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1、酶酶1酶的概念、命名及分类酶的概念、命名及分类2酶的酶的化学本质化学本质*3酶的结构及功能酶的结构及功能的关系的关系*4酶促反应的速度和影响因素酶促反应的速度和影响因素* *5酶的调节酶的调节6酶的分离提纯及活力测定酶的分离提纯及活力测定7酶工程简介酶工程简介总总结结1一、酶的概念一、酶的概念（一）酶的生物学意义（一）酶的生物学意义6CO2+6H2O+能量能量C6H12O6+6O2植物植物动物动物N2+3H2500,300大气压大气压Fe2NH3N2+3H22NH3某些微生物某些微生物酶的化学本质及催化特点酶的化学本质及催化特点由活细胞产生的由活细胞产生的, ,具有高度专一性和高效催化作用的具
2、有高度专一性和高效催化作用的蛋白质蛋白质及核酸及核酸2（二）酶是生物催化剂（二）酶是生物催化剂1酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点（1）用量少而催化效率高）用量少而催化效率高（2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反应前后本身不发生变化应前后本身不发生变化如如CO2+H2OH2CO33（3）降低反应所需的活化能）降低反应所需的活化能4例例2H2O22H2O+O2反反应应活化能活化能非催化反应非催化反应75.24kJ/mol钯催化反应钯催化反应48.9kJ/molH2O2酶催化酶催化8.36kJ/mol（4）反应过程中本身不被消耗）反应过程
3、中本身不被消耗52酶作为生物催化剂的特殊点酶作为生物催化剂的特殊点（1）高的催化效率）高的催化效率以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高1071013倍，比非催化反应高倍，比非催化反应高1081020倍。倍。例例2H2O22H2O+O21molH2O2酶酶能催化能催化5106molH2O2的分解的分解1molFe3+只能催化只能催化610-4molH2O2的分解的分解6（2）高的专一性）高的专一性（3）温和的反应条件）温和的反应条件（4）酶活性）酶活性的可调节性的可调节性如酶浓度的调节、激素调节、反馈调节、抑制剂和激活如酶浓度的调节、激
4、素调节、反馈调节、抑制剂和激活剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、酶原活化等。剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、酶原活化等。（5）酶的不稳定性，其催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。）酶的不稳定性，其催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。7概念概念：酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶仅能作：酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶仅能作用于一类物质，或者一类分子结构相似的物质，或一定的用于一类物质，或者一类分子结构相似的物质，或一定的化学键化学键, ,催化一定的化学反应并生成一定的产物。催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的专一酶的专一性是酶的特性之一性是酶的特性之一。酶作用的专一性酶
5、作用的专一性专一性专一性结构专一结构专一立体异构专一立体异构专一绝对专一绝对专一相对专一相对专一键专一键专一基团专一基团专一旋光异构旋光异构专一专一几何几何异构异构专一（顺反异构专一）专一（顺反异构专一）8绝对专一性绝对专一性脲酶脲酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶+ + +一种酶只催化一种底物一种酶只催化一种底物CH2COOHCH2COOHCHCOOHCHCOOH29相对专一性相对专一性脂肪酶脂肪酶消化道蛋白酶消化道蛋白酶一种酶可作用于一类化合物或一种化学键一种酶可作用于一类化合物或一种化学键催化脂肪水解催化脂肪水解酯类水解酯类水解催化肽键水解催化肽键水解10立体异构专一性立体异构专一性底物具有立体
6、异构体时，底物具有立体异构体时，酶仅作用于酶仅作用于其中其中的一的一种。种。L-L-乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶L-乳酸乳酸D-乳酸乳酸11（三）酶的化学本质（三）酶的化学本质 1 1大多数酶是蛋白质大多数酶是蛋白质James Batcheller SumnerJohn Howard Northrop 19251925年，美国化学家萨姆纳首年，美国化学家萨姆纳首次从刀豆中提纯了脲酶，并证明次从刀豆中提纯了脲酶，并证明是一种蛋白质。是一种蛋白质。 美国化学家诺思谱把一系列酶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。提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了他俩因而共同获得了19461
7、946年诺贝年诺贝尔奖。尔奖。 12Thomas R. CechUniversity of Coloradoat Boulder, USA 近年来，一些研究结果表明，某些近年来，一些研究结果表明，某些RNA分子也有催化活性分子也有催化活性。1982年美国科罗拉多大学的年美国科罗拉多大学的T.R.Cech等人发现四膜虫的等人发现四膜虫的rRNA前体在完全无蛋前体在完全无蛋白质存在的情况下能进行自我拼接，得到白质存在的情况下能进行自我拼接，得到成熟的成熟的rRNA产物，因此首次提出了产物，因此首次提出了RNA具有酶活性的概念。具有酶活性的概念。2某些某些RNA有催化活性有催化活性13Sidney
8、AltmanYale UniversityNew Haven, CT, USA 1983年，耶鲁大学的年，耶鲁大学的S.Altman发发现核糖核酸酶现核糖核酸酶P至少能催化六种至少能催化六种tRNA前体的加工。真正发挥催化活性的是前体的加工。真正发挥催化活性的是核糖核酸酶核糖核酸酶P中的中的RNA成分，而其中成分，而其中的蛋白质成分是非活性的。的蛋白质成分是非活性的。酶的化学本质不完全是蛋白质，某酶的化学本质不完全是蛋白质，某些些RNA分子也具有催化活性分子也具有催化活性。这类这类RNA被称为被称为ribozyme（核酶）。（核酶）。Cech和和Altman因此获得因此获得1989年的年的诺贝
9、尔奖。诺贝尔奖。143有些有些DNA也有催化活性也有催化活性 1995年年Cuenoud等发现有些等发现有些DNA分子亦具有催化活性。分子亦具有催化活性。DNA15抗抗体体：特特异异性性地地结结合合抗抗原原且且帮帮助助巨巨噬噬细细胞胞摄摄入，摧毁抗原。入，摧毁抗原。抗抗体体酶酶：既既是是抗抗体体又又具具有有催催化化功功能能的的蛋蛋白白质质称称为为“抗抗体体酶酶(abzyme)(abzyme)”。因因为为它它是是具具有有催催化化活活性性的的抗抗体体；故故又又称称为为“催催化化性性抗抗体体(catalytic (catalytic antiboy)antiboy)”4 4. . 抗体酶抗体酶161
10、9861986年美国年美国ScienceScience周刊发表了来自周刊发表了来自LernerLerner和和SchultzSchultz的有关具有酶催化性质的抗体研究报告。的有关具有酶催化性质的抗体研究报告。 意义：意义：利用抗体酶专一性地破坏病毒蛋白质以及清除体内利用抗体酶专一性地破坏病毒蛋白质以及清除体内“垃圾垃圾”如血管凝快等。如血管凝快等。可用于可卡因吸毒患者的治疗和减轻癌症治疗的副作用。可用于可卡因吸毒患者的治疗和减轻癌症治疗的副作用。在制药工业，立体专一性的抗体酶有助于解决令人头痛的在制药工业，立体专一性的抗体酶有助于解决令人头痛的对映体拆分的难题对映体拆分的难题。717117（
11、四）酶的组成（四）酶的组成1单单纯纯蛋蛋白白质质酶酶类类，如如脲脲酶酶等等水水解解酶酶，只只由由氨氨基酸组成，此外不含其它成分。基酸组成，此外不含其它成分。2.结合酶类结合酶类全酶全酶=酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子（辅酶、辅基或金属离子）（辅酶、辅基或金属离子）两者单独存在时，均无催化活力，只有两者结合成完整的分子，才有催化活力。一种酶蛋白需与特殊的辅酶相结合，才能成为有活性的酶；同一辅酶可以与不同的蛋白相结合！因此，决定酶催化专一性的是酶的蛋白质部分！辅助因子决定催化反应的种类！18根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。两类：金属酶
12、和金属激酶。（1/31/3的酶需要的酶需要金属离子作为辅助因子）金属离子作为辅助因子）在金属酶中在金属酶中, ,酶蛋白与金属离子结合紧密。酶蛋白与金属离子结合紧密。如如 Fe Fe2+2+/ Fe/ Fe3+ 3+ 、CuCu+ +/Cu/Cu3 3 、ZnZn2+ 2+ 、MnMn2+2+、CoCo2 2 等。等。金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团。在酶促反应中传递电子，原子或功能团。19金属酶中的金属离子与配体金属酶中的金属离子与配体 金属离子金属离子 配体配体 酶或蛋白酶或蛋白 MnMn2 2 咪唑咪唑 丙酮酸脱氢酶
13、丙酮酸脱氢酶FeFe2+2+/Fe/Fe3+3+ 卟啉环，咪唑，卟啉环，咪唑， 血红素，血红素， 含硫配体含硫配体 氧化氧化- -还原酶，还原酶， 过氧化氢酶过氧化氢酶CuCu+ +/Cu/Cu2+2+ 咪唑，酰胺咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶CoCo2+2+ 卟啉环卟啉环 变位酶变位酶ZnZn2+2+ -NH -NH3 3，咪唑，（，咪唑，（-RS-RS）2 2 碳酸酐酶，醇脱氢酶碳酸酐酶，醇脱氢酶PbPb2 2 -SH d- -SH d-氨基氨基- g- g-酮戊二酸脱水酶酮戊二酸脱水酶NiNi2 2 -SH -SH 尿酶尿酶20金属激酶中的金属离子金属激酶中的金属离子激酶是一种
14、磷酸化酶类，在激酶是一种磷酸化酶类，在ATPATP存在下存在下催化葡催化葡萄糖，甘油等磷酸化。萄糖，甘油等磷酸化。其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。液中，酶与这类离子结合而被激活。如如NaNa+ + 、K K+ +、 Mg Mg2+2+、 Ca Ca2+2+ 等。金属离子对酶有等。金属离子对酶有一定的选择性一定的选择性, ,某种金属只对某一种或几种酶某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。有激活作用。211. 1. 稳稳定定构构象象：稳稳定定酶酶蛋蛋白白催催化化活活性性所所必必需需的分子构象；的分子构象；2. 2. 构
15、构成成酶酶的的活活性性中中心心：作作为为酶酶的的活活性性中中心心的组成成分，参与构成酶的活性中心；的组成成分，参与构成酶的活性中心；3. 3. 连连接接作作用用：作作为为桥桥梁梁，将将底底物物分分子子与与酶酶蛋白螯合起来。蛋白螯合起来。金属离子的作用金属离子的作用22二、二、 酶的命名及分类酶的命名及分类1,1,根据根据其催化底物其催化底物来命名；来命名；2,2,根据所根据所催化反应的性质催化反应的性质来命名；来命名；3,3,结合上述两个原则来命名；结合上述两个原则来命名；4,4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。（一）（一） 酶的命名酶的
16、命名1、习惯命名法、习惯命名法23系统名称包括底物名称、构型、反系统名称包括底物名称、构型、反应性质，应性质， 2、国际系统命名法：国际系统命名法：明确标明酶的底物及催化反应性质明确标明酶的底物及催化反应性质G-6-PF-6-P G-6-PG-6-PF-6-P G-6-P异构异构酶酶 底物底物反应性质反应性质酶酶（1 1）标明底物和催化反应的性质）标明底物和催化反应的性质 一个底物参加反应一个底物参加反应24（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。如其中一个底物为水时，水可略去。）分开。如其中一个底物为水时，水可略去。例例1：丙氨酸丙
17、氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶例例2：脂肪脂肪+H2O脂酸脂酸+甘油甘油脂肪水解酶脂肪水解酶253.系统分类法及编号 1 1分类分类: : 根据催化反应的性质分根据催化反应的性质分6 6大类酶大类酶 1.1.氧化还原酶类氧化还原酶类 oxidoreductase oxidoreductase 2.2.转移酶类转移酶类 transferase transferase 3.3.水解酶类水解酶类 hydrolase hydrolase 4.4.裂合酶类裂合酶类 lyase lyase 5.5.异构酶类异构酶类 isomerase
18、 isomerase 6.6.连接酶类连接酶类 ligase/synthetase ligase/synthetase262626 每一个酶的分类用用4 4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用个阿拉伯数字的编号表示，数字中用“”“”隔开，前面冠以隔开，前面冠以ECEC（为（为Enzyme CommissionEnzyme Commission）。）。酶的编号：酶的编号：EC1.1.1.1酶学委员会酶学委员会(EnzymeCommission)大类大类亚类亚类亚亚类亚亚类编号编号 大类：酶催化反应的类型大类：酶催化反应的类型 亚类：被催化基团或键的性质亚类：被催化基团或键的性质 亚亚类：进一步说明催
19、化基团或键的特点亚亚类：进一步说明催化基团或键的特点272727乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.27第第1大类，氧化还原酶大类，氧化还原酶第第1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOH第第1亚亚类，亚亚类，H受体为受体为NAD+/NADP+该酶在亚亚类中的流水编号该酶在亚亚类中的流水编号282828根据根据酶催化反应酶催化反应的类型的类型水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。反应通式：反应通式：AB+H2OAOH+BH例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反
20、应：(1) (1) 水解酶水解酶 hydrolase hydrolase29氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。反应通式：反应通式：AHAH2 2+B A+BH+B A+BH2 2如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(2)氧化氧化-还原酶还原酶Oxidoreductase（最大类）（最大类）30转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基转移酶催化基团转移
21、反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。团或原子转移到另一个底物的分子上。反应通式：反应通式：AR+B A+BRAR+B A+BR例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(3)转移酶转移酶Transferase31裂裂合合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。成双键的反应及其逆反应。反应通式：反应通式：AR+B A+BRAR+B A+BR主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。(4)裂裂
22、合合酶酶Lyase32异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。物分子内基团或原子的重排过程。反应通式：反应通式：A BA B例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5)异构酶异构酶Isomerase33合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及以及C-S键键的形成反应。这类反应的形成反应。这类反应必须与必须与ATP分解反应相互偶联分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=AB+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化
23、的反应。丙酮酸丙酮酸+CO2草酰乙酸草酰乙酸合酶合酶是指催化不与是指催化不与ATP等核苷三磷酸分解相伴的合成反应的酶。反应形式多为与等核苷三磷酸分解相伴的合成反应的酶。反应形式多为与裂解相反的加成反应。裂解相反的加成反应。合成酶合成酶是与分解是与分解ATP释能相偶联，催化由两种物质释能相偶联，催化由两种物质(双分子双分子)合成为一种物质反应的合成为一种物质反应的酶。酶。(6)合成酶合成酶LigaseorSynthetase34核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。分子中的磷酸酯键的水解及其逆反
24、应。(7)核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸）ribozyme35 单体酶单体酶肽链肽链 寡聚酶寡聚酶 多酶复合体多酶复合体 多酶体系多酶体系 多功能酶多功能酶酶的其它分类方法酶的其它分类方法361、单体酶、单体酶只有一条肽链的酶。只有一条肽链的酶。一般都为水解酶，如胰凝乳酶、溶菌酶、核糖核酸酶等。一般都为水解酶，如胰凝乳酶、溶菌酶、核糖核酸酶等。与单纯酶的区别：单纯酶可以是多条肽链与单纯酶的区别：单纯酶可以是多条肽链。2、寡聚酶、寡聚酶由两个以上亚基组成的酶。如醛缩酶、已糖激酶、过氧化氢由两个以上亚基组成的酶。如醛缩酶、已糖激酶、过氧化氢酶等酶等糖酵解中的酶都是寡聚酶。糖酵解中的酶都是寡聚酶
25、。3、多酶复合体、多酶复合体催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接而形成的复合催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接而形成的复合体体37丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶是丙酮酸脱氢酶是1 1个定位在线粒体中的多酶复合体个定位在线粒体中的多酶复合体. .它是由它是由3 3种种酶酶: :丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(E1)(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)(E2)、二氢硫、二氢硫辛酸脱氢酶辛酸脱氢酶(E3)(E3)和调节它的活性的丙酮酸脱氢酶激酶和调节它的活性的丙酮酸脱氢酶激酶38脂肪酸合成酶由脂肪酸合成酶由7 7种酶和一个酰基携带
26、蛋白构成种酶和一个酰基携带蛋白构成39三、三、酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系A A 结合部位结合部位 Binding siteBinding site酶分子中与底物结合的酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位或区域一般称为结合部位。部位。（一）（一） 酶分子的酶分子的结构特点结构特点40酶分子中促使底物发生化学酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位变化的部位称为催化部位。通常将酶的结合部位和催化通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或部位总称为酶的活性部位或活性中心。活性中心。结合部位决定酶的专一性，结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应催化部位决定
27、酶所催化反应的性质。的性质。B催化部位催化部位catalyticsite41 酶酶分分子子上上具具有有一一定定空空间间构构象象的的部部位位，是是酶酶分分子子中中直直接接与与底底物物结结合合，并并和和酶酶催催化化作作用用直直接接有关的部位，称为有关的部位，称为酶的活性中心酶的活性中心。酶的活性中心的特点酶的活性中心的特点：1、活性中心仅占据整个酶体积的很小一部分；、活性中心仅占据整个酶体积的很小一部分；2、是一个具有三维构型的实体；、是一个具有三维构型的实体；3、底物和酶的活性中心的结合力很弱；、底物和酶的活性中心的结合力很弱；4、诱导适应过程；、诱导适应过程；5、含有催化基团和结合基团。、含有
28、催化基团和结合基团。42酶酶的的活活性性中中心心酶的活性中心酶的活性中心43活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团结合基团( (binding group) )与底物相结合与底物相结合与底物相结合与底物相结合催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 维持酶活性中心应有的空间构象所必需。维持酶活性中心应有的空间构象所必需。活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团必需基团必需基团44底底物物活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团活性中心活性中心45主要包括：主要包括： 亲核性基团：丝氨酸的羟基亲核性基团：
29、丝氨酸的羟基, ,半胱氨酸的巯基和组氨酸的半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。咪唑基。酶活性中心的必需基团酶活性中心的必需基团46酸碱性基团：酸碱性基团：天天冬冬氨酸和谷氨酸的羧氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。半胱氨酸的巯基等。活性部位的基团都是必活性部位的基团都是必需需基团，但是必需基团还包括那些在基团，但是必需基团还包括那些在活性部位以外的，对维持空间构象必须的基团！活性部位以外的，对维持空间构象必须的基团！47酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程
30、度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。的变化，对酶起激活或抑制作用。C别构部位别构部位Regulatorysite48 处于无活性状态的酶的前身物质就称为处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原酶原。 酶酶原原在在一一定定条条件件下下转转化化为为有有活活性性的的酶酶的的过过程程称称为为酶酶原原的的激激活活。这这个个过过程程实实际际上上就就是是酶酶的的活活性性部部位形成或暴露的过程。位形成或暴露的过程。 酶酶原原的的激激活活过过程程通通常常伴伴有有酶酶蛋蛋白白一一级级结结构构的的改改变变。（二）（二） 酶原的激活酶原的激活49
31、酶酶原原激激活活的的机机制制为为：酶酶原原分分子子一一级级结结构构的的改改变变导导致致了了酶酶原原分分子子空空间间结结构构的的改改变变，使使催催化化活活性性中中心心得得以以形形成成，故故使使其其从从无无活性的酶原形式转变为有活性的酶。活性的酶原形式转变为有活性的酶。 酶酶原原激激活活的的生生理理意意义义在在于于：保保护护自自身身组组织细胞织细胞不被酶水解消化。不被酶水解消化。 50G酶原激活的机理酶原激活的机理:酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽
32、在特定条件下在特定条件下5151胃蛋白酶原（胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活）的激活52赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶5353（a a）锁钥学说）锁钥学说 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。
33、酶与底物构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样的结合如同一把钥匙对一把锁一样刚性模式：刚性模式：EmilFisher提出提出四四、酶作用专一性假说、酶作用专一性假说54（b b）诱导契合学说）诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状成了互补形状. .柔性学说：柔性学说：Koshland提出提出55底物结合在酶的活性中心，导致底物分子之间相互靠近，使底物的有效浓度在活性中心附近得以极大升高。 底物结合在酶的活性中心，指反应物的反应基团 之间、
34、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。1 1、 邻邻近近效应和定向效应效应和定向效应（作用基团（作用基团相互邻近并定向）相互邻近并定向）酶促反应的机制酶促反应的机制56Distortion(形变) 某些基团电子云密度改变，产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变。 Induced-fit（诱导镶嵌） 促使底物进一步转换成过渡态。大大降低反应活化能。572. 底物的形变和诱导契合底物的形变和诱导契合57 向反应物提供H H+ +或接受或接受H H+ +以稳定过渡态，加速反应酸催化酸催化( (OHOH、NHNH3 3+ +、NHNH+ +、-COOH-COOH、SH)
35、SH)A A- - : : H H+ +EHEHE E- -H H H H2 2 2 2O O O OEH + OHEH + OH- -+ H+ H+ +AH + BAH + B+ +碱催化碱催化( (失电子态失电子态) )A A- - : : B B+ + E-COO+ E-COO- -A A- - + E-COOH + E-COOH E-COO E-COO- - + H + H+ +3.酸碱催化5858酶活性中心酶活性中心亲电亲电/亲核基团亲核基团参与参与S敏敏感键断裂的机制。感键断裂的机制。酶中参与共价催化的基团主要包括酶中参与共价催化的基团主要包括 His His 的的咪唑基，咪唑基，
36、Cys Cys 的硫基，的硫基，Asp Asp 的羧基，的羧基，Ser Ser 的的羟基等羟基等。4.共价催化5959亲电催化亲电催化指的是酶活性部位的催化基团在指的是酶活性部位的催化基团在催化反应过程中汲取底物的电子，产生底催化反应过程中汲取底物的电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物；物与酶共价结合的过渡态中间物；亲核催化亲核催化是酶活性部位的催化基团在反应是酶活性部位的催化基团在反应过程中向底物供给电子，产生底物与酶共过程中向底物供给电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物。价结合的过渡态中间物。 60605.金属离子催化61 结合底物为反应定向。结合底物为反应定向。 电荷屏蔽作用电荷
37、屏蔽作用。 电子传递中间体电子传递中间体，可逆的改变，可逆的改变金属离子的氧化态调节氧化还原金属离子的氧化态调节氧化还原反应。反应。 616.活性部位微环境的影响活性部位微环境的影响活性部位是一个疏水环境，介电活性部位是一个疏水环境，介电常数较低，带电基团之间的作用常数较低，带电基团之间的作用力较强，有助于催化基团与底物力较强，有助于催化基团与底物的作用。的作用。62627.多原催化和协同效应多原催化和协同效应在实际催化中，上述多种因素可以同时起作用。在实际催化中，上述多种因素可以同时起作用。6363五五、酶促反应动力学、酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed
38、Reaction 64酶催化反应动力学也称酶促反应动力学酶催化反应动力学也称酶促反应动力学（kineticsofenzyme-catalyzedreactions），是研究酶促反应速度以及影），是研究酶促反应速度以及影响此速度的各种因素的科学。响此速度的各种因素的科学。在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要酶促反应动力学提供相关的实验证据；需要酶促反应动力学提供相关的实验证据；为了找到为了找到最有利的反应条件最有利的反应条件从而提高酶催化反应的效从而提高酶催化反应的效率以及了解酶在代谢过程中的作用和某些药物的作用机制等，率以及了解酶在代
39、谢过程中的作用和某些药物的作用机制等，也需要我们掌握酶促反应动力学的相关规律。因此，对于酶也需要我们掌握酶促反应动力学的相关规律。因此，对于酶促反应动力学的研究既有要的促反应动力学的研究既有要的理论意义理论意义又具有相当的又具有相当的实践价实践价值值。65q酶促反应动力学酶促反应动力学研究各种因素对研究各种因素对酶促反应速度酶促反应速度的影响。的影响。q影响因素包括有影响因素包括有酶浓度、底物浓度、酶浓度、底物浓度、pH、温度、温度、抑制剂、激活剂等。抑制剂、激活剂等。66I.单底物、单产物反应单底物、单产物反应II.酶酶促促反反应应速速度度用用单单位位时时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和
40、产物的生成量来表示产物的生成量来表示III.反反应应速速度度取取其其初初速速度度，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小小（一般在（一般在5以内）时的反应速度以内）时的反应速度研究前提研究前提67酶活力测定时需注意：酶活力测定时需注意：1 选择反应的最适温度，根据不同的底物和缓冲液选择反应的最适pH。2 速度要快，取反应的初速度。3 底物浓度要足够大（一般在10Km以上）使酶被底物饱和，以充分反应待测酶的活力68在低底物浓度时在低底物浓度时, , 反应速反应速度与底物浓度成正比，表度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与
41、底物结几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大合后，反应速度达到最大值（值（V Vmaxmax），此时再增加），此时再增加底物浓度，反应速度不再底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。增加，表现为零级反应。（一）（一） 底物浓度对酶促反应速度的影响底物浓度对酶促反应速度的影响69（一）米氏方程式（一）米氏方程式中间产物学说中间产物学说E + S k1k2k3ESE + P70 711913年年Michaelis和和Menten提提出出反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米氏氏方方程程式式，简称米氏方程式简称米氏方程式(Michaelis equa
42、tion)。vVmaxSKm+S72米氏方程式推导基于两个假设：米氏方程式推导基于两个假设：反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。不予考虑。S S超过超过E E，S S的变化可忽略不计。的变化可忽略不计。 73当当v=Vmax/2时时KmS 1. Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2 /2 （二）（二）Km与与Vmax的意义的意义74 2. Km可近似表示酶
43、对底物的亲和力；可近似表示酶对底物的亲和力；当当K2 K3时，时， Km Ks Km越小，酶与底物的亲和力越大。越小，酶与底物的亲和力越大。753.可用可用于判断反应级数于判断反应级数：当当S100Km时，时，=Vmax，反应为零级反应，反应为零级反应当当0.01KmSE。（2）酶的反应速度一般用单位时间内产物的增加量来表示。（3）应测反应初速度,底物浓度变化在起始浓度5%以内。（4）测酶活力时应使反应温度、pH、离子强度和底物浓度等因素保持恒定。5050127酶反应的速度不停在变)初速度初速度酶促反应速度逐渐降低酶促反应速度逐渐降低 酶反应进程曲线酶反应进程曲线 随着酶催化的反应进行，反应速
44、度会变慢，这是由于产物的反馈作用、酶的热变性或副反应引起的。但是，在反应起始不久，在酶促反应的速度曲线上通常可以看见一段斜率不变的部分，这就是初速度。5151128 酶活力单位酶活力单位（ U U ） ：在：在一定条件一定条件下，下，一定时间一定时间内将内将一定量一定量的底物转的底物转化为产物所需的酶量（化为产物所需的酶量（U/gU/g，U/mlU/ml） 。 习惯单位（U）: 底物(或产物)变化量 / 单位时间国际上对酶活力单位的规定国际上对酶活力单位的规定 在最适的反应条件（在最适的反应条件（2525）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物所需的酶量定
45、为一个酶活力单位，即物所需的酶量定为一个酶活力单位，即 1IU=1mol/min 1IU=1mol/min 在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat1kat单位，即单位，即1kat=1mol/s 1kat=1mol/s 1Kat=60106 IU 2、酶的活力单位5252129 3.酶的比活力： 代表酶的纯度，代表酶的纯度，比活力用每比活力用每mgmg蛋白质所含的酶蛋白质所含的酶活力单位数表示，对同一酶来说，比活力愈大，表活力单位数表示，对同一酶来说，比活力愈大，表示酶的纯度愈高。用示酶的纯度愈高。用IU/mg
46、IU/mg蛋白、蛋白、 Kat/mg Kat/mg蛋白表示。蛋白表示。 比活力大小可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。比活力大小可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。 比活力比活力= =活力活力IU/mgIU/mg蛋白蛋白= =总活力总活力IU/IU/总蛋白总蛋白mgmg5353130该法要求酶的底物或产物在紫外或可见光部分光吸该法要求酶的底物或产物在紫外或可见光部分光吸收不同。收不同。 优点：简便、迅速、准确；一个样品可多次测优点：简便、迅速、准确；一个样品可多次测定；可检测到定；可检测到1010-9-9mol/Lmol/L水平的变化。水平的变化。例例: : 人血清乳酸脱氢酶活力的测定人血
47、清乳酸脱氢酶活力的测定 L-L-乳酸乳酸 + NAD + NAD+ + 丙酮酸丙酮酸 + NADH + H + NADH + H+ + 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶4.酶活力的测定方法（1）分光光度法（spectrophotometry）5454131(2) (2) 酶偶联分析法酶偶联分析法(enzyme coupling (enzyme coupling assay) assay) 第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统在一起反应。酶系统在一起反应。 P P1 1无光吸收，偶联后无光吸收，偶联后, P, P2 2有光吸收。有光吸收。5656132（3）荧光
48、法（fluorometry）该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。 主要的优点：灵敏度很高，可测主要的优点：灵敏度很高，可测1010-12-12mol/Lmol/L的样品。的样品。 酶蛋白分子中的酶蛋白分子中的TyrTyr、TrpTrp、PhePhe残基以及一些辅残基以及一些辅酶、辅基，如酶、辅基，如NADH NADPHNADH NADPH、FMNFMN、FADFAD等都能发等都能发出荧光。出荧光。 例：乙醇例：乙醇 + NAD + NAD+ + 乙醛乙醛 + NADH + H + NADH + H+ + 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶58581331、选材：目前常
49、用微生物为材料制备各种酶制剂2、破碎细胞：超声波、细菌磨、冻融等破碎壁制成组织匀浆。3、抽提：在低温下，以水或低盐缓冲液，从组织匀浆中抽提酶，得到酶的粗提液4、分离与提纯：一般在0-5间进行防止酶变性失活5、结晶：酶的结晶过程进行得很慢，如果要得到好的晶体也许需要数天或数星期。6、保存：通常将纯化后的酶溶液经透析除盐后冰冻干燥得到酶粉，低温下可较长时期保存。5959（二）酶的分离纯化134操作要求：操作要求：a.尽量减少酶活性的损失尽量减少酶活性的损失b.低温低温04摄氏度摄氏度有机溶剂：有机溶剂：-15-20摄氏度摄氏度c.抽提液加入抽提液加入EDTA（络合金属）（络合金属）d.抽提液加入巯
50、基乙醇（防止抽提液加入巯基乙醇（防止-SH酶失活）酶失活）e.不能过度搅拌，以免产生大量泡沫，使酶变性不能过度搅拌，以免产生大量泡沫，使酶变性f.测定酶的比活力测定酶的比活力135总活力总活力总活力总活力 = = 活力单位数活力单位数/ mL/ mL酶液酶液总体积（总体积（ mL mL） 比活力比活力比活力比活力 = = 活力单位数活力单位数/ / 毫克蛋白毫克蛋白纯化倍数纯化倍数纯化倍数纯化倍数 = = 每次比活力每次比活力第一次比活力第一次比活力产率产率产率产率% % % %（回收率）（回收率）（回收率）（回收率）= = 100100每次总活力每次总活力第一次总活力第一次总活力酶的纯化鉴定
51、：聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦酶的纯化鉴定：聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法、分子筛层析等。电泳法、分子筛层析等。 分离提纯过程中需要测定的指标：6161136酶的分离纯化过程中一定要随时追踪酶的活性酶的分离纯化过程中一定要随时追踪酶的活性6262137酶工程的概念 酶工程：是指酶制剂在工业的大规模生产及应用。 1971年第一届国际酶工程会议上得到命名。主要研究：酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造及其在工、农、医药等领域的应用。 天然酶在开发和应用方面受到限制： 1.酶的不稳定性 2.酶的分离、纯化较难，成本高，价格贵七、酶工程简介7272138目前在酶的应用方面所采取的
52、一般方法： 1. 化学方法：通过对酶的化学修饰或固定化处理，改善酶的性质以提高酶的效率和降低成本，或通过化学合成法制造人工酶。2. 利用基因重组技术生产酶以及对酶基因进行修饰或设计新基因，生产出性能稳定、具有新的生物活性以及催化效率更高的酶。7373139（一）、化学酶工程 化学酶工程亦称初级酶工程： 指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及人工模拟酶的研究和应用。 1.天然酶 主要指工业用酶，从微生物发酵得到的酶。如：洗涤剂、皮革生产中用的蛋白酶；纸张制造用的淀粉酶；乳制品用的凝乳酶等。 7474140 2.化学修饰酶：用于医药及研究工作，通过（1）化学修饰酶的功能基 ；（2）通过交联反应；（3）大
53、分子修饰作用 3.固定化酶将水溶性酶用物理或化学方法，使之成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。 4.人工模拟酶化学法合成酶（已知酶的活性中心和作用机理）。7575141（二）、生物酶工程 生物酶工程的主要内容 克隆酶用基因工程技术大量生产酶（ -淀粉酶，青霉素酰胺酶、亮氨酸合成酶） 突变酶对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶 制造新酶设计新酶基因，合成自然界不曾有过的酶生物酶工程亦称高级酶工程 是酶学和以DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物。7676142本章重难点酶的结构及功能酶的结构及功能的关系的关系酶促反应的速度和影响因素酶促反应的速度和影响因素酶的调节酶的调节酶的酶的活力单位活力单位全酶的概念和功能全酶的概念和功能143
