生物化学2第二章酶化学zjg

1、2021-11-22zhangjg-biochemistry1张张 金金 国国2021-11-22zhangjg-biochemistry2 第一节第一节 酶的基本特征酶的基本特征 第二节第二节 酶的命名和分类构酶的命名和分类构 第三节第三节 酶的催化作用机制酶的催化作用机制 第四节第四节 酶促反应动力学和影响因素酶促反应动力学和影响因素 第五节第五节 酶活性的调节机制酶活性的调节机制2021-11-22zhangjg-biochemistry3 酶酶(enzyme)是一类具有高效率、高度专一性、活是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂。性可调节的生物催化剂。 新陈代谢新陈代谢是

2、维持生物体生长、繁殖、运动等生命活是维持生物体生长、繁殖、运动等生命活动过程的化学变化的总称。动过程的化学变化的总称。 生物体同周围环境不断地进行着物质和能量的交换，生物体同周围环境不断地进行着物质和能量的交换，它把吸收的养分转化成自身的组成部分，称为它把吸收的养分转化成自身的组成部分，称为同化同化过程；过程；生物体也在不断地将自身的组成物质分解，生物体也在不断地将自身的组成物质分解，这是这是异化过程异化过程。新陈代谢失调会引发疾病，新陈代。新陈代谢失调会引发疾病，新陈代谢停止则意味着生命终结。谢停止则意味着生命终结。 体内所有代谢反应都是酶催化的体内所有代谢反应都是酶催化的，酶是研究生命活，

3、酶是研究生命活动的关键。动的关键。酶学概述酶学概述2021-11-22zhangjg-biochemistry4 早在早在8000多年前（禹时代），我国已有利用多年前（禹时代），我国已有利用“ 酶酶 ”酿酿酒的记载。酒的记载。 一百余年前，一百余年前，pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。结果。 1877年，威廉年，威廉.屈内（屈内（kuhne）首次提出）首次提出enzyme一词。一词。 1897年，布赫纳（年，布赫纳（buchner）兄弟用不含细胞的酵母）兄弟用不含细胞的酵母提取液进行发酵，说明了发酵与细胞无关，而是由细提取液进行发酵，说明了发酵与细胞无

4、关，而是由细胞外的物质引起的。胞外的物质引起的。 1913年年michaelis和和menten提出酶促动力学原理提出酶促动力学原理米氏方程米氏方程 1926年，年，sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。2021-11-22zhangjg-biochemistry5一、酶的化学本质和组成一、酶的化学本质和组成（一）酶的化学本质（一）酶的化学本质1 1、酶是蛋白质、酶是蛋白质19261926年年sumnersumner第一次从刀豆种子中提取了脲第一次从刀豆种子中提取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。酶结晶，证明其具有蛋白质性质。3030年代，年代，northropn

5、orthrop又分离出结晶的胃蛋白酶、又分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质是蛋白质。是蛋白质。第一节第一节 酶的基本特征酶的基本特征2021-11-22zhangjg-biochemistry6 2、酶是蛋白质的证据：、酶是蛋白质的证据： （1 1）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸；元）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸；元素分析，与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基素分析，与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成，酸人工合成，19691969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。年人工合成了牛胰核糖核酸酶。 （2 2）与蛋白质的分子量

6、相似，结构相似，具有）与蛋白质的分子量相似，结构相似，具有一、二、三、四级结构。一、二、三、四级结构。 （3 3）凡使蛋白质变性的因素也可使酶变性失活；）凡使蛋白质变性的因素也可使酶变性失活；酶能被蛋白酶水解而失活。酶能被蛋白酶水解而失活。 （4 4）酶具有蛋白质的特性，如：两性解离、胶）酶具有蛋白质的特性，如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；不能通过体性质、加热使酶变性、颜色反应等；不能通过半透膜。半透膜。2021-11-22zhangjg-biochemistry7 但也发现：但也发现： 19821982年，年，cechcech首次发现首次发现rnarna也具有酶的催化也具有

7、酶的催化活性，提出核酶活性，提出核酶(ribozyme(ribozyme) )的概念。的概念。 19951995年，年，jack w.szostakjack w.szostak（绍斯塔克）研（绍斯塔克）研究室首先报道了具有究室首先报道了具有dnadna连接酶活性连接酶活性dnadna片片段，称为脱氧核酶段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme(deoxyribozyme) )。 大多数酶的化学本质是由蛋白质组成的。大多数酶的化学本质是由蛋白质组成的。 ribozyme的化学本质是的化学本质是rna2021-11-22zhangjg-biochemistry8 核酶的发现，改变了有关酶是蛋白

8、质的概核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质的概念，即：念，即： “酶是具有催化功能的生物大分子（蛋白酶是具有催化功能的生物大分子（蛋白质或质或rna）”。 酶分两大类：酶分两大类： 主要由蛋白质组成主要由蛋白质组成蛋白类酶（蛋白类酶（p酶）酶） 少数由核糖核酸组成少数由核糖核酸组成核酸类酶（核酸类酶（r酶）酶）2021-11-22zhangjg-biochemistry9（二）酶的组成（二）酶的组成 单纯酶类单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成：仅由蛋白质组成 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 结合酶类结合酶类（conjugat

9、ed enzyme): 全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白+ 辅助因子（辅酶、辅基）辅助因子（辅酶、辅基） 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶cu2+、zn2+）、乳酸脱氢酶（）、乳酸脱氢酶（nad+） 酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型。酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型。2021-11-22zhangjg-biochemistry10 酶的辅助因子酶的辅助因子 主要有金属离子和有机化合物主要有金属离子和有机化合物 有机化合物：有机化合物：nad，nadp，fad，生物素，生物素，卟啉等卟啉等 金属离子：金属离子：fe2+、fe3+ 、 zn2+、 cu+、cu2+、 mn2+、m

10、n3+、mg2+ 、k+、 na+ 、mo6+ 、co2+等。等。 辅酶辅酶(coenzyme)：与酶蛋白以非共价键结合，：与酶蛋白以非共价键结合，较松，可透析除去。较松，可透析除去。 辅基辅基(prosthetic group)：与酶蛋白以共价键结：与酶蛋白以共价键结合，较紧，透析不能除去。合，较紧，透析不能除去。2021-11-22zhangjg-biochemistry112021-11-22zhangjg-biochemistry122021-11-22zhangjg-biochemistry13 （三）（三） 同工酶同工酶 在同一个生物体内，能催化相同的化学反应，但在在同一个生物体内

11、，能催化相同的化学反应，但在酶的分子结构、理化性质和生化特性（如酶的分子结构、理化性质和生化特性（如kmkm值、电值、电泳行为等）存在明显差异的一组酶称为同工酶泳行为等）存在明显差异的一组酶称为同工酶（isoenzymeisoenzyme）。）。 例如：哺乳动物的例如：哺乳动物的乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（ldh，催化乳酸脱，催化乳酸脱氢生成丙酮酸），有氢生成丙酮酸），有5 5种形式：种形式： 分子形式：分子形式：ldhl，ldh2，ldh3，ldh4，ldh5； 亚基组成：亚基组成：h4，h3m，h2m2，hm3，m4。 乳酸脱氢酶同工酶分子都是四聚体，但其亚基组成乳酸脱氢酶同工酶分子都是四聚体，

12、但其亚基组成不同。不同组织含量不同，用于疾病诊断。不同。不同组织含量不同，用于疾病诊断。2021-11-22zhangjg-biochemistry14临床意义临床意义 1ldh1和和ldh2升高：见于急性心肌梗塞升高：见于急性心肌梗塞(ldh1ldh21)、病毒性心肌炎、风湿性心肌炎和克山病。病毒性心肌炎、风湿性心肌炎和克山病。 2ldh5和和ldh4升高：升高： (1)急性肝炎：急性肝炎：ldh5明显升高，明显升高，ldh4轻度增高；轻度增高； (2)急性肝萎缩：急性肝萎缩：ldh5和和ldh4都明显升高；都明显升高； (3)慢性肝炎、肝硬化：慢性肝炎、肝硬化：ldh5轻度升高；轻度升高；

13、 (4)骨骼肌急性损伤、皮肌炎：骨骼肌急性损伤、皮肌炎：ldh5和和ldh4都升高；都升高； (5)前列腺癌：前列腺癌：ldh5升高，升高，ldh5ldh11。 3ldh的五种同工酶都升高：见于胃癌、结肠癌和胰腺癌。的五种同工酶都升高：见于胃癌、结肠癌和胰腺癌。2021-11-22zhangjg-biochemistry15（四）核酶（四）核酶 核酶的发现核酶的发现，19821982年，年，r.cechr.cech（切赫河）等人发（切赫河）等人发现四膜虫细胞的现四膜虫细胞的26s rrna26s rrna前体具有自我剪接功能，前体具有自我剪接功能，将这种将这种具有催化活性的天然具有催化活性的天

14、然rna称为核酶称为核酶ribozyme。 19831983年，年， altmanaltman等人发现核糖核酸酶等人发现核糖核酸酶p p的的rnarna组组分具有加工分具有加工trnatrna前体的催化功能。而前体的催化功能。而rnasernase p p中中的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作用。用。 核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质的概念，核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质的概念，cechcech和和altmanaltman获得获得19891989年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。2021-11-22zhangjg-biochemistry16 核酶核酶

15、在阻断基因表达和抗病毒方面的应用前景在阻断基因表达和抗病毒方面的应用前景 ribozymeribozyme能特异性地切割靶能特异性地切割靶rnarna序列，序列， 核酶药物核酶药物选择性地裂解癌细胞或病毒的选择性地裂解癌细胞或病毒的rnarna，从，从而阻断它们合成蛋白质。而阻断它们合成蛋白质。 例如针对例如针对hivhiv病毒病毒rnarna序列和结构，设计出专门裂序列和结构，设计出专门裂解解hivhiv病毒的病毒的rnarna的核酶，而这种核酶对正常细胞的核酶，而这种核酶对正常细胞rkarka则没有影响。则没有影响。 核酶药物使用剂量较少，毒性也较小，并且病毒核酶药物使用剂量较少，毒性也较

16、小，并且病毒较难产生耐受性。具较难产生耐受性。具有广阔的应用前景和极大的有广阔的应用前景和极大的临床实用价值。临床实用价值。2021-11-22zhangjg-biochemistry17 （五（五 ）模拟酶）模拟酶 模拟酶（模拟酶（model enzyme ）用化学的方法合成具）用化学的方法合成具有催化功能的非蛋白质分子或蛋白质分子，来模有催化功能的非蛋白质分子或蛋白质分子，来模拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内的化学反应过程。的化学反应过程。 酶是一类有催化活性的蛋白质，具有许多优点。酶是一类有催化活性的蛋白质，具有许多优点。但酶容易受到多

17、种物理、化学因素的影响而失活，但酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活，所以不能用酶广泛取代工业催化剂。所以不能用酶广泛取代工业催化剂。 研究模拟酶是为了解决酶的以上缺点，是一个新研究模拟酶是为了解决酶的以上缺点，是一个新的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。 有以下几方面：模拟酶的金属辅基、模拟酶的活有以下几方面：模拟酶的金属辅基、模拟酶的活性功能基、模拟酶的高分子作用方式、模拟酶与性功能基、模拟酶的高分子作用方式、模拟酶与底物的作用、模拟酶的性状等。底物的作用、模拟酶的性状等。2021-11-22zhangjg-biochemistry18

18、（六）抗体酶（六）抗体酶 abzyme 抗体酶是一种人工酶，本质上是一种具有催化能力的抗抗体酶是一种人工酶，本质上是一种具有催化能力的抗体。而单纯的抗体没有催化能力。体。而单纯的抗体没有催化能力。 通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。 获得抗体酶的途径：获得抗体酶的途径：采用过渡态的底物类似物诱导；采用过渡态的底物类似物诱导；在现有的抗体基础上，通过化学修饰或通过蛋白质工在现有的抗体基础上，通过化学修饰或通过蛋白质工程向其配体结合部位导入催

19、化基团。程向其配体结合部位导入催化基团。拷贝法。拷贝法。 抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作酶，设计针对于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作酶，设计针对性强、药效高的药物。性强、药效高的药物。 2021-11-22zhangjg-biochemistry19二、酶催化作用的特点二、酶催化作用的特点问题一：问题一：化学催化剂具有哪些特点？化学催化剂具有哪些特点？2021-11-22zhangjg-biochemistry20 酶与非生物催化剂相比的几点共性：酶与非生物催化剂相比的几点共性： 参与反应

20、，反应前后自身组成不变；参与反应，反应前后自身组成不变； 能提高化学反应速率，但不改变化学反能提高化学反应速率，但不改变化学反应平衡点；应平衡点； 通过降低反应活化能，加快反应速度；通过降低反应活化能，加快反应速度； 只能催化热力学允许的反应。只能催化热力学允许的反应。2021-11-22zhangjg-biochemistry21酶催化作用的特点：酶催化作用的特点：n（1） 极高的催化效率；极高的催化效率；n（2） 极高的催化专一性；极高的催化专一性；n（3） 可调节性可调节性 酶活性、酶量；酶活性、酶量；n（4） 反应条件温和反应条件温和 常温、常压，中性常温、常压，中性ph环境。环境。2

21、021-11-22zhangjg-biochemistry22（一）酶催化作用的（一）酶催化作用的高高效性效性1、催化效率、催化效率 酶催化反应速度与加普通催化剂相比可提高酶催化反应速度与加普通催化剂相比可提高1061012倍，是相应的无催化反应的倍，是相应的无催化反应的108 1020倍。倍。 例如例如: 1mol马肝过氧化氢酶在一定条件下可催化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，在同样条件下摩尔过氧化氢分解，在同样条件下1mol铁铁只能催化只能催化6104摩尔过氧化氢分解。因此，这摩尔过氧化氢分解。因此，这个酶的催化效率是铁的个酶的催化效率是铁的1010倍。也就是说，

22、用过倍。也就是说，用过氧化氢酶在氧化氢酶在1秒内催化的反应，同样数量的铁需秒内催化的反应，同样数量的铁需要要300年才能反应完。年才能反应完。2021-11-22zhangjg-biochemistry23酶促反应的本质酶促反应的本质降低反应活化能降低反应活化能例如：例如：h2o2的分解，的分解，当没有催化剂时活化当没有催化剂时活化能为能为75.24kj/mol；用钯作催化剂时活化用钯作催化剂时活化能为能为48.9kj/mol；而用过氧化氢酶作催而用过氧化氢酶作催化剂时，活化能下降化剂时，活化能下降为为8.36kj/mol以下。以下。2、活化能与过渡态、活化能与过渡态2021-11-22zha

23、ngjg-biochemistry24 酶催化的反应称为酶催化的反应称为酶促反应。酶促反应。 酶酶首先与首先与底物底物（反应物）结合，生成不稳（反应物）结合，生成不稳定的中间产物定的中间产物es （a）；然后分解为反应）；然后分解为反应产物产物而释放出酶。而释放出酶。2021-11-22zhangjg-biochemistry25（二）（二） 酶催化作用的专一性酶催化作用的专一性n1、概念及特点、概念及特点n酶只催化某一类底物发生特定的反应，产生一定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。的产物，这种特性称为酶的专一性。n酶都有极高的专一性，几乎没有副反应发生

24、。酶都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。n1）绝对专一性：）绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，化一个反应， 而不作用于任何其它物质。而不作用于任何其它物质。n如：脲酶只能催化尿素的分解，对甲基尿素无作如：脲酶只能催化尿素的分解，对甲基尿素无作用。用。n再如：琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸再如：琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸2021-11-22zhangjg-biochemistry262）相对专一性：）相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性和基团专一性。包括键专一性和基团专一性。（1）键专一性）键专一性如

25、酯酶能水解不同脂肪酸形成的酯键如酯酶能水解不同脂肪酸形成的酯键2021-11-22zhangjg-biochemistry27 （2）族专一性）族专一性 不但要求底物具有一定化学键，而且对此化学键不但要求底物具有一定化学键，而且对此化学键两端连接的两个原子基团亦有一定的要求两端连接的两个原子基团亦有一定的要求 如：如：a -葡萄糖苷酶，要求底物必须是葡萄糖苷酶，要求底物必须是a-糖苷键形糖苷键形成的糖苷。麦芽糖、蔗糖成的糖苷。麦芽糖、蔗糖2021-11-22zhangjg-biochemistry28 3） 立体异构专一性立体异构专一性 概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，概念：酶除了对

26、底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求对其立体异构也有一定的要求 类别：旋光异构专一性和几何异构专一性类别：旋光异构专一性和几何异构专一性 （1）旋光异构专一性）旋光异构专一性 酶只作用于旋光异构体的一种。如酶只作用于旋光异构体的一种。如l-精氨酸酶只精氨酸酶只对对l-精氨酸起分解作用，而对精氨酸起分解作用，而对d -精氨酸则无作用。精氨酸则无作用。2021-11-22zhangjg-biochemistry29 （2）几何异构专一性）几何异构专一性 当底物具有几何异构体时，酶只作用其中的一种。当底物具有几何异构体时，酶只作用其中的一种。例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸生成延胡

27、索例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸生成延胡索酸（反丁烯二酸），而不促成顺丁烯二酸。酸（反丁烯二酸），而不促成顺丁烯二酸。酶催化作用专一性具有非常重要的意义酶催化作用专一性具有非常重要的意义2021-11-22zhangjg-biochemistry302 2、酶作用专一性假说、酶作用专一性假说-酶与底物的结合酶与底物的结合（1 1）锁钥模型锁钥模型(lock-key hypothesis)(lock-key hypothesis) fisher 1894 认为：底物分子或其一部分像钥匙一样，专认为：底物分子或其一部分像钥匙一样，专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点的一地插入酶活性中心，通过多

28、个结合位点的结合，形成酶结合，形成酶底物复合物。底物复合物。 酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关敏感键，进行催化反应。敏感键，进行催化反应。2021-11-22zhangjg-biochemistry312021-11-22zhangjg-biochemistry32 锁钥模型将酶分子结构看成是互补的、锁钥模型将酶分子结构看成是互补的、刚性的，较好地解释了立体异构专一刚性的，较好地解释了立体异构专一性；性； 但未能解释可逆反应，但未能解释可逆反应，即许多酶可以即许多酶可以同时催化正、负反应，锁钥模型无法同时催化正、负反应，锁钥模型无法解释当酶与底物结合

29、后，再与产物结解释当酶与底物结合后，再与产物结合的事实。合的事实。2021-11-22zhangjg-biochemistry33（ 2 ） 诱 导 楔 合 模 型 （诱 导 楔 合 模 型 （ i n d u c e d - f i t hypothesis） koshlandkoshland ， 19581958 认为：酶活性部位的形状与底物的形状并非认为：酶活性部位的形状与底物的形状并非完全互补，当酶分子与底物分子接近时，酶完全互补，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质受底物分子蛋白质受底物分子诱导诱导，构象发生有利于与，构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补底物结合的变化

30、，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。楔合，进行反应。 认为酶具有一定的柔性。认为酶具有一定的柔性。2021-11-22zhangjg-biochemistry342021-11-22zhangjg-biochemistry35三、三、 酶活力测定酶活力测定 （一）（一） 酶活力的概念酶活力的概念 1 1、酶活力、酶活力（enzyme activityenzyme activity） ：酶催化：酶催化底物发生化学反应的能力，也称底物发生化学反应的能力，也称酶活性酶活性。 测定酶活力，实际上就是测定酶促反应进测定酶活力，实际上就是测定酶促反应进行的速度。行的速度。 酶促反应速度越快，酶活力就越

31、大；反之，酶促反应速度越快，酶活力就越大；反之，速度越慢，酶活力就越小。速度越慢，酶活力就越小。 2021-11-22zhangjg-biochemistry36酶促反应的酶促反应的初速度初速度: 底物开始反应之后，很短一段底物开始反应之后，很短一段时间内的反应速度。反应时间一般采用时间内的反应速度。反应时间一般采用5-10min。 引起酶促反应速度增引起酶促反应速度增加或下降的原因很多，加或下降的原因很多，如：底物浓度下降、如：底物浓度下降、产物对酶的抑制、由产物对酶的抑制、由于产物浓度增加而加于产物浓度增加而加速了逆反应、酶变性速了逆反应、酶变性等。因此，为了排除等。因此，为了排除上述干扰

32、，酶活力应上述干扰，酶活力应该用酶促反应的初速该用酶促反应的初速度来表示。度来表示。2021-11-22zhangjg-biochemistry372、酶活力单位、酶活力单位 （1）国际单位）国际单位 国际生物化学协会酶学委员会对国际生物化学协会酶学委员会对酶活力单位酶活力单位作了作了下列规定：在下列规定：在25、最适、最适ph、饱和底物浓度的、饱和底物浓度的反应条件下，反应条件下，1min内将内将1微摩尔微摩尔(mol)的底物转的底物转化为产物所需要的酶量，定为一个国际单位，化为产物所需要的酶量，定为一个国际单位， （1u1molmin ）。）。 如果底物分子有一个以上可被作用的化学键，则如

33、果底物分子有一个以上可被作用的化学键，则一个酶活力单位，便是一个酶活力单位，便是 1min 使使 1mol 有关基有关基团转化所需要的酶量。团转化所需要的酶量。2021-11-22zhangjg-biochemistry38 （2）kat 为了使酶活力单位与国际单位制中的反应速度为了使酶活力单位与国际单位制中的反应速度（mol /s ）相一致，）相一致，1972 年国际酶学委员会正年国际酶学委员会正式推荐用式推荐用 kat（katal，催量）作为酶活力单位。，催量）作为酶活力单位。 规定为：规定为：在最适条件下，每秒钟内能使在最适条件下，每秒钟内能使 1mol 底物转化成产物所需要的酶量，定为

34、一个底物转化成产物所需要的酶量，定为一个kat 单位（单位（1kat 1mo1s）。）。 kat 与国际单位与国际单位 (iu ) 的互算关系如下：的互算关系如下： 1 kat 6107 u 1 u 16.6710-9 kat 16.67 nkat2021-11-22zhangjg-biochemistry39 （3 3）习惯酶活力单位）习惯酶活力单位 在实际使用中，比较方便、直观，规定的酶活力在实际使用中，比较方便、直观，规定的酶活力单位。不同酶有各自的规定，如：单位。不同酶有各自的规定，如： -淀粉酶活力单位：每小时分解淀粉酶活力单位：每小时分解1g1g可溶性淀粉可溶性淀粉的酶量为一个酶单

35、位。的酶量为一个酶单位。 糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化可溶性淀粉产生可溶性淀粉产生1mg1mg还原糖（以葡萄糖计）所需的还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。酶量为一个酶单位。 蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生产生1g1g酪氨酸所需的酶量。酪氨酸所需的酶量。 dnadna限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内可完全消化可完全消化1g1g纯化的纯化的dnadna所需的酶量。所需的酶量。2021-11-22zhangjg-biochemistry40酶

36、的比活力酶的比活力 每毫克酶蛋白（酶制剂）所含的酶活力单位数称每毫克酶蛋白（酶制剂）所含的酶活力单位数称为为酶的比活力酶的比活力，用，用 u umg mg 蛋白表示。蛋白表示。 酶的比活力酶的比活力是酶制剂的一个是酶制剂的一个纯度指标纯度指标。对同一种。对同一种酶来说，比活力愈高，表明酶纯度愈高。酶来说，比活力愈高，表明酶纯度愈高。2021-11-22zhangjg-biochemistry41 酶活力的测定方法：酶活力的测定方法： 分光光度法、荧光分光光度法分光光度法、荧光分光光度法 、同位素标、同位素标记法、电化学法、紫外可见分光光度法、记法、电化学法、紫外可见分光光度法、 酶偶联法酶偶联

37、法 等等 主要是测反应初速度主要是测反应初速度 反应时间一般采用反应时间一般采用5-10min。 只要测定方法足够灵敏准确，原则上，反只要测定方法足够灵敏准确，原则上，反应时间愈短愈好。应时间愈短愈好。（二）酶活力的测定方法（二）酶活力的测定方法2021-11-22zhangjg-biochemistry42四、酶的分离和纯化四、酶的分离和纯化 酶在生物细胞中的分布，分两类酶在生物细胞中的分布，分两类 （1）胞内酶）胞内酶：在细胞内产生，并在细胞内：在细胞内产生，并在细胞内起催化作用。起催化作用。 疾病诊断指标疾病诊断指标 （2）胞外酶）胞外酶：在细胞内产生后分泌到细胞：在细胞内产生后分泌到细

38、胞外发挥作用。大都是水解酶，如胃蛋白酶、外发挥作用。大都是水解酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、溶菌酶。胰蛋白酶、溶菌酶。2021-11-22zhangjg-biochemistry43 酶分离纯化的原则：酶分离纯化的原则： 在整个分离纯化过程中要始终保持酶的活在整个分离纯化过程中要始终保持酶的活性。性。 防止变性失活！防止变性失活！ 低温、快速低温、快速 酶活性的测定应始终贯穿于整个分离纯化酶活性的测定应始终贯穿于整个分离纯化过程中，以便于监测酶活性的变化、掌握过程中，以便于监测酶活性的变化、掌握酶的纯化程度，选择和确定酶的分离纯化酶的纯化程度，选择和确定酶的分离纯化方法。方法。2021-11-22

39、zhangjg-biochemistry44酶的提取、分离纯化技术路线酶的提取、分离纯化技术路线细胞破碎细胞破碎酶提取酶提取酶分离纯化酶分离纯化酶浓缩酶浓缩酶贮存酶贮存动物、植物或微生物细胞动物、植物或微生物细胞发酵液发酵液离心分离，过滤分离，沉淀分离心分离，过滤分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃离，层析分离，电泳分离，萃取分离，结晶分离等。取分离，结晶分离等。2021-11-22zhangjg-biochemistry45 （一）材料选择和预处理（一）材料选择和预处理 酶的分离纯化在材料选择、细胞破碎、粗酶的分离纯化在材料选择、细胞破碎、粗制品的获得以及分离纯化方面与蛋白质十制品的获得以

40、及分离纯化方面与蛋白质十分相似。分相似。2021-11-22zhangjg-biochemistry46（二）细胞破碎（二）细胞破碎许多酶存在于细胞内。许多酶存在于细胞内。为了提取这些胞内酶，为了提取这些胞内酶，首先需要对细胞进行破首先需要对细胞进行破碎处理。碎处理。1）机械破碎）机械破碎2）物理破碎）物理破碎3）化学破碎）化学破碎4）酶解破碎）酶解破碎jy92-ii d超声波超声波细胞粉碎机细胞粉碎机细胞破碎珠细胞破碎珠高压细胞破碎机高压细胞破碎机dy89-i型型 电动玻璃匀浆机电动玻璃匀浆机2021-11-22zhangjg-biochemistry47机械破碎机械破碎捣碎法捣碎法研磨法研

41、磨法匀浆法匀浆法物理破碎物理破碎温度差破碎法温度差破碎法压力差破碎法压力差破碎法超声波破碎法超声波破碎法化学破碎化学破碎有机溶剂：有机溶剂：甲苯、丙酮甲苯、丙酮丁醇、氯仿丁醇、氯仿表面活性剂：表面活性剂：triton、tween酶促破碎酶促破碎自溶法自溶法外加酶制剂法外加酶制剂法通过机械运动产生的剪切通过机械运动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。力，使组织、细胞破碎。通过各种物理因素的作用，通过各种物理因素的作用，使组织、细胞的外层结构破使组织、细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。坏，而使细胞破碎。通过各种化学试剂对细胞通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎膜的作用，而使细胞破碎通过细胞本身

42、的酶系或外通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎而达到细胞破碎细胞破碎方法及其原理细胞破碎方法及其原理本章目录2021-11-22zhangjg-biochemistry48 酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为酶的抽提酶的抽提。 酶提取时首先应根据酶提取时首先应根据酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂。 1 1、水

43、提取法：、水提取法：酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、稀盐溶液等进行提取，稀盐溶液等进行提取， 2 2、有机溶剂提取法：、有机溶剂提取法：有些酶与脂质结合或含有较多的非极性有些酶与脂质结合或含有较多的非极性基团，则可用有机溶剂提取。基团，则可用有机溶剂提取。 提高温度，降低溶液粘度、增加扩散面积、增大浓度差等都有提高温度，降低溶液粘度、增加扩散面积、增大浓度差等都有利于提高酶分子的扩散速度，从而增大提取效果。利于提高酶分子的扩散速度，从而增大提取效果。为了提高酶的提取率并防止酶的变性失活，在提取过程中还要为了提高酶的提取率并防止酶的变性失活，在提取

44、过程中还要注意控制好注意控制好温度、温度、ph值值等提取条件。等提取条件。（三）酶的提取（三）酶的提取2021-11-22zhangjg-biochemistry49 （四）分离纯化（四）分离纯化 盐析法、等电点沉淀法、色谱法均可用于盐析法、等电点沉淀法、色谱法均可用于酶的分离纯化，特别是亲和层析法在酶的酶的分离纯化，特别是亲和层析法在酶的分离纯化过程中占有重要地位。分离纯化过程中占有重要地位。2021-11-22zhangjg-biochemistry50 （五）酶的保存（五）酶的保存 （1）干燥：）干燥：干燥器（加干燥剂）干燥器（加干燥剂） （2）低温：）低温：04冰箱、低温冰箱冰箱、低温

45、冰箱-25-50、液氮、液氮-196 （3）防腐剂和稳定剂）防腐剂和稳定剂 防腐剂：甲苯、氯仿、苯甲酸、苯甲酸钠、防腐剂：甲苯、氯仿、苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙 稳定剂：稳定剂：硫酸铵、甘油、蔗糖或酶的底物硫酸铵、甘油、蔗糖或酶的底物辅基等辅基等2021-11-22zhangjg-biochemistry51第二节第二节 酶的命名与分类酶的命名与分类 目前已发现目前已发现4000种酶。种酶。 一、酶的命名一、酶的命名 1、习惯命名法、习惯命名法 （1）底物名称，）底物名称， 脲酶、淀粉酶、蛋白酶脲酶、淀粉酶、蛋白酶 （2）反应性质，）反应性质， 脱氢酶、

46、加氧酶、转氨酶脱氢酶、加氧酶、转氨酶 （3）两者结合，）两者结合， 琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶 （4）酶的来源，）酶的来源， 胃蛋白酶、木瓜蛋白酶胃蛋白酶、木瓜蛋白酶 混乱混乱2021-11-22zhangjg-biochemistry52 2.国际系统命名法国际系统命名法 基本原则：明确标明酶的底物及催化反应基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。的性质（底物为水时可略去不写）。底物底物1：底物：底物2 反应类型反应类型 如：琥珀酸：如：琥珀酸：fad氧化还原酶氧化还原酶2021-11-22zhangjg-biochemistry533、 国

47、际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（ec编号）编号）（1）按反应性质分六大类，用）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。表示。（2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大）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，编号用类分为若干个亚类，编号用1、2、3 等。等。（3）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1、2、3等表示。等表示。 每一个酶的编号由每一个酶的编号由4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”隔开。隔开。 第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示

48、亚表示亚-亚类，第四个数字表示在亚亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。亚中的编号。 可以上网（可以上网（/enzyme/）查到酶的系）查到酶的系统名称和统名称和ec编号。编号。2021-11-22zhangjg-biochemistry54 例如：例如： 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶ec ， 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶ec7 ， 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶ec7 第一个数字表示大类：第一个数字表示大类： 氧化还原氧化还原 第二个数字表示反应基团：醇基第二个数字表示反应基团：醇基 第三个数字表示电子受体：第三个数字表示电子受体：nad+或或

49、nadp+ 第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。果酸。 2021-11-22zhangjg-biochemistry55（一）根据酶蛋白结构特点分类（一）根据酶蛋白结构特点分类可分为：可分为：单体酶、寡聚酶、多酶复合体单体酶、寡聚酶、多酶复合体（1 1）单体酶单体酶由一条多肽链组成的酶分子，通常为水解酶。由一条多肽链组成的酶分子，通常为水解酶。相对分子量相对分子量1.31.31043.53.5104如：溶菌酶、羧肽酶等如：溶菌酶、羧肽酶等 牛胰牛胰rnasernase 124aa 124aa 单链单链 鸡卵清溶菌酶鸡卵清溶菌酶 129aa 129a

50、a 单链单链二、酶的分类与常见酶实例二、酶的分类与常见酶实例2021-11-22zhangjg-biochemistry562021-11-22zhangjg-biochemistry57（2） 寡聚酶寡聚酶 含多条肽链、多个亚基。相对分子量含多条肽链、多个亚基。相对分子量3.5104。 含相同亚基的寡聚酶：含相同亚基的寡聚酶： 苹果脱胱氢酶（鼠肝），苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基个相同的亚基 含不同亚基的寡聚酶：含不同亚基的寡聚酶： 琥珀酸脱氢酶（牛心），琥珀酸脱氢酶（牛心），、2个亚基个亚基 寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与

51、酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。关。 大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。2021-11-22zhangjg-biochemistry582021-11-22zhangjg-biochemistry59（3） 多酶复合体（多酶体系）多酶复合体（多酶体系） 由两个或两个以上的酶，相互组织而成，其中每一个酶催由两个或两个以上的酶，相互组织而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。谢途径的一部分。 例

52、如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成 丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（e1） ， 以二聚体存在以二聚体存在 29600 硫辛酸转乙酰基酶（硫辛酸转乙酰基酶（e2） 70000 二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（e3） ， 以二聚体存在以二聚体存在 256000 12个个e1 二聚体二聚体 2496000 24个个e2 单体单体 2470000 6个个e3 二聚体二聚体 1256000 总分子量：总分子量：560万万2021-11-22zhangjg-biochemistry60第二节第二节 酶的分类和命名酶的分类和命名（二）按照催化反应的类型分类

53、（二）按照催化反应的类型分类国际酶学委员会制定的国际酶学委员会制定的“国际系统分类法国际系统分类法”将酶分为将酶分为六大类六大类: :1.1.氧化还原酶氧化还原酶: : 催化氧化还原反应的酶。催化氧化还原反应的酶。ch3chcoohohnad+h+ch3ccoohonadh如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应2021-11-22zhangjg-biochemistry612.转移酶：转移酶：催化基团转移反应，即将一个底物分催化基团转移反应，即将一个底物分子上的基团转移到另一个底物的分子上。子上的基团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：例如，

54、谷丙转氨酶催化的氨基转移反应：ch3chcoohnh2hoocch2ch2ccoohohoocch2ch2chcoohnh2ch3ccooho2021-11-22zhangjg-biochemistry62 3.水解酶：水解酶：催化底物的加水分解反应。催化底物的加水分解反应。 包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶催化的脂的水解反应：例如，脂肪酶催化的脂的水解反应：h2ocooch2ch3rrcoohch3ch2oh2021-11-22zhangjg-biochemistry63 4.裂解酶（裂合酶）：裂解酶（裂合酶）：催化从底物上移去某些催化从底

55、物上移去某些基团而形成双键的（非水解性）反应或其逆反基团而形成双键的（非水解性）反应或其逆反应的酶。应的酶。 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：醛缩酶醛缩酶裂解裂解 1, 6-二磷酸果糖，生成磷酸二羟丙酮和二磷酸果糖，生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2021-11-22zhangjg-biochemistry64 5.异构酶：异构酶：催化同分异构体的相互转变，催化同分异构体的相互转变，即底物分子内基团或原子的重排过程的酶。即底物分子内基团或原子的重排过程的酶。例如，例如，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。202

56、1-11-22zhangjg-biochemistry65 6.合成酶：合成酶：又称为连接酶，能够催化又称为连接酶，能够催化c-c、c-o、c-n 以及以及c-s 键的形成反应。这类键的形成反应。这类反应必须与反应必须与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 +pia + b + atp + h-o-h =ab + adp +pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸丙酮酸 + co+ co2 2 草酰乙酸草酰乙酸2021-11-22zhangjg-biochemistry662021-11-22z

57、hangjg-biochemistry67一、一、 酶的活性部位酶的活性部位 （一）酶的活性中心（一）酶的活性中心 酶分子量很大，直接与底物接触和起催化作用的酶分子量很大，直接与底物接触和起催化作用的只是很小部分，占酶总体积的只是很小部分，占酶总体积的1%2%。 酶活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的酶活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的部位。部位。 包括底物包括底物结合部位、催化部位结合部位、催化部位。 活性中心出现频率最高的氨基酸残基：活性中心出现频率最高的氨基酸残基：ser、his、cys、tyr（酪）、（酪）、asp、glu、lys。 第三节第三节 酶的催化机理酶的催化机理20

58、21-11-22zhangjg-biochemistry682021-11-22zhangjg-biochemistry69 酶的必需基团与非必需基团酶的必需基团与非必需基团 表现酶催化活力所必需的部分称为表现酶催化活力所必需的部分称为必需基团必需基团。必。必需基团包括活性中心和维持酶分子高级结构所需需基团包括活性中心和维持酶分子高级结构所需的基团。的基团。 酶分子分为酶分子分为4类残基：类残基： （1）接触残基：）接触残基： （2）辅助残基：）辅助残基： （3）结构残基：）结构残基： （4）非贡献残基：）非贡献残基：2021-11-22zhangjg-biochemistry70（1）接触残

59、基：）接触残基：结合基团，催化基团，负责底物的结合基团，催化基团，负责底物的结合与催化。结合与催化。（2）辅助残基：）辅助残基：不与底物接触，辅助酶与底物结合，不与底物接触，辅助酶与底物结合，协助接触残基。协助接触残基。上述两类残基构成酶活性中心。上述两类残基构成酶活性中心。（3）结构残基：）结构残基：维持酶分子三维构象，与酶活性相维持酶分子三维构象，与酶活性相关，但不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心关，但不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心以外的必需残基以外的必需残基上述三类残基统称酶的必需基团上述三类残基统称酶的必需基团（4）非贡献残基（非必需基团）：）非贡献残基（非必需基团）：与酶活性

60、无关，与酶活性无关，可能对酶的免疫、活性调节、运输、寿命、防止可能对酶的免疫、活性调节、运输、寿命、防止降解等方面起作用。降解等方面起作用。 2021-11-22zhangjg-biochemistry712021-11-22zhangjg-biochemistry72接触残基：接触残基：r1、r2、r6、r8、r9、r163辅助残基：辅助残基：r3、r4、r5、r164、r165结构残 基 ：结构残 基 ： r10、r162、r169非贡献残基：其它非贡献残基：其它2021-11-22zhangjg-biochemistry73 （二）研究酶活性中心的方法（二）研究酶活性中心的方法 酶活性中