第四章 酶1

• 酶活力的测定（实际就是酶的定量测定）：测定酶促反应 的速度 • 酶反应速度：单位时间内、单位体积中底物的减少量或产 物的增加量来表示，单位：浓度/反应时间 •一般测定产物的增加为好why？ •酶反应速度往往随时间延长而变化？ →常以酶促反应的初速度表示？ 据产物物理化学性质选择适当测定方法（以判断产物增加量） UV-Vis、荧光、同位素测定、电化学方法
2）转移酶Transferase
• 转移酶催化基团转移反应，即：将一个底物分子的基团 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
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH NH2 CH3CCOOH O O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2
• 还有转移碳基、醛或酮基、酰基、糖苷基、磷酸基和含 硫基的酶
• 生物体内辅因子种类有限，而酶的种类繁多 • 每一种需要辅因子的脱辅酶往往只能与特定的辅因子结合， 即：脱辅酶对辅因子的要求有一定选择性 • 同一种辅因子往往可以与多种不同的脱辅酶结合而表现出 多种不同的催化作用 • 如：3-磷酸甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶中，均需辅酶I • 催化不同的底物脱氢
3、单体酶、寡聚酶、多酶复合体
生
物
化
学
第四章 酶
酶——生物催化剂
• 每一种生物过程所必须，生命现象是催化剂催化的多步反应
• 营养素分子的分解、从小分子前体合成生物大分子 • 化学能的贮存和转换
• 细胞为什麽需要酶
• 在生理条件下无催化剂许多反应进行的太慢
• 在细胞环境中没有催化剂时许多生化反应不能进行
• 为什麽要研究酶？
• 酶研究是理解缺陷=遗传紊乱的基础（酶活性为什麽丧失？） • 是理解和治疗一些癌症的基础（为什麽生长控制中酶活性永远 处于“开”状态？） • 可以指示药物的作用靶点（病原体酶进行选择性抑制） • 应用于生物产业（复杂的合成与转化）
二、酶的化学本质及其组成
• 有催化能力的蛋白质，不包括核酶（有催化能力的RNA分子）
• 酶经酸碱水解的最终产物是氨基酸，能被蛋白酶水解而失活 • 具有空间构象的生物大分子，凡能使蛋白质变性因素也能使酶变性 • 酶存在两性解离和等电点性质 • 和蛋白质一样不能透过半透膜 • 和蛋白质具有相同的颜色反应
H2O2→ H2O+O2 过氧化氢分解反应 蔗糖→果糖+葡萄糖， 无催化剂时活化能为75.5kJ/ mol， 液态钯催化时为48.9kJ/mol， 过氧化氢酶催化时为8.4kJ/mol 无催化剂时活化能为1339.8kJ/mol， H+（酸）催化时为104.7kJ/mol， 蔗糖酶催化时为39.4kJ/mol
三、酶的命名和分类
• 1、习惯命名法
• 1）底物+酶：淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶（来源+底物+酶： 胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰脂肪酶） • 2）反应性质+酶：水解酶、转移酶、氧化酶 • 3）底物+反应性质+酶：琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶 • 缺点：一酶多名、多酶一名、写出反应难等 • 2、系统命名法（1961年，国际酶学委员会） • 底物+反应性质+酶 • 如果底物不止一个，应全部列出，用冒号分割，若底物之一 是水时，可略去不写
• b. 立体异构专一性 • 旋光异构专一性如：L-氨基酸氧化酶 • 几何异构专一性如：琥珀酸脱氢酶
CH2COOH CH2COOH 琥珀酸脱氢酶 HOOC-CH 延胡索酸
CH-COOH
• 立体异构专一性还表现在：从有机化学观点来看，属于对 称分子中的两个等同的基团，只催化其中的一个而不催化 另一个，如：甘油激酶催化的甘油与ATP作用，只产生甘 油-1-磷酸
• 国际文献中，严格起见，应该用系统命名法，但因某些酶 的系统名称很长，有时也用习惯名称
3、国际系统分类法及酶的编号
1、氧化还原酶类 2、转移酶类 酶的种类 3、水解酶类 (据酶催化反应的类型) 4、裂合酶类 5、异构酶类 6、连接酶类（合成酶）
• 酶的编号 • EC+酶大类号 .亚类号(底物) . 亚亚类号(底物或键的特点) .序号 • D-葡萄糖-6-磷酸水解酶 EC 3 . 1 . 3 . 9
2、酶作为生物催化剂的特点
• 2）酶易失活 • 凡能使生物大分子变性的因素，如高温、强酸、强碱、重金 属盐等都能使每失去催化活性，离开常温、常压、中性pH后 很易失活
• 一般催化剂在一定条件下会中毒，而酶更加脆弱
• 3）酶具有高度的专一性（特异性）p332 • 一种酶只能做用于某一类甚至某一特定的物质，通常把酶 作用的物质称为酶的底物（substrate），如糖酐键、酯键、 肽键等都能被酸催化而水解，而水解这些化学键的酶却各 不相同
五、酶的活力测定和分离纯化
• 1、酶活力的测定
• 酶活力（enzyme activity），又称酶活性，是指酶催化某 一化学反应的能力
• 检查酶的含量及存在，不能直接用重量或体积来表示，常 用它催化某一特定反应的能力来表示，即用酶的活力来表 示 • 酶活力的高低是研究酶的特性、进行酶制剂的生产及应用 时的一项必不可少的指标 • 酶活力的大小可用在一定条件下，它所催化的某一化学反 应的反应速度来表示→反应速度越高，酶活力越高
Mg2+、 Mn2+
Mn2+ Mn2+、 Zn2+ 、 生物素
磷酸转移酶
精氨酸酶 丙酮酸羧化酶
Cu+或2+
K+、 Mg2+ K+、Na 、 Mg2+
抗坏血酸氧化酶
丙酮酸磷酸激酶 ATP酶
Fe2+或3+（铁卟 啉）
Fe2+或3+、FAD
过氧化氢酶、过 Fe2+、 Mn2+ 氧化物酶
琥珀酸脱氢酶 Ni2+
3）水解酶Hydrolase
• 水解酶催化底物的加水分解反应，主要包括淀粉酶、蛋白 酶、核酸酶及脂肪酶等 • 例如：脂肪酶Lipase催化的脂的水解反应
4）裂合酶Lyase
• 裂合酶催化从底物分子中一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 • 如：延胡酸水合酶催化的反应
缀合酶 = 酶蛋白（脱辅酶）+ 辅因子 = 全酶 催化时，须脱辅酶和辅因子同时存在才起作用 辅因子 辅酶：和脱辅酶结合较松弛，能用透析法除去如：辅酶I、II 辅基：一种共价键和脱辅酶结合紧密，不能用透析法除去。
一些金属离子作为酶的辅因子
金属离子 Zn2+ Mg2+ 酶 金属离子 酶 酪氨酸酶 超氧化物歧化酶 乙醇脱氢酶、碳 Cu2+ 酸酐酶、羧肽酶 磷酸水解酶 Cu2+或Zn2+
• 酶的活力大小，也就是酶量的大小，用酶的活力单位表示U （Activity unit） • 1961年，国际酶学会议决定：统一的“国际单位”（IU），特
4×27.5 4×37.0 4×57.2 4×57.5
由不同亚基聚合而成的寡聚酶
寡聚酶 来源 亚基数
2α2β αβ
相对分子量 （kDa）
2×29.0； 2×37.0 70.0；27.0
1,6二磷酸果 鼠肝 糖酶 琥珀酸脱氢酶 牛心
Na+,K+ATP酶 兔肾
乳酸脱氢酶 RNA聚合酶 牛心、肝 E.Coli
• 1）单体酶：一般只有一条肽链，最高结构为三级，多为 水解酶 • 2）寡聚酶：由2个或2个以上亚基（同种或不同种亚基） 构成，相当数量的寡聚酶是调节酶（代谢调控） • 3）多酶复合体：由多种功能相关但不同种类的酶（不是 亚基）靠非共价键彼此嵌合而成，所有反应依次连接，有 利于反应的连续进行 • 如丙酮酸脱氢酶复合体（60个亚基3种酶组成）脂肪酸合 成酶复合体（7种酶和1个酰基携带蛋白复合而成）
5）异构酶Isomerase
• 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 • 如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应
PO3 2— PO3 2—
6）连接酶（合成酶） Ligase（Synthet的反应，即由两种物质合成一 种新物质的反应 • A + B + ATP + H-O-H === A-B + ADP + Pi • 例如：丙酮酸羧化酶催化的反应 • 丙酮酸 + CO2 +ATP → 草酰乙酸+ ADP + Pi
3）酶具有高度的专一性
• a. 结构专一性 • 绝对专一性（如脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶等）；
• 相对专一性（仅要求作用于一定的键，而对两端或一端基 团没有严格的限制，如酯酶、 α-D—葡萄糖苷酶、各类蛋 白水解酶）
凝血酶：Arg-Gly
氨肽酶 羧肽酶
胃蛋白酶
胰凝乳 蛋白酶
弹性蛋白酶 胰蛋白酶
3）酶具有高度的专一性
系统命名法举例
• 1）乙醇脱氢酶（习惯名）
•
• • •
乙醇：NAD+氧化还原酶（系统名）
乙醇+NAD+→乙醛+NADH+H+ （反应） 丙氨酸：α酮戊二酸氨基转移酶（系统名） 丙氨酸+α酮戊二酸→丙酮酸+谷氨酸（反应）
• 2）谷丙转氨酶（习惯名）
• 另外，按照系统分类法，每一种酶只可能有一个名称和一 个编号
酶学委员会缩写 水解酶类 水解酯类 磷酸单酯水解 排号第九
1）氧化还原酶
• 氧化还原酶（Oxidoreductase）：催化氧化-还原反应 • 主要包括脱氢酶（Dehydrogenase）和氧化酶（Oxidase） • 脱氢酶类催化直接从底物上脱氢的反应，需要辅酶I或II （NAD+或NADP+）作为氢供体或氢受体起传递氢的作用 如：乳酸（Lactate）脱氢酶催化乳酸的脱氢氧化成为丙酮 酸