江南大学801生物化学总结4----酶化学.doc

第五章 酶化学Enzyme※ 酶是生物催化剂biocatalyst※ 酶是由活细胞产生的、能在体内或体外起同样催化作用的、一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子※ 酶是生物体内一切化学反应的催化剂；※ 酶是新陈代谢的基础，是生命的基础第一节 酶的一般概念一、酶的定义 ※ 定义：生物体合成的具有催化活性的大分子物质统称为酶1、人类对酶的认识起源于生产与生活实践 ① 发现：1833年Payen和Persoz从麦芽的水抽提物中得到水解淀粉的热不稳定物质，首先发现了酶； ② 催化作用的提出：1835年-1837年Berzelius提出了催化作用的概念，对酶学和化学的发展起了重要作用2、发酵是酶作用的结果 1857年Pasteur：提出酒精发酵是细胞活动的结果，但认为只有活细胞才行 1878年Liebig：认为发酵是由酵母细胞液中的物质引起的,同一年Kühner将这类物质称为enzyme,意为在酵母中 1897年Büchner：等证实了无细胞抽提液可以引起酒精发酵，说明了发酵是酶的作用这一化学本质3、酶学研究的发展 1894年Fisher：提出了酶与底物作用的锁钥学说，用于解释酶作用的专一性。

1903年Henri：提出了酶与底物作用的中间产物学说 1913年Michaelis和Menten：根据中间产物学说，导出了米氏方程 1925年Briggs和Handane：对米氏方程作出修订，提出了稳态学说 1926年Sumner：从刀豆中分离并得到脲酶结晶，证明酶具有蛋白质性质 1930-1936年Northrop和Kunitz：得到了胃蛋白酶,胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，证实它们都是蛋白质，酶的 蛋白质属性才受到普遍接受4、核酶的发现与研究 ① 背景：从人类认识到酶的存在开始到20世纪80年代初期，酶的本质是蛋白质这一概念根深蒂固 ② 发现：美国科罗拉多大学的Cech等人的出色工作从根本上改变了人们的这一认识他们阐明了四膜虫 35sRNA的自剪接机制，证明了L-19 RNA具有polyC聚合酶活性从此人们认识到某些RNA也具有 酶的功能正是由于发现了核酶，Cech与Altman分享了1989年的诺贝尔化学奖 ③ 定义：能够催化RNA剪接的由RNA组成的酶被称作核酶（Ribozyme） 从广义上讲，核糖体也是一种核酶。

④ 如今：人们对核酶的结构和催化机理的研究已经比较深入，在应用方面也取得了很大的进展二、 酶催化作用的特点1、酶和一般催化剂的共性 ⑴ 用量少、催化效率高 ⑵ 都能降低反应的活化能 ⑶ 能加快反应的速度，但不改变反应的平衡 ⑷ 反应前后不发生质与量的变2、酶作为生物催化剂的特点 ⑴ 反应条件温和 ⑵ 易失活：酶对环境，如高温，强酸、强碱，重金属， 射线等很敏感，易丧失催化能力 ⑶ 催化效率极高※ 常温常压下催化许多化学反应迅速进行，比非生物催化 剂催化反应快105-1013倍，比非催化反应快108-1020倍※ 酶的催化效率一般用转换数来表示（TN或kcat），指在一定条件下每个酶分子每秒钟催化转换的底物的分 子数，或每微摩尔酶分子每秒钟催化转换的底物的微摩尔数一般为1-104 ⑷ 高度专一性：指酶对催化的反应和底物有严格的选择性，往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一 类底物，这就是酶催化反应的专一性 结构专一性 绝对专一性 专一性 相对专一性 基团专一性 立体异构专一性 键专一性 ※ 绝对专一性：只能作用于一种特定的底物。

※ 相对专一性：作用于一类具有相同基团或化学键的底物 ※ 立体异构专一性：酶对立体异构物的作用具有高度专一性.⑸ 可调节性 ① 酶浓度/酶量的调节——酶生物合成的诱导或抑制，及酶降解的调节 ② 激素或生理的调节 ③ 反馈调节：终产物抑制第一步反应 ④ 抑制剂或激活剂的调节 ⑤ 共价修饰调节：如磷酸化 ⑥ 酶原的活化 ⑦ 金属离子和其它小分子化合物的调节 ⑧ 能荷调节：合成或利用ATP的酶第二节 酶的化学本质及分类一、酶的化学本质及其组成1、酶的化学本质 ※ 除了少数有催化活性的核酸之外，大多数酶都是蛋白质 ※ 蛋白质酶类： ① 水解后的最终产物是氨基酸，能被蛋白酶水解 ② 凡使蛋白质变性的因素皆能使酶失活 ③ 具有蛋白质所具有的显色反应：与茚三酮、DNFB、PITC发生颜色反应 ④ 其溶液具有亲水胶体性质，不能通过透析膜 ⑤ 具有两性电解质的性质：等电点，pH小于1时全被质子化，大于13时全去质子化 ⑥ 具有特定的结构2、酶的分子组成（蛋白质酶类）A、单体酶、寡聚酶、多酶体系 ※ 根据酶蛋白的多肽链组成，酶可分为单体酶、寡聚酶和多酶体系。

① 单体酶（monomeric enzyme）：由一条多肽链组成，如脲酶、溶菌酶、RNaseA ② 寡聚酶（oligomeric enzyme）：由数个亚基组成，如磷酸化酶a，3-磷酸甘油醛脱氢酶 定义：寡聚酶是由数个亚基组成的酶其亚基的种类和数目都可以发生变化 含相同亚基的寡聚酶 酶活中心 调节中心 分类：含不同亚基的寡聚酶 催化亚基 调节亚基 由不同亚基组成的寡聚酶都是别构酶；由相同亚基组成的寡聚酶也多属于别构酶 ③ 多酶体系（multienzyme system）：由多种酶组合而成，如脂肪酸合成酶复合体见右图）B、简单酶、复合酶 ① 组成：简单酶仅有蛋白质成分，复合酶由酶蛋白和辅助因子（cofactor）组成，整个酶分子叫全酶（holoenzyme）， 蛋白质部分叫酶蛋白（apoenzyme） 酶蛋白→反应的特异性 ② 复合酶 金属离子 （全酶） 辅助因子→反应的性质和种类 有机小分子 ③ 辅助因子 ⑴ 辅酶——与酶蛋白结合疏松,作为底物接受质子或基团后就离开，用透析法可分开。

辅酶多为有机小分子 ⑵ 辅基——与酶蛋白结合紧密，不能用透析法分开金属离子多为辅基，有些有机小分子为辅基二、酶的分子结构特征 1．酶的活性部位（活性中心） ① 定义：酶的活性部位是酶分子中直接参与和底物结合，并起催化作用的部位 ② 酶活性部位的组成：结合部位 催化部位 ③ 理解： ⑴ 从构象上看，酶的活性中心是酶蛋白分子表面伸向内部的一个裂隙； ⑵ 从组成上看，酶的活性中心是一级结构上相去甚远，但三维结构上相近的少量几个氨基酸及辅助因子 ⑶ 酶的活性中心是酶行使催化功能的结构基础； ⑷ 酶分子中的其它部分有助于保持酶蛋白结构的完整性2．酶的必需基团 ※ 定义：酶的必需基团指与酶的催化活性相关的基团必需基团在一级结构上可能相去甚,但在二级结构上相近 1）酶活性中心的必需基：His-咪唑基、Ser-OH、Cys-SH、Glu-γ-COO-、Asp-β-COO-、Tyr-OH、Lys-ε-NH2 A．结合基团：与底物结合，使底物与酶形成复合物； B．催化基团：促进底物发生化学反应。

2）酶活性中心以外的必需基团：不与底物直接作用，但维持整个酶分子的空间构象三、酶的命名和分类1、习惯命名法 ① 使用时间：1961年以前用的都是习惯命名（recommended name） ② 命名原则： ⑴ 绝大多数酶依据催化反应的底物来命名，如淀粉酶、蛋白酶 ⑵ 某些酶根据其所催化的反应性质来命名，如转氨酶、水解酶、脱氢酶、氧化酶 ⑶ 有的酶结合上述两原则来命名，如琥珀酸脱氢酶 ⑷ 在前面原则的基础上依据酶的来源或酶的特性来命名,如胃蛋白酶.胰蛋白酶.碱性磷酸脂酶.酸性磷酸脂酶2、国际系统命名法 ① 产生原因：为了适应酶学发展的需要，防止一名数酶或一酶数名的现象发生，避免重复命名，1961年国际酶 学会议提出了新的系统命名及系统分类原则：国际系统命名法 ② 命名原则：⑴ 系统命名应明确标明酶的底物及催化反应的性质 如：草酸氧化酶（习惯名）的系统名为：草酸:氧氧化酶,但水解酶可不写底物水,如淀粉酶应为淀粉水解酶⑵ 在国际科学文献中，一般使用系统命名，每个酶还需加系统编号⑶ 在系统名称过长时仍然沿用习惯名称，习惯命名应简单、便于应用。

3、国际系统分类法及酶的编号 ※ 国际系统分类法将酶促反应分为6大类：酶类典型反应1）氧化还原酶类AH2+B→A+BH22）转移酶类A-R+C→A+C-R3）水解酶类A-B+H2O→A-H+B-OH4）裂合酶（裂解酶）类A-B→A+B5）异构酶类 A→B6）合成酶类A+B+ATP→A-B+ADP+Pi 注：还包括若干亚类→若干亚亚类→个别酶 ※ 酶的分类编号由四个数字组成1）氧化还原酶类oxido-reductase 典型反应：A·2H+B→A+B·2H 特点：催化氧化还原反应如：黄嘌呤:氧化还原酶（EC1.2.3.2) 亚类：表示底物中发生氧化的基团的性质（见右表） 乳酸脱氢酶（EC1.1.1.27)（解释见右图）2.1一碳基团2.2醛或酮基2.3酰基2.4糖苷基2.5除甲基之外的羟基或酰基2.6含氮基2.7磷酸基2.8含硫基2）转移酶类transferase 典型反应：A-R+B B-R+A -R：除H外的基团如-CHO、-CH3、-NH2、-PO3H2等 举例：谷丙转氨酶（EC2.6.1.2) 亚类：表示底物种被转移基团的性质（见右表）3）水解酶类hydrolase 典型反应：A-B+H2O A-OH+BH A-B之间键：糖苷键、肽键、酯键、磷酸二酯键4）裂合酶类lyase 典型反应：A-B A+B 特点：催化底物上移去一个基团留下双键的反应或逆反应 可裂解键：C-C、C-O、C-N、C-S5.1 消旋及差向异构酶5.2 顺反异构酶5.3 分子内氧化还原酶5.4 分子内转移酶5）异构酶类isomerase 典型反应：A B 特点：A与B互为同分异构体（含催化D、L，α、β的酶） 亚类：表示异构的类型（见右表）6.1 C—O6.2 C。