酶学基础(一)

1、酶学基础（一）酶学基础（一）1.1 1.1 酶的基础知识酶的基础知识 酶的命名酶的命名 酶的分类酶的分类 酶的化学本质及其组成酶的化学本质及其组成 酶催化作用的特性酶催化作用的特性 酶促反应的机制酶促反应的机制1.2 1.2 酶促反应动力学酶促反应动力学1.3 1.3 酶活力的概念及其测定酶活力的概念及其测定 (1) (1)习惯命名法习惯命名法: : 根据其催化底物来命名；根据其催化底物来命名； 根据所催化反应的性质来命名；根据所催化反应的性质来命名； 结合上述两个原则来命名，结合上述两个原则来命名， 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。1

2、1.1.1 .1.1 酶的命名酶的命名(2)(2)国际系统命名法国际系统命名法 系统名称包括底物名称、反应性质，最系统名称包括底物名称、反应性质，最后加一个酶字。后加一个酶字。 例如：例如： 习惯名称习惯名称: :葡萄糖磷酸转移酶葡萄糖磷酸转移酶 系统名称系统名称: : ATPATP：葡萄糖磷酸转移酶葡萄糖磷酸转移酶 酶催化的反应酶催化的反应: : ATP + D ATP + D- -葡萄糖葡萄糖 ADP + D ADP + D- -葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 分类编号是：分类编号是：E.C.2.7.1.1E.C.2.7.1.11.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类1氧化还原酶氧化还原酶

3、2转移酶转移酶3水解酶水解酶4裂合酶裂合酶5异构酶异构酶6连接酶（合成酶）连接酶（合成酶）7核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸）1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH(1) (1) 氧化氧化-还原酶还原酶 Oxidoreductase 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)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(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。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONAD

4、H1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子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。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。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。(2) (2) 转移酶转移酶 TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOC

5、CH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO(3) (3) 水解酶水解酶 hydrolase 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。 AB+HAB+H2 2OAOH+BHOAOH+BH 例如，脂肪酶例如，脂肪酶( (Lipase) )催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合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。原子形成双键的反应及其

6、逆反应。 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。 21 21或或12,12,A+B AB A+B AB 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) (4) 裂合酶裂合酶 LyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，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。即底物分子内基团或原子的重排过程。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。(5) (5) 异构酶异构酶 Isomera

7、seOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类 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-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。 A + B + ATP + H-O-H =A-B + ADP +PiA + B + ATP + H-O-H =A-B + 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 + + COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸(6

8、) (6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase1.1.2 1.1.2 酶的分类酶的分类（7 7）核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸） Ribozymen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RNARNA，能够催化，能够催化RNARNA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应。酶用于生物催化的概况类别类别占总酶占总酶比例比例%利用率利用率%水解酶水解酶 hydrolases2665氧化还原酶氧化还原酶oxidoreductases2725转移酶转移酶 transferases245裂合酶裂合酶 lyases125

9、异构酶异构酶 isomerases51连接酶连接酶 ligases61（1）酶的化学本质）酶的化学本质1926 J.B Sumner：首次从刀豆中得首次从刀豆中得到脲酶结晶，并证明其化学本质是到脲酶结晶，并证明其化学本质是蛋白质蛋白质.1982 Thomas R Cech从四膜虫发现从四膜虫发现rRNA的自身催化作用，并提出了核的自身催化作用，并提出了核酶（酶（ribozyme）的概念的概念1.1.3 1.1.3 酶的化学本质及其组成酶的化学本质及其组成 酶是具有生物催化功能的生物大分子。酶是具有生物催化功能的生物大分子。 分为两类：蛋白类酶（分为两类：蛋白类酶（P P酶）酶） 核酸酶（核酸酶

10、（R R酶）酶）除了具有催化能力的除了具有催化能力的DNADNA和和RNARNA之外，酶的化学本质为蛋白质。之外，酶的化学本质为蛋白质。依据依据1 1、酶的分子量属于典型的蛋白质分子质量数量级、酶的分子量属于典型的蛋白质分子质量数量级2 2、酶由氨基酸组成、酶由氨基酸组成3 3、酶具有两性性质、酶具有两性性质4 4、酶易变性失活、酶易变性失活 （2 2）酶的分子组成）酶的分子组成 单纯酶单纯酶: : 仅由肽链构成仅由肽链构成 结合酶结合酶: : 蛋白质蛋白质 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分 全酶全酶 ( (酶蛋白酶蛋白 + + 辅助因子辅助因子) )l辅助因子辅助因子: :酶蛋白中非蛋白质部

11、分，它可以是酶蛋白中非蛋白质部分，它可以是 无机离子也可以是有机化合物。无机离子也可以是有机化合物。 金属离子金属离子, ,小分子有机化合物小分子有机化合物l分类分类: :辅酶辅酶: :有机辅因子与酶蛋白结合疏松有机辅因子与酶蛋白结合疏松 辅基辅基: :有机辅因子与酶蛋白结合紧密有机辅因子与酶蛋白结合紧密辅助因子在酶促反应中的作用辅助因子在酶促反应中的作用特点特点 在催化反应过程中，直接参加了反应。都具有在催化反应过程中，直接参加了反应。都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反应特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反应 有些金属离子可以作为维持空间构象。有些金属离子可以作为维持空间构象。

12、可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。的底物类型（底物专一性）。酶分子中的金属离子酶分子中的金属离子 在金属酶中在金属酶中, ,酶蛋白与金属离子结合紧密。如酶蛋白与金属离子结合紧密。如 FeFe2+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

13、子，在酶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，原子或功能团促反应中传递电子，原子或功能团。1）核酶核酶 Ribozyme：具有生物催化功能某些具有生物催化功能某些RNA分子。分子。 特点：特点： 化学本质化学本质 RNA 底物底物 RNA DNA 多糖多糖 氨基酸脂氨基酸脂 反应特异性反应特异性(专一性）碱基专一性）碱基 催化效率催化效率 低低2） 脱氧核酶脱氧核酶 具有催化功能的具有催化功能的DNADNA分子。分子。 特点：特点： 1 1、双链稳定性越高，酶活性越高、双链稳定性越高，酶活性越高 2 2、对、对MgMg2+2+,Zn,Zn2+2+,Ca,Ca2+2+,Mn,

14、Mn2+2+有依赖性有依赖性 3 3、组氨酸，精氨酸促进催化活性、组氨酸，精氨酸促进催化活性 4 4、极强的切割特异性（单碱基错配即可大幅降低切割、极强的切割特异性（单碱基错配即可大幅降低切割活性）活性）3）抗体酶）抗体酶 具有催化能力的蛋白质，其实质是免疫球蛋白。具有催化能力的蛋白质，其实质是免疫球蛋白。 特点：特点： 1、与配体、与配体(底物底物)结合的专一性，包括立体专一结合的专一性，包括立体专一 性，性，（抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天（抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然酶的专一性）；然酶的专一性）； 2、具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比、具有高效催化性，一般

15、抗体酶催化反应速度比非催化反应快非催化反应快104108倍，有的反应速度已接近倍，有的反应速度已接近于天然酶促反应速度；于天然酶促反应速度； 3、抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学、抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学及及pH依赖性等依赖性等。（3 3） 酶的分子结构酶的分子结构 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构 四级结构四级结构（一）（一） 酶分子的结构酶分子的结构（3 3） 酶的分子结构酶的分子结构 结合部位结合部位 Binding site 酶分子中与底物结合酶分子中与底物结合的部位或区域一般称的部位或区域一般称为结合部位。为结合部位。（二）（二） 酶分子的

16、结构特点酶分子的结构特点 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酶所催化反应的性质。的性质。催化部位催化部位 catalytic siteH2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH酶活性中心的必需基团酶活性中心的必需基团 主要包括：主要包括： 亲核性基团：丝氨酸亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑巯基和组氨酸的咪唑基。基。 酸碱性基团：天酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨酸冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等胱氨