1、第九章 酶通论,Enzyme,生体内的新陈代谢都是在生物催化剂-酶的催化下进行的。,对酶的认识起源于早期的生产实践 酿酒、制糖、酱 只有活的酵母细胞才能将糖转化为酒精吗？（Pasteur) 只要是提取液都可(Buchner兄弟） 广泛应用于食品、医药、纺织、皮革、酿酒、护肤品、日化、农业、环保等,一、酶的催化特点与化学本质二、酶的命名及分类三、酶促反应的专一性四、酶的表征与酶学研究的相关进展,生物催化剂,一、酶的催化特点与化学本质,只能催化原来可以进行的反应加快其反应速度,酶的催化机理是降低活化能,催化效率高 条件温和，易失活 活性调节 专一性,酶的催化特点：,用简单的实验证明酶的催化效率：,
2、铁屑 肝糜 肝糜（煮）,酶的催化效率用kcat表示：每秒钟每个酶分子转换底物的分子数,酶活性的调节：酶浓度激素反馈抑制抑制剂或激活剂别构调节等,催化效率高 条件温和，易失活 活性调节 专一性,生物如何提高酶浓度？,酶的化学本质主要是蛋白质,空间结构影响酶的功能,辅酶：结合疏松，透析可分离，例NADH， NADPH，-CoA等辅基：结合牢固，例生物素，Zn2+等,牛胰核糖核酸酶（RNase）,羧基肽酶,单体酶（黄色圆球是Zn2+）,辅酶在酶中的作用,本身无催化功能 决定酶催化反应的类型 运输电子或某些基团 或者维持酶的空间构型,思考题：,酶可以增加在酶促反应中产物的含量。（ ）酶可以在单位时间内
3、增加在酶促反应中产物的含量。（ ）酶是一种蛋白质。（ ）所有的蛋白质都是酶。（ ）我国人工合成了第一个有生物活性的酶。（ ）由于大多数酶只能在常温下发挥作用，这在一定条件下限制了其在工业上的应用。如何找到耐高温的酶？,一、酶的催化特点与化学本质二、酶的命名及分类三、酶促反应的专一性四、酶的表征与相关进展,二、酶的命名及分类,(1)习惯命名法:1,根据其催化底物来命名；2,根据所催化反应的性质来命名；3,结合上述两个原则来命名，4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。,1.酶的命名,习惯命名法国际系统命名法,(2)国际系统命名法,系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如
4、：习惯名称:谷丙转氨酶系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶酶催化的反应: 谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸,乳酸 + NAD+,丙酮酸 + NADH + H+,乳酸：NAD+氧化还原酶,惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。,乳酸：NAD+氧化还原酶,乳酸脱氢酶,对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。,酶的编号,2. 酶的分类,1.水解酶 hydrolase2.氧化-还原酶 Oxidoreductase3.转移酶 Transferase4.裂合酶 Lyase5.异构酶 Isomerase6.合成酶 Ligase or Synthetase7.核酸质酶（催化核酸）
5、ribozyme,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。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：,(1) 水解酶 hydrolase,2. 酶的分类,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。,(2) 氧化-还原酶 Oxidoreductase,2. 酶的分类,转移酶催化基团转移反应，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。例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,(3) 转移酶 Transferase,2. 酶的分类,裂合酶催化
6、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。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。,(4) 裂合酶 Lyase,2. 酶的分类,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。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。,(5) 异构酶 Isomerase,P,P,2. 酶的分类,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 =A B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸,(6) 合
7、成酶 Ligase or Synthetase,2. 酶的分类,核酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。,(7) 核酸质酶（催化核酸） ribozyme,唯一的一类不是蛋白质分子的酶：核酶 （Ribozyme）1989 Nobel prize,转录后的RNA具有自催化的功能，将自身的内含子切除，兼有聚合与消化的功能,RNA是原始生命中最早具有催化功能的酶活性物质,一、酶的催化特点与化学本质二、酶的命名及分类三、酶促反应的专一性四、酶的表征与相关进展,三、酶促反应的专一性,结构专一性绝对、相对专一性 立体异构专一性旋光异构和几何异构,此外，每种
8、酶都有一个最适条件：温度、pH ，盐浓度等,绝对专一性：只能作用于某一底物。如：,有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对专一性(Relative Specificity)。包括族(group)专一性。如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严格要求。和键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。,相对专一性,族专一性：可作用于一类或一些结构很相似的底物。,键专一性：可作用于一类键,相对专一性,立体化学专一性,酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择性地
9、水解D葡萄糖形成的1，4糖苷键,I, 光学专一性 Optical Specificity,Stereochemical Specificity,几何专一性,有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸(反丁烯二酸）水合生成苹果酸，对马来酸则不起作用。,geometrical specificity,为什么酶对底物有如此高的选择性？,酶作用专一性的机制,（1）锁钥学说：,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。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。可逆反应？,（2）诱导契合学说,该学说认为酶表面并没有一种与底
10、物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.为酶的结构所证实,一、酶的催化特点与化学本质二、酶的命名及分类三、酶促反应的专一性四、酶的表征与相关进展,四、酶的表征与相关进展,活力与比活力固定化酶抗体酶酶模拟酶工程,酶的制备与活力的测定,酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。酶促反应速率；,酶（活力）单位：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的酶量。（U/g，U/ml）,在最适的反应条件（25）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即 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1kat单位，即 1kat
11、=1mol/s,1kat = 6107IU,酶的纯度： 比活力 = 活力单位数/ 毫克蛋白（氮）,酶的纯化鉴定：聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法,酶的保存：1.低温（0-4，-20）；2.高浓度较稳定；3.加入稳定剂；4.固定化。,酶的固定化就是把水溶性酶经物理（吸附法与包埋法）或化学方法（共价偶联法与交联法）处理后，使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶于水的状态。,吸附法：使酶被吸附于惰性固体的表面，或吸附于离子交换剂上包埋法：使酶包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。偶联法：使酶通过共价键连接于适当的不溶于水的载体上。交联法：使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。,酶的固定化方法,酶模型,酶模型是人工合成的一类具有酶的某些属性的有机化合物。虽然它的分子比较小，结构比较简单，但是含有酶所具有的主要活性基团以及与酶的活性中心相似的空间结构，能够模拟酶的某些关键性功能。目前研究得比较多的主要是水解酶和单加氧酶模型。,1.催化活性酯键水解的酶模型,2. 环糊精酶模型,环糊精是环状低聚糖的总称。其中研究得最多的是环糊精。环糊精是由六个葡萄糖分子按照 1 4连接方式形成的一种环状结构天然淀粉，并具有园柱型立体结构特点。,固定化酶抗体酶酶模拟酶工程,一、酶的催化特点与化学本质二、酶的命名及分类三、酶促反应的专一性四、酶的表征与相关进展,小结,
