连构成一个共价整体。寡聚酶-oligomeric enzyme：由2个或2个以上亚基组成，亚基间可以相同也可不同。亚基间以次级键缔合。如3-磷酸甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶等。多酶体系-multienzyme system：由几
9、种酶靠非共价键彼此嵌合而成。主要指结构化的多酶复合体如丙酮酸脱氢酶系、脂肪酸合成酶复合体等。,据酶蛋白特征分类,单体酶 寡聚酶 多酶复合体,2006-1-7,上海大学生命科学学院,三、酶的命名和分类,（一） 习惯命名,1961年以前使用的酶沿用习惯命名： （1）依据底物来命名： 如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。 （2）依据催化反应的性质及类型命名： 如：水解酶、转氨酶。 （3）结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。 （4）有时加上酶的来源，如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,（二） 国际系统命名法,基本原则：明确标明酶的底物及催化反应
10、的性质（底物为水时可略去不写）。,谷丙转氨酶的系统名称 ：丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶,2006-1-7,上海大学生命科学学院,1.氧化还原酶2.转移酶类3.水解酶类4.裂合酶类5.异构酶类6.合成（连接）酶类,国际酶学委员会（Enzyme Commsion）将酶分成六大类（根据各种酶所催化反应的类型）：,（三）国际系统分类法及酶的编号,2006-1-7,上海大学生命科学学院,1、氧化还原酶类Oxidoreductase,氧化-还原酶催化氧化-还原反应。 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,2006-1
11、-7,上海大学生命科学学院,氧化酶类：催化底物脱氢并生成H2O2或H2O A2H+O2 A+H2O2 2A2H+O2 2A+2H2O 脱氢酶类： A2H+B A+B2H,2006-1-7,上海大学生命科学学院,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，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。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,2、转移酶类Transferase,催化功能基团的转移反应。 如各种转
12、氨酶和激酶分别催化转移氨基和磷酸基的反应。 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,AX+B A+BX,2006-1-7,上海大学生命科学学院,可分为8个亚类，较重要的有：,羰基转移酶 ：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。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,3、水解酶类,催化底物的水解反应。起降解作用，多位于胞外或溶酶体中。 如蛋白酶、脂肪酶等。 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。 例如：脂肪酶(Li
13、pase)催化的脂的水解反应：,A-B+HOH AOH+BH,2006-1-7,上海大学生命科学学院,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。,AB A+B,2006-1-7,上海大学生命科学学院,例如：延胡索酸水合酶催化的反应醛缩酶催化反应,H0 -C-H,H-C-OH,CH2OPO3H2,C=O,CH2OH,H-C=O,H-C-OH,CH2OPO3H2,醛缩酶,1，6-二磷酸果糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,C=O,CH2OPO3H2,H-C-OH,CH2OPO3H2,2006-1-7,上海大学生命科学学院,5、异构酶
14、类 A B,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,2006-1-7,上海大学生命科学学院,例如：葡萄糖异构酶催化的反应。葡萄糖6-磷酸异构酶催化反应,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,CHOC-OH HOC-HH-C-OHH-C-OHC-2OPO3H2,CH2OHC=O HOC-HH-C-OHH-C-OHC-2OPO3H2,2006-1-7,上海大学生命科学学院,6、合成（连接）酶类,合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。 A+B+ATP + H-O-H AB+ADP+Pi A+B+A
15、TP + H-O-H AB+AMP+PPi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸,2006-1-7,上海大学生命科学学院,（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、 4、5、6表示。 （2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用1、2、3 、。 （3）每个亚类又可分为若干个亚亚类，用编号1、2、3、 （4）流水编号1、2、3、,酶的编号 由4个数字组成，中间以“.”隔开。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,2006-1-7,上海大学生命科学学院,如：乙醇脱氢酶 EC1.1.1.1 乳酸脱氢酶 EC1.1.1.27 苹果酸脱氢酶 EC1.1.1.37第一个数字表示大类： 氧化还原 第二个数字表示反应基团：醇基 第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+ 第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。,2006-1-7,上海大学生命科学学院,国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异SOD： EC1.15.1.1，只有一个名称和编号2O2-+2H+H2O2+O2 三类不同的SOD： CuZn-SOD 真核生物细胞质中 Mn-SOD 真核生物线粒体中 Fe-SOD 同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结构也有很大不同。在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。,
