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1、生物化学第四章 酶学现在学习的是第1页，共46页第三章第三章 酶酶现在学习的是第2页，共46页第一节第一节 酶学概论酶学概论现在学习的是第3页，共46页1、酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物、酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化催化剂。剂。生物催化剂生物催化剂：酶酶(enzyme)核酶核酶(ribozyme)脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)一、酶的概念及其作用特点一、酶的概念及其作用特点现在学习的是第4页，共46页2、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：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。催化效率高，用量少（细胞中含量低
2、）。催化效率高，用量少（细胞中含量低）。催化效率高，用量少（细胞中含量低）。加快反应速度但不改变化学反应平衡点。加快反应速度但不改变化学反应平衡点。加快反应速度但不改变化学反应平衡点。加快反应速度但不改变化学反应平衡点。降低反应活化能。降低反应活化能。降低反应活化能。降低反应活化能。反应前后自身结构不变。反应前后自身结构不变。反应前后自身结构不变。反应前后自身结构不变。现在学习的是第5页，共46页现在学习的是第6页，共46页酶酶促促反反应应机机理理现在学习的是第7页，共46页3、酶催化反应的特点、酶催化反应的特点（1）催化效率更高）催化效率更高酶酶催催化化反反应应速速度度是是相相应应的的无无催
3、催化化反反应应的的108-1020倍倍，并并且且高高出出非非酶酶催催化化反反应应速速度度至至少少几几个数量级。个数量级。现在学习的是第8页，共46页（2）专一性高）专一性高酶酶对对反反应应的的底底物物和和产产物物都都有有极极高高的的专专一一性性，几几乎乎没没有副反应发生。有副反应发生。（3）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。（4）活性可调节）活性可调节别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。解等。（5）酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子）酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子现在学习的是第9页，共46
4、页二、酶的化学本质及其组成二、酶的化学本质及其组成（一）酶的化学本质（一）酶的化学本质绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质证据：证据：（1）酸水解的）酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；（2）具具有有蛋蛋白白质质的的一一切切共共性性，凡凡是是能能使使蛋蛋白白质质变变性性的的因因素素都都能能使使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）少数酶是少数酶是RNA（核酶）（核酶）现在学习的是第10页，共46页Ribozyme核酶（具有催化功能的核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，年代初，ThomasCech和和SidneyAltm
5、an四四膜膜虫虫L19RNA具具有有生生物物催催化化功功能能，催催化化rRNA前前体体的的剪接剪接（2）1983年年Atman和和PaceE.ColiRNaseP中的中的RNA具有加工具有加工tRNA前体的催化前体的催化功能功能现在学习的是第11页，共46页（二）酶的化学组成（二）酶的化学组成单纯酶类单纯酶类(simpleenzyme)：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、核糖核酸酶等缀合酶类（缀合酶类（conjugatedenzyme):全全酶酶（holoenzyme)=脱脱辅辅基基酶酶（apoenzye)+辅辅因因子子(co
6、factor)：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+）现在学习的是第12页，共46页酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物金金属属离离子子：Fe2+、Fe3+、Zn2+、Cu+、Cu2+、Mn2+、Mn3+、Mg2+、K+、Na+、Mo6+、Co2+等。等。有机化合物：有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等，生物素，卟啉等辅酶辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基辅基(prostheticgroup)：与酶蛋白结合较紧。：与酶蛋白结合较紧
7、。现在学习的是第13页，共46页酶酶蛋蛋白白决决定定酶酶专专一一性性，辅辅助助因因子子决决定定酶酶促促反反应的类型和反应的性质。应的类型和反应的性质。NAD+构构成成专专一一性性强强的的乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶、醇醇脱脱氢氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。现在学习的是第14页，共46页四、酶的分类及命名四、酶的分类及命名（一）、（一）、习惯命名习惯命名1、依据底物来命名（绝大多数酶）：、依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶蛋白酶、淀粉酶2、依据催化反应的性质命名：、依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶水解酶、转氨酶3、结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶
8、。、结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。4、有时加上酶的来源、有时加上酶的来源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶现在学习的是第15页，共46页（二）国际系统命名（二）国际系统命名基基本本原原则则：明明确确标标明明酶酶的的底底物物及及催催化化反反应应的的性性质质（底物为水时可略去不写）。（底物为水时可略去不写）。如如：谷谷丙丙转转氨氨酶酶的的系系统统名名称称：丙丙氨氨酸酸：-酮酮戊戊二二酸酸氨氨基基转移酶转移酶现在学习的是第16页，共46页国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
9、。（2）根根据据底底物物中中被被作作用用的的基基团团或或键键的的特特点点，将将每每一一大大类类分分为为若若干干个个亚亚类，编号用类，编号用1、2、3。（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表示。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，第三个表示亚第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚亚类，第四个数字表示在亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。亚中的编号。现在学习的是第17页，共46页举例：举例：乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶EC1.1.1.
10、1，乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.27，苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37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NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。大类有：氧、转、大类有：氧、转、水、裂、异、合水、裂、异、合现在学习的是第18页，共46页1、氧化还原酶类、氧化还原酶类催化氧化还原反应：催化氧化还原反应：A2H+B=A+B2H乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶（氧化还原酶（EC1.1.1.2
11、7），），习惯名：乳酸脱氢酶习惯名：乳酸脱氢酶现在学习的是第19页，共46页2、转移酶类、转移酶类AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移换酶（：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），），习惯名：习惯名：谷丙转氨酶谷丙转氨酶现在学习的是第20页，共46页3、水解酶类、水解酶类催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。亮氨酸氨基肽水解酶（亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1），），习惯名：习惯名：Ile氨肽酶。氨肽酶。现在学习的是第21页，共46页4、裂合酶类（裂解酶）、裂合酶类（裂解酶）催催化化从从底底物物上上移移去去一一个个基基团团
12、而而形形成成双双键键的的反反应应或或其其逆逆反应反应二磷酸酮糖裂合酶（二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），），习惯名：醛缩酶习惯名：醛缩酶现在学习的是第22页，共46页5、异构酶（、异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体相互转化催化同分异构体相互转化6-磷酸磷酸Glc异构酶异构酶现在学习的是第23页，共46页6、合成酶（连接酶）、合成酶（连接酶）催化一切必须与催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。物质的反应。UTP：氨连接酶（：氨连接酶（CTP合成酶）合成酶）P240反应式反应式L-酪氨酸：酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰连接酶（
13、酪氨酰tRNA合成酶）合成酶）T4DNA连接酶连接酶现在学习的是第24页，共46页六、酶的活力测定与分离纯化六、酶的活力测定与分离纯化1、酶活力与酶促反应速度、酶活力与酶促反应速度酶酶活活力力：在在一一定定条条件件下下，酶酶催催化化某某一一反反应应的的反反应应速速度度（一般测初速度）。（一般测初速度）。酶酶促促反反应应速速度度：单单位位时时间间、单单位位体体积积中中底底物物的的减减少少量量或产物的增加量。或产物的增加量。单位：浓度单位：浓度/单位时间。单位时间。现在学习的是第25页，共46页研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准：研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准：(底物消耗底物消耗5
14、%）。）。现在学习的是第26页，共46页2、酶的活力单位（、酶的活力单位（U）国际单位（国际单位（IU单位）：单位）：在在最最适适反反应应条条件件下下，每每分分钟钟催催化化1umol底底物物转转化化为为产产物所需的酶量，称一个国际单位（物所需的酶量，称一个国际单位（IU），），1IU=1umol/min国际单位（国际单位（Katal,Kat单位）：单位）：在在最最适适反反应应条条件件下下，每每秒秒钟钟催催化化1mol底底物物转转化化为为产产物物所所需的酶量，称需的酶量，称Kat单位单位1Kat=60*106IU现在学习的是第27页，共46页 最适条件：最适条件：最适条件：最适条件：最适温度（最
15、适温度（最适温度（最适温度（2525或或或或3737）,最适最适最适最适pHpH、最适缓冲液离子强、最适缓冲液离子强、最适缓冲液离子强、最适缓冲液离子强度、度、度、度、最适底物浓度。最适底物浓度。最适底物浓度。最适底物浓度。底物浓度底物浓度底物浓度底物浓度（1 1）通常很大，使酶饱和通常很大，使酶饱和通常很大，使酶饱和通常很大，使酶饱和（2 2）底物消耗）底物消耗）底物消耗）底物消耗 5%5%sucroseV零级反应enzymeV一级反应现在学习的是第28页，共46页BUT限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶3种定义：种定义：用用粘粘度度法法测测活活性性：30，1分分钟钟，使使底底物物DNA溶溶液
16、液的的比比粘粘度度下下降降25%的的酶量为酶量为1个酶单位。个酶单位。转转化化率率法法：5分分钟钟使使1ug供供体体DNA残残留留37%的的转转化化活活性性所所需需的的酶酶量量为为1个酶单位。个酶单位。凝凝胶胶电电泳泳法法测测活活：37，1小小时时，使使1ugDNA完完全全水水解解的的酶酶量量为为1个个酶酶单位。单位。现在学习的是第29页，共46页淀粉酶两种定义：淀粉酶两种定义：A：1g可溶性可溶性starch，在，在1h内液化所需的内液化所需的enzyme量。量。B：lml2%可溶性可溶性starch，在，在1h内液化所需的内液化所需的enzyme量。量。1g 酶酶制制剂剂溶溶于于1000m
17、l H2O，取取0.5ml与与2%的的starch 20ml反反应应，pH6.0，10分钟完全液化，求酶活力。分钟完全液化，求酶活力。A：202%1/0.5100060/10=4800u/克克enzyme制剂制剂B：20/0.5100060/10=240000u/克克enzyme制剂制剂现在学习的是第30页，共46页3、酶的比活力、酶的比活力Specificactivity每毫克酶蛋白所具有的酶活力。每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位：单位：U/mg蛋白质。蛋白质。酶酶的的比比活活力力是是分分析析酶酶的的含含量量与与纯纯度度的的重重要要指指标。标。现在学习的是第31页，共46页4、酶活力的测定方
18、法、酶活力的测定方法分光光度法分光光度法荧光法荧光法同位素法同位素法电化学法电化学法现在学习的是第32页，共46页影响酶活力的因素：影响酶活力的因素：pH对酶促反应速度的影响：对酶促反应速度的影响：1.pH影响酶活力的因素影响酶活力的因素影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影影响响酶酶和和底底物物分分子子解解离离状状态态，尤尤其其是是酶酶活活性性中中心心的的解解离离状状态态，最终影响最终影响ES形成。形成。影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团的离子化状影响酶和底物分子中另外一些基团解离，这些基团的离子化状态影响酶的专一性及活性中心构象。态影响酶的
19、专一性及活性中心构象。现在学习的是第33页，共46页2酶的最适酶的最适pH和稳定性和稳定性pH最适最适最适最适pHpH：使酶促反应速度达到最大时的介质：使酶促反应速度达到最大时的介质：使酶促反应速度达到最大时的介质：使酶促反应速度达到最大时的介质pHpH。现在学习的是第34页，共46页温度对酶促反应速度的影响：温度对酶促反应速度的影响：1最适温度及影响因素最适温度及影响因素温度对酶促反应速度的影响有两个方面：温度对酶促反应速度的影响有两个方面：提高温度，加快反应速度。提高温度，加快反应速度。提高温度，酶变性失活。提高温度，酶变性失活。温温度度系系数数Q10：温温度度升升高高10，反反应应速速度
20、度与与原原来来的的反反应应速速度度之之比比，大大多多数数酶酶的的Q10一般为一般为12。温温血血动动物物的的酶酶，最最适适温温度度3540，植植物物酶酶最最适适温温度度4050，细细菌菌TaqDNA聚合酶聚合酶70。最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、最适温度不是酶的特征常数，它与底物种类、作用时间、pH、离子强度、离子强度等因素有关。等因素有关。现在学习的是第35页，共46页现在学习的是第36页，共46页酶的稳定性温度酶的稳定性温度在在某某一一时时间间范范围围内内，酶酶活活性性不不降降低低的的最最高高温温度度称称该该酶酶的的稳稳定性温度定性温度。酶酶浓浓度度高高、不不纯纯、有有
21、底底物物、抑抑制制剂剂和和保保护护剂剂会会使使稳稳定定性性温温度增高。度增高。酶的保存：酶的保存：液液体体酶酶制制剂剂可可以以利利用用上上述述5 5种种因因素素中中的的几几种种，低低温温短短暂暂保保存。存。冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。冻干粉可在在低温冰箱中较长期保存。现在学习的是第37页，共46页激活剂对酶促反应速度的影响激活剂对酶促反应速度的影响凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。无机离子或简单有机化合物对酶的激活。无机离子或简单有机化合物对酶的激活。无机离子或蛋白酶对酶原的激活。无机离子或蛋白酶对酶原的激活。现在学习的是第38页，共46页抑制剂
22、对酶促反应速度的影响：抑制剂对酶促反应速度的影响：变性作用变性作用(denaturation)：抑抑制制作作用用(inhibition)：使使酶酶活活力力下下降降或或丧丧失失但并不引起酶蛋白变性但并不引起酶蛋白变性变性剂没有选择性变性剂没有选择性抑制剂有不同程度的选择性抑制剂有不同程度的选择性现在学习的是第39页，共46页研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：（1）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开）药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开（2）了了解解生生物物体体的的代代谢谢途途径径，进进行行人人为为调调控控或或代代谢谢控制发酵控制发酵（3）通通过过抑抑制制剂剂试
23、试验验研研究究酶酶活活性性中中心心的的构构象象及及其其化化学学功功能能基基团团，不不仅仅可可以以设设计计药药物物，而而且且也也是是酶酶工工程程和和化学修饰酶、酶工业的基础化学修饰酶、酶工业的基础现在学习的是第40页，共46页一些重要的抑制剂一些重要的抑制剂1、不可逆抑制剂：、不可逆抑制剂：（1）非专一性不可逆抑制剂）非专一性不可逆抑制剂与与酶酶的的活活性性中中心心以以及及活活性性中中心心外外的的某某一一类类或或几类必需基团反应几类必需基团反应现在学习的是第41页，共46页、有机磷的酰化物、有机磷的酰化物二异丙基磷酰氟（二异丙基磷酰氟（DFP，神经毒气）和许多有机磷农药。，神经毒气）和许多有机磷
24、农药。抑制机理：抑制机理：与蛋白酶及酯酶活性中心与蛋白酶及酯酶活性中心Ser的的OH形成磷脂键。形成磷脂键。毒理：毒理：强烈抑制乙酰胆碱脂酶（神经毒剂）。强烈抑制乙酰胆碱脂酶（神经毒剂）。解毒剂：解毒剂：PAM（解磷定）可以把酶上的磷酰基团除去。（解磷定）可以把酶上的磷酰基团除去。现在学习的是第42页，共46页有机汞、有机砷化合物有机汞、有机砷化合物抑制机理：抑制机理：使酶的巯基烷化使酶的巯基烷化毒毒理理：主主要要与与还还原原型型硫硫辛辛酸酸辅辅酶酶反反应应，抑抑制制丙丙酮酮酸酸氧氧化化酶酶系统。系统。解解毒毒剂剂：二二巯巯基基丙丙醇醇（BAL）、Cys、GSH等等过过量量的的巯巯基化合物。基
25、化合物。现在学习的是第43页，共46页重金属重金属Ag、Cu、Hg、Cd、Pb能使大多数酶失活，能使大多数酶失活，EDTA可解除。可解除。烷化物烷化物含含卤卤素素的的烷烷化化物物（碘碘乙乙酸酸、碘碘乙乙酰酰胺胺、卤卤乙乙酰酰苯苯等等）常常用用于于鉴鉴定定酶中巯基酶中巯基。氰化物、硫化物、氰化物、硫化物、CO与含铁卟啉的酶中的与含铁卟啉的酶中的Fe2+结合，阻抑细胞呼吸结合，阻抑细胞呼吸现在学习的是第44页，共46页、青霉素、青霉素不可逆抑制糖肽转肽酶不可逆抑制糖肽转肽酶、还原剂、还原剂巯巯基基乙乙醇醇、二二硫硫苏苏糖糖醇醇等等巯巯基基试试剂剂还还原原酶酶的的二二硫硫键键、含活泼双键试剂（与含活泼双键试剂（与、反应）反应）亲电试剂亲电试剂四硝基甲烷，可使四硝基甲烷，可使Tyr硝基化。硝基化。现在学习的是第45页，共46页（2）专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂此此类类抑抑制制剂剂仅仅仅仅和和某某一一种种酶酶的的活活性性部部位位的的必必需需基基团团反应。反应。现在学习的是第46页，共46页