生物化学：第5章 酶1.ppt

第 6 章 酶,Enzyme,1.人们对酶的认识起源于生产和生活实践，公元前21世纪夏禹时代，人们就会酿酒，春秋战国时期用曲治疗消化不良的疾病 2.1897年Buchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的提取液，证明发酵与细胞的活动无关，说明发酵是酶作用的化学本质， 获得了1911年诺贝尔化学奖3. 1926年美国化学家Sumner用六年时间从刀豆提取了脲酶并获得结晶（1924-1930），证明脲酶具有蛋白质性质，彻底证明酶的化学本质 4. 1930-1936年Northrop 和Kunitz得到胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，并证实酶是一种蛋白质，从此人们接受酶是蛋白质的属性1949年共同获得诺贝尔化学奖,5. 80年代初Cech和 Altman分别发现具有催化功能RNA-核酶（ribozyme），打破了酶是蛋白质的传统观念，1989年共同获得诺贝尔化学奖 6. 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶deoxyribozyme) 7. Boyer 和Walker阐明了ATP合酶合成与分解ATP的分子机制，1997年获得诺贝尔化学奖。

不同酶蛋白超过106，现已鉴定出4000种酶 酶工程 普遍用于食品、发酵、制革、纺织、日用化学、医疗保健等部门，酶在生物工程、化学分析、生物传感器、及环保方面的应用日益扩大淀粉酶、-淀粉酶用于发酵工业提高淀粉原料利用率；用葡萄糖淀粉酶生产葡萄糖；果胶酶用于果汁澄清和提高出汁率；葡萄糖异构酶用于生产高果糖浆；菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等用作肉类嫩化剂；纤维酶用作饲料添加剂，提高饲料利用率；碱性蛋白酶用作洗涤剂、添加剂等第一节 酶的概念和特点,一、酶及生物催化剂概念,克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶,蛋白质类： Enzyme,(天然酶、生物工程酶),核酸类：核酶Ribozyme ，脱氧核酶Deoxyribozyme,模拟生物催化剂,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质酶的化学本质：蛋白质,酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸，酶能被蛋白酶水解失活； 具有空间结构的生物大分子，使蛋白质变性的因素都能使酶变性失活； 是两性电解质，具有各自的等电点； 具有不能通过半透膜等胶体的性质； 具有蛋白质的化学呈色反应证据,18901902 Fischer（德）首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁-匙”学说；合成了糖及嘌呤。

1902年获诺贝尔奖生物化学的创始人埃米尔费舍尔 （Emil Fischer）,二、酶的催化特征, 高效：催化效率高（使反应速率提高103-1012） 专一：酶作用具有专一性(特异性、选择性) 易失活：酶是蛋白质 （蛋白质变性因素使酶失活，常温、常压、pH接近中性） 受调控：酶的作用受到调节控制 （多种机制和形式调控） 酶的活性与辅因子有关（辅酶、辅基、金属离子）,三、酶的聚集方式,1、松散排列 酶在细胞中各自以可溶的单体形式存在，彼此没有结构上的联系 反应时酶是随机扩散，催化效率不高如糖酵解历程）,酶1,酶3,酶4,酶2,酶5,2、簇式排列 几种酶有机地聚集在一起，精巧的镶嵌成一定的结构，定向转移，形成多酶复合体催化效率高 举例: 丙酮酸脱氢酶复合体(丙酮酸-乙酰CoA) 脂肪酸合成酶复合体,酶1,酶2,酶3,酶4,酶5,酶6,3、与生物膜结合 一种结构更高的多酶复合体，酶整齐的排列在生物膜上 催化效率最高如呼吸链）,据酶分子组成分类,单纯蛋白质酶类（如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等水解酶类结合蛋白质酶类,酶蛋白质,辅助因子,金属离子 金属有机物 小分子有机物,据酶蛋白特征分类,单体酶 寡聚酶 多酶复合体,四、酶的化学组成,1、酶的分类（根据酶蛋白分子结构特点分类）,单体酶：只有一条多肽链，催化水解反应的酶，分子量13000-35000，溶菌酶、木瓜蛋白酶、核糖核酸酶等。

寡聚酶：具有多条多肽链，几个-几十个亚基构成，分子量35000-几百万：3-磷酸甘油脱氢酶、己糖激酶、烯醇化酶、磷酸化酶a等,多为调节酶多功能酶（串联酶）：一个酶分子具有多种生物催化活性，由多酶体系在进化中基因融合形成 如丙酮酸脱氢酶复合体（60个亚基3 种酶）、 脂肪酸合成酶复合体（7种酶和一个酰基携带蛋白构成）酶蛋白决定反应的专一性与高效性 辅助因子决定反应的类型与性质,全酶 (holoenzyme),酶蛋白 (apoenzyme) ：多肽；,辅助因子(cofactor)：对热稳定的非蛋白组分；金属离子，小分子有机物（B族Vit,辅基或辅酶）-传递氢、电子、基团.,2、结合蛋白质酶的组成成分（根据酶的组成分类）,辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）,金属离子,辅酶/辅基的作用特点,辅酶/辅基在催化反应过程中，直接参加了反应 每一种辅酶/辅基都具有特殊的功能，可以特定地催化某一类型的反应在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团 同一种辅酶/辅基可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶，而一种酶蛋白只与一种辅酶结合 一般来说，全酶中的辅酶/辅基决定了酶所催化的类型，而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。

小分子有机化合物在催化中的作用,酶分子中的金属离子,根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激活酶 金属酶(metalloenzyme)：酶蛋白与金属离子结合紧密如 Fe2+/ Fe3+ 、Cu+/Cu3、Zn2+ 、Mn2+、Co2 等 金属激活酶(metal-activated enzyme) ：金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不紧密金属离子的作用：稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力辅酶/辅基与维生素及核苷酸的关系,一.酶的分类,1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：,第二节 酶的分类与命名,氧化-还原酶催化氧化-还原反应，催化氢的转移或电子传递 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase) 如，乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应NAD+作为辅酶）,1、氧化-还原酶 Oxidoreductase,乳酸,丙酮酸,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 根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。

例如谷丙转氨酶（GPT）催化的氨基转移反应谷氨酸与丙氨酸2、转移酶 Transferase,a-酮戊二酸,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，水解酯键、糖苷键、醚键、肽键、酸酐键等 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：,3、水解酶 hydrolase,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 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,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 包括消旋酶、差向异构酶、顺反异构酶、分子内氧化还原酶、分子内转移酶、分子内裂解酶等5、异构酶 Isomerase,P,P,F-6-P 6-磷酸果糖,G-6-P 6-磷酸葡萄糖,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 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸,6、合成酶 Ligase or Synthetase,C4,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、核酶（催化核酸） ribozyme,1、习惯命名法: 根据其催化底物来命名（水解淀粉的酶称淀粉酶、水解蛋白质的酶为蛋白酶）；,二、酶的命名,有时在这些命名基础上加上酶的来源（胃蛋白酶、胰蛋白酶）或其它特点结合上述两个原则来命名；,根据所催化反应的性质来命名（水解酶、转移酶、氧化酶）；,2、国际系统命名法,系统名称是以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明确表明酶的底物及催化反应的性质 包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字 例如： 酶催化的反应: -酮戊二酸 + 丙氨酸谷氨酸 + 丙酮酸 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,系统名：包括所有底物的名称和反应类型惯用名：只取较重要的底物名称和反应类型对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型乳酸脱氢酶,乳酸：NAD+氧化还原酶,。