第8章 酶通论
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生物化学第8章酶通论
酶作为生物催化剂的特点
酶易失活 酶具有很高的催化效率 酶具有高度的专一性 酶活性受到调节和控制
二、酶的化学本质 及其组成
酶的化学组成
有些酶仅由蛋白质组成，也有些酶除了蛋白质 外，还有其它成分，后者称为缀合蛋白质。对于属 缀合蛋白质的酶来说，其蛋白质部分称为脱辅酶 （apoenzyme），与其结合的非蛋白质成分称为辅 因 子 （ cofactor ） ， 二 者 结 合 后 称 为 全 酶 （holoenzyme）。对于需要辅因子的酶来说，仅脱 辅酶是没有活性的，单独的辅因子一般也没有活性 （有少数辅因子有弱的催化活性）。
酶的命名和分类
(国际系统命名法)
以反应物（如果有两种反应物，中间以“ ：” 隔开）加反应性质命名。如：
乙醇：NAD氧化还原酶（习惯命名为乙醇脱氢酶） 脂肪水解酶（水省略） （习惯命名为脂肪酶）
国际系统分类法 及酶的编号
编号以EC（Enzyme Commission）开始，后 面跟4个数字。第1个数字表示酶属于哪一大类， 酶学委员会根据酶反应的类型，把酶分为6大类， 即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶 类、异构酶类、连接酶类（也叫合成酶类），分 别以1,2,3,4,5,6编号。第2个数字表示酶属于该大类 的哪一小类，小类是根据反应的基团或键而定的。 第3个数字对酶进一步分类，根据反应物种类而分。 第4个数字是在前3个数字相同时的顺序编号。
甘油激酶催化反应产物的专一性
甘油激酶
辅酶NAD还原加氢的立 体异构专一性
“锁与钥匙” 假说
（lock and key）
该假说认为，酶的活性部位是刚性的，其形状 刚好能与底物吻合，非底物因形状不吻合，所以不 能与酶结合。
此假说不能解释酶能够催化逆反应，以及有些 酶可以催化多种底物反应。
第8章+酶通论
58
随后的研究表明： L19RNA具备酶促催化的几个特征： 高度的底物专一性 遵循Michaelis-Menten动力学 对竞争性抑制剂的敏感性
59
数 或每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔
数 一秒内1摩尔的酶可催化几摩尔的底物
50
酶活力测定实例
脂肪 脂肪酶 甘油 + 脂肪酸
①确定反应条件 20℃、pH=7，底物浓度 6g/l（过量），
加入2mg固体脂肪酶
②确定活力单位 每小时催化1克底物 1u= 1g/h
③ 测反应初速度 作产物甘油随时间增加的曲线，
7
活化能(activation energy)
指在一定温度下，1mol底物全部进入活 化态所需要的自由能
单位：KJ/mol
酶催化反应的实质：
降低反应的活化能
8
（二） 生物催化剂的特点
1. 易失活（温和性）
除个别RNA为催化自身反应的酶外， 其余所有的酶都是蛋白质。
常温、常压、中性
9
2. 高效性
（2）荧光法： 利用底物/产物荧光性质的差别。
52
（3）同位素测定方法： 放射性同位素标记底物， 经酶作用得到相应产物， 经适当分离，测定产物脉冲数即可。
（4）电化学法： 包括pH测定法，离子选择电极法等。 前者跟踪反应过程中H+的变化， 后者用氧电极测定一些耗氧的酶反应。
53
（二）酶的分离和纯化
②催化底物脱氢，氧化生成H2O：
2AH2 + O2 2A + 2H2O
（3）过氧化物酶
ROO + H2O2
RO + H2O + O2
30
（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）
随后的研究表明： L19RNA具备酶促催化的几个特征： 高度的底物专一性 遵循Michaelis-Menten动力学 对竞争性抑制剂的敏感性
59
数 或每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔
数 一秒内1摩尔的酶可催化几摩尔的底物
50
酶活力测定实例
脂肪 脂肪酶 甘油 + 脂肪酸
①确定反应条件 20℃、pH=7，底物浓度 6g/l（过量），
加入2mg固体脂肪酶
②确定活力单位 每小时催化1克底物 1u= 1g/h
③ 测反应初速度 作产物甘油随时间增加的曲线，
7
活化能(activation energy)
指在一定温度下，1mol底物全部进入活 化态所需要的自由能
单位：KJ/mol
酶催化反应的实质：
降低反应的活化能
8
（二） 生物催化剂的特点
1. 易失活（温和性）
除个别RNA为催化自身反应的酶外， 其余所有的酶都是蛋白质。
常温、常压、中性
9
2. 高效性
（2）荧光法： 利用底物/产物荧光性质的差别。
52
（3）同位素测定方法： 放射性同位素标记底物， 经酶作用得到相应产物， 经适当分离，测定产物脉冲数即可。
（4）电化学法： 包括pH测定法，离子选择电极法等。 前者跟踪反应过程中H+的变化， 后者用氧电极测定一些耗氧的酶反应。
53
（二）酶的分离和纯化
②催化底物脱氢，氧化生成H2O：
2AH2 + O2 2A + 2H2O
（3）过氧化物酶
ROO + H2O2
RO + H2O + O2
30
（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）
《生物化学》 酶通论
(二) 酶的化学组成
有些酶组成只有氨基酸，不含其他成分，称之为单纯酶。 脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都属于单纯酶。
有些酶除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的 小分子物质。其蛋白质组分称为脱辅酶（apoenzyme或 apoprotein），非蛋白的小分子物质称为辅因子 （cofactor）。脱辅酶与辅因子结合后形成的复合物称为 全酶（holoenzyme）。即：
中文
２、转移酶
➢ 催化分子间基团转移的酶称转移酶
反应通式：AR+B
A+BR
如谷丙转氨酶等。
2.转移酶 催化基团转移反应
谷丙转氨酶 英文
2. Transferases
• Catalyze group transfer reactions
中文
3、水解酶
催化水解反应的酶称水解酶。 反应通式：
AB+H2O
2、酶的活力单位
酶活力单位，即酶单位（U），用来表示酶活力的大 小即酶含量的多少。 酶活力单位的定义：
在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产 物所需的酶量。
这样酶的含量就可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含 有多少酶单位来表示（U/g，U/ml）
2、酶的活力单位
为了统一酶的单位，国际生化协会酶学委员会于1961年提出采用 统一的“国际单位”（IU）来表示酶活力，规定：
第二单元 酶
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第8章 酶（Enzyme）通论
一、酶催化作用的特点 (P320) 二、酶的化学本质及其组成(P323) 三、酶的命名和分类(P326) 四、酶的专一性(P332) 五、酶的活力测定和分离纯化(P335) 六、核酶(P339) 七、抗体酶(P343) 八、酶工程简介(P344)
生物化学(第三版)第八章 酶通论课后习题详细解答 复习重点
第八章酶通论提要生物体内的各种化学变化都是在酶催化下进行的。
酶是由生物细胞产生的，受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
与一般催化剂相比有其共同性，但又有显著的特点，酶的催化效率高，具有高度的专一性，酶的活性受多种因素调节控制，酶作用条件温和，但不够稳定。
酶的化学本质除有催化活性的RNA分子之外都是蛋白质。
根据酶的化学组成可分为单纯蛋白质和缀合蛋白质是由不表现酶活力的脱辅酶及辅因子（包括辅酶、辅基及某些金属离子）两部分组成。
脱辅酶部分决定酶催化的专一性，而辅酶（或辅基）在酶催化作用中通常起传递电子、原子或某些化学基团的作用。
根据各种酶所催化反应的类型，把酶分为六大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。
按规定每种酶都有一个习惯名称和国际系统名称，并且有一个编号。
酶对催化的底物有高度的选择性，即专一性。
酶往往只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类物质。
酶的专一性可分为结构专一性和立体异构专一性两种类型。
用“诱导契合说”解释酶的专一性已被人们所接受。
酶的分离纯化是酶学研究的基础。
已知大多数酶的本质是蛋白质，因此用分离纯化蛋白质的方法纯化酶，不过要注意选择合适的材料，操作条件要温和。
在酶的制备过程中，没一步都要测定酶的活力和比活力，以了解酶的回收率及提纯倍数，以便判断提纯的效果。
酶活力是指在一定条件下酶催化某一化学反应的能力，可用反应初速率来表示。
测定酶活力及测酶反应的初速率。
酶活力大小来表示酶含量的多少。
20世纪80年代初，Cech和Altmsn分别发现了某些RNA分子具有催化作用，定名为核酶（ribozyme）。
有催化分子内和分分子间反应的核酶。
具有催化功能RNA的发现，开辟了生物化学研究的新领域，提出了生命起源的新概念。
根据发夹状或锤头状二级结构原理，可以设计出各种人工核酶，用作抗病毒和抗肿瘤的防治药物将会有良好的应用前景。
抗体酶是一种具有催化能力的蛋白质，本质上是免疫球蛋白，但是在易变区赋予了酶的属性。
生物化学-生化知识点_酶通论 (8章)
第二章酶与辅酶 P319 8章酶是研究生命科学的基础，生命体系中几乎所有化学反应都是在酶催化下进行的。
酶又是生命化学和化学的重要结合点。
酶化学内容：1. 酶作用机制，酶的抑制剂和激活剂，并由此设计和制造医药、农药。
2.人工模拟酶：用小分子（有机）化合物模拟酶的活性部位，模拟酶的作用方式。
3. 以酶为工具进行化学反应，如不对称合成。
4. 利用免疫系统制备有预定活性的催化抗体即抗体酶。
5. 化学酶工程：将酶学与化学工程技术相结合，在工业上使用酶和固定化酶。
§2. 1 酶催化作用特点：（一）酶是催化剂：降低酶促反应活化能。
（二）酶是生物催化剂：①1①反应条件温和，常温常压，中性PH，酶易失活。
①2①酶具有很高催化效率，比非催化反应一般可提高108~1020倍。
①3①酶具有高度专一性：反应专一性：催化一种或一类反应。
底物专一性：只作用一种或一类物质。
①4①酶活性受调节控制：1.调节酶的浓度：诱导或抑制酶的合成，如消化乳糖的三种酶的产生受乳糖操纵子控制。
2.激素调节：激素通过与细胞膜或细胞内的受体相结合而调节酶的活性。
如乳糖合成酶是由两个亚基组成，一个催化亚基，一个调节亚基，催化半乳糖和葡萄糖生成乳糖。
平时催化亚基单独存在，只催化半乳糖与蛋白质反应合成糖蛋白；但当动物分娩后，激素急剧增加，调节亚基大量产生，与催化亚基一起构成二聚体的乳糖合成酶，改变催化亚基专一性，催化半乳糖和葡萄糖反应生成乳糖。
3.反馈抑制调节：许多物质合成是由一连串反应组成的，催化此物质生成的第一步的酶可为它们的终端产物所抑制。
P323 图8-2。
如由Thr合成Ile经过5步，当终产物Ile浓度达足够水平，催化第1步反应的苏氨酸脱氨酶被抑制；当Ile浓度下降后，酶的抑制解除。
4.抑制剂、激活剂调节：酶的抑制剂、激活剂的研究是药物研究的基础。
磺胺药可抑制四氢叶酸合成所需酶，进而抑制核酸和蛋白质的合成，故可杀菌。
5.酶原的激活：凝血酶、消化酶等酶先以一个无活性的前体形式（酶原）被合成，然后在一个生理上合适的时间和地点被活化成酶，才具有催化活性。
酶通论
A
B
CHO C-OH HOC-H H-C-OH H-C-OH C-2OPO3H2
6-磷酸葡萄糖
CH2OH C=O HOC-H H-C-OH H-C-OH C-2OPO3H2
6-磷酸果糖
3. 酶的分类
(6) 合成酶 Ligase or Synthetase
• 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。
酶通论
ENZYME
酶的概念
酶的发现： 人们对酶的认识经历了一段漫长的道 路。十八世纪上半叶，那时人们对于胃是怎样消 化食物的还不了解。有的科学家认为矫健勇猛的 山鹰能消化肉类食物，是依靠粗糙的胃壁将肉磨 碎的。因此，有人认为消化是一个磨碎的物理过程。 1752年，法国物理学家Sbalansani 怀疑这个见解。 他做了一个有趣的试验，他把一块生肉塞进一个 小金属管子里，管子的两头用金属盖板盖牢，盖 板上预先打了许多小孔，让鹰把管子吞下。装在 管子里的生肉，鹰的胃壁是研磨不到的。可是过 了一段时
H2N-CO-NH2 +H2O
2NH3 + CO2
2。国际系统命名法
酶的习惯名称较方便为众人所熟悉，所以 一般在习惯名称后面用栝号注明系统命名及 编号。例如，乙醇脱氢酶（EC 1.1.1.1 醇： NAD氧化还原酶）。又如：
酶学委员会
乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27)
表示第一大类，即氧化还原酶类 表示第一亚类，被氧化基团为CHOH基 表示第一亚亚类，氢受体为NAD+ 表示乳酸脱氢酶在此亚亚类中的顺序号
酶的生物学意义
研究酶的化学本质及其作用机 制，对于了解生命活动规律， 指导生产实践具有重大意义
8第八章 酶通论-习题
酶促反应中起运载体的作用；E、决定酶的专一性 ⒌ 有关酶蛋白的描述，哪一项不正确？（ ） A、属于结合酶的组成部分；B、为高分子化合物；C、与酶的特异性无关；D、不耐热；E、不能透
过半透膜 ⒍ 乳酸脱氢酶经透析后，其活性大大降低或消失，原因是：（ ） A、亚基解聚；B、酶蛋白变性；C、失去辅酶；D、缺少底物与酶结合所需要的能量；E、以上都不
和
等几ห้องสมุดไป่ตู้。
⒐ 判断一个纯化酶的方法优劣的主要依据是酶的
和
。
四、名词解释
⒈ 核酶；⒉ 抗体酶；⒊ 酶工程；⒋ 酶活力和比活力；⒌ 生物酶工程；⒍ 固定化酶；
五、问答题
⒈ 25mg 蛋白酶溶于 25ml 缓冲液中，取 0.1ml 酶液以酪蛋白为底物测酶活力，测得其活力为每小时
产生 1500μ g 酪氨酸。另取 2ml 酶液测得蛋白氮含量为 0.2mg。若以每分钟产生 1μ g 酪氨酸为
-1-
中国海洋大学海洋生命学院
生物化学习题
2008 修订
⒍ 表示酶量，不能用重量单位，要用活力单位表示。
⒎ 酶可以促进化学反应向正或反反应方向转移。
⒏ 对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。
⒐ 酶的化学本质是蛋白质。
⒐ 有 1g 粗酶制剂经纯化后得到 10mg 电泳纯的酶制剂，那么酶的比活力较原来提高了 100 倍。
酶量为 1 个活力单位计算，求⑴ 1ml 酶液中所含的蛋白质量和酶活力单位；⑵ 比活力多少？⑶
1g 酶制剂的总蛋白含量及总活力？
⒉ 什么是酶的专一性？有哪些类型？
⒊ 什么是固定化酶？有何优点？如何制备固定化酶？
-2-
⒌ 辅助因子包括
、
和
等。其中
过半透膜 ⒍ 乳酸脱氢酶经透析后，其活性大大降低或消失，原因是：（ ） A、亚基解聚；B、酶蛋白变性；C、失去辅酶；D、缺少底物与酶结合所需要的能量；E、以上都不
和
等几ห้องสมุดไป่ตู้。
⒐ 判断一个纯化酶的方法优劣的主要依据是酶的
和
。
四、名词解释
⒈ 核酶；⒉ 抗体酶；⒊ 酶工程；⒋ 酶活力和比活力；⒌ 生物酶工程；⒍ 固定化酶；
五、问答题
⒈ 25mg 蛋白酶溶于 25ml 缓冲液中，取 0.1ml 酶液以酪蛋白为底物测酶活力，测得其活力为每小时
产生 1500μ g 酪氨酸。另取 2ml 酶液测得蛋白氮含量为 0.2mg。若以每分钟产生 1μ g 酪氨酸为
-1-
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生物化学习题
2008 修订
⒍ 表示酶量，不能用重量单位，要用活力单位表示。
⒎ 酶可以促进化学反应向正或反反应方向转移。
⒏ 对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。
⒐ 酶的化学本质是蛋白质。
⒐ 有 1g 粗酶制剂经纯化后得到 10mg 电泳纯的酶制剂，那么酶的比活力较原来提高了 100 倍。
酶量为 1 个活力单位计算，求⑴ 1ml 酶液中所含的蛋白质量和酶活力单位；⑵ 比活力多少？⑶
1g 酶制剂的总蛋白含量及总活力？
⒉ 什么是酶的专一性？有哪些类型？
⒊ 什么是固定化酶？有何优点？如何制备固定化酶？
-2-
⒌ 辅助因子包括
、
和
等。其中
生物化学-第8章-酶学通论
第一个数字表示大类： 氧化还原 第二个数字表示反应基团：醇基 第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+ 第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。
有副反应发生。 （3）、易失活——反应条件温和 常温、常压，中性pH环境。
（4）、 活性可调节
别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降 解等。
二、 酶的化学本质及其组成
（一） 酶的化学本质
绝大多数酶是蛋白质
证据（1）酸水解的 产物是氨基酸，能被蛋白酶水解
失活；
（2）具有蛋白质的一切共性，凡是能
使蛋白质变性的因素都能使酶变性；（具有蛋白质
（二）、 国际系统命名
★★基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的 性质（底物为水时可略去不写）。
★P327 表8-8酶国际系统命名法举例
★★ （三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。 （2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干
★大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。
3、 多酶复合体
★由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个 酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或 代谢途径的一部分。
大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成：
①丙酮酸脱氢酶（E1）
以二聚体存在 2×9600
②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000
★转换数（TN)或催化常数（Kcat)表示酶 的最大催化效率
Kcat是一定条件下（[S]》Km）每秒钟每个
酶分子转换底物的分子数（数值上Kcat
=K3）
E S K K 21 ES K K 34 P E
P 322 表8-2 一些酶的最大转换 数
有副反应发生。 （3）、易失活——反应条件温和 常温、常压，中性pH环境。
（4）、 活性可调节
别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降 解等。
二、 酶的化学本质及其组成
（一） 酶的化学本质
绝大多数酶是蛋白质
证据（1）酸水解的 产物是氨基酸，能被蛋白酶水解
失活；
（2）具有蛋白质的一切共性，凡是能
使蛋白质变性的因素都能使酶变性；（具有蛋白质
（二）、 国际系统命名
★★基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的 性质（底物为水时可略去不写）。
★P327 表8-8酶国际系统命名法举例
★★ （三）国际系统分类法及编号（EC编号）
（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。 （2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干
★大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。
3、 多酶复合体
★由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个 酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或 代谢途径的一部分。
大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成：
①丙酮酸脱氢酶（E1）
以二聚体存在 2×9600
②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000
★转换数（TN)或催化常数（Kcat)表示酶 的最大催化效率
Kcat是一定条件下（[S]》Km）每秒钟每个
酶分子转换底物的分子数（数值上Kcat
=K3）
E S K K 21 ES K K 34 P E
P 322 表8-2 一些酶的最大转换 数
生物化学第8章酶学通论
第八章酶学通论Chapter 8 General Theory of Enzymology第一节酶的研究历史远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒，4千年前的夏禹时代，人们就知道了酿酒, 3千年前的周代已开始制作饴糖和酱。
酶学始于19世纪对发酵过程的研究1810年, Gaylussac发现,酵母可使糖转化为酒精。
1833年, Payen& Perzos从麦芽中获得了粗淀粉酶制剂(diastase)。
1857年,Pastuer提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果; 认为活细胞是必需; Liebig则认为发酵是酵母细胞液中酶引起。
1876年,William Kuhne提出用”Enzyme”一词来表示未统一名称的已知的各种酵素。
1897年，Büchner 兄弟用不含细胞的酵母汁成功实现了发酵。
提出了发酵与活细胞无关，而与细胞液中的酶有关。
"for hisbiochemicalresearches and hisdiscovery of cell-free fermentation"1907 Nobel Prizein ChemistryEduard B üchner (弟弟)1903年，Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。
1913年，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理—米氏学说。
1925年，Briggs和Handane对米氏方程做了修正，提出了稳态学说。
1926年，Sumner 从刀豆种子中分离、纯化得到了脲酶结晶，首次证明酶是具有催化活性的蛋白质；1930-36年，Northrop 得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶。
The Nobel Prizein Chemistry,1946“for discovery that enzymescan be crystallized”1969年，Merrifield 等人工合成了具有酶活性的胰RNase 。
中国海洋大学资料生物化学课件第八章 酶通论
⒉ 以蛋白质结构分类
单体酶：酶由一个亚基组成 寡聚酶：酶为寡聚蛋白 多酶复合体：几个独立的酶组合起来形成复合体，催化一 个系列反应
㈡ 酶的分类
⒊ 根据催化的反应类型：大体分六大类
⑴ 氧化还原酶（脱氢酶与氧化酶） ① 脱氢酶 ② 氧化酶 ⑵ 转移酶 ⑶ 水解酶 ⑷ 裂解酶 ⑸ 异构酶 AH2 + B（辅酶）←→ A+BH2 BH2 + 1/2 O2 ←→ B+H2O AX＋B ←→ A＋BX AB ＋H2O ←→ AOH＋BH A ←→ B + C A ←→ B
1897 Buchner兄弟证明了不含酵母细胞的提取液也能 使糖发酵，1911诺贝尔化学奖；
1894 年， Fischer 提出“锁钥学说”，用来解释酶 的作用机理；
1903 年， Herri 提出酶作用的中间复合物学说 ；
1913 米氏学说建立；
Leonor Michaelis (1875-1949)
1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一 步证明了酶是蛋白质。
Northrop, J. H. (1930) “Crystallin pepsin, 1: Isolation and tests of purity” J. Gen . Physiol. 13:739-766.
Maud Menten (1879-1960)
酶的化学本质 大多数酶是蛋白质
1926 年 美 国 Sumner 实 现 脲 酶 的 结晶，并指出酶是蛋白质
J.B.Sumner
Urease crystals ( X 728)
Sumner, J. B. (1926) “ The isolation and crystallization of the enzyme urease” J. Biol. Chem. 69:435-441.
第8章酶通论
8.6、核酶和抗体酶
抗体酶的制造方法：首先要设计出过渡 态底物的类似物。将其注入动物体内， 诱导出抗体，提取抗体，将它与真正的 底物反应，看看能不能催化。
有时也用单位酶制剂中含有的活力单位来表示， 如U/g, U/mL。
酶活力测定方法
（1）分光光度法（spectrophotometry）： 多利用产物在紫外或可见光部分的光吸收性 质，选择适当波长，测定反应过程的进行情 况。简便、节约时间和样品，可以检测 nmol/L水平的变化。
（2）荧光法(fluorometry)：主要利用底物或 产物的荧光性质。灵敏度高，但易受到干扰。
于一个特定的底物。这种专一性称为绝 对专一性（Absolute specificity)。 例如：脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶、碳酸 酐酶及延胡索酸水化酶（只作用于反丁 烯二酸）等。
结构专一性
（２）相对专一性(Relative Specificity)：对象 不是一种底物，而是一类化合物或一类化学 键。包括：
酶作用专一性的假说
锁钥学说（1894年Emil Fischer）—lock and key或模板学说（temolate）：认为整个酶分 子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有 特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对 一把锁一样。
酶作用专一性的假说
诱导契合学说（1958年 D.Koshland) induced fit：该学说认为酶表面并没有一 种与底物互补的固定形状，而只是由于底 物的诱导才形成了互补形状,从而有利于底 物的结合。（四个要点）
8.2、酶的化学本质及其组成
三、单体酶、寡聚酶、多酶复合体 单体酶：通常由一条肽链组成，如溶菌，也可不同；通常是偶数个亚基， 亚基之间以次级键结合；如苹果酸脱氢酶、 过氧化氢酶。 多酶复合体：由几种酶靠非共价键彼此嵌合 而成。如丙酮酸脱氢酶复合体、脂肪酸合成 酶复合体等。
中国海洋大学资料酶通论
中国海洋大学海洋生命学院 董 文
酶的辅因子是酶的对热稳定的非蛋白小分子物质部 分，其主要作用是作为电子、原子或某些基团的载体 参与反应并促进整个催化过程。 (1)传递电子体：如 卟啉铁、铁硫簇； (2)传递氢（递氢体）：如 FMN/FAD、NAD/NADP、 C0Q、硫辛酸； (3)传递酰基体：如 C0A、TPP、硫辛酸； (4)传递一碳基团：如 四氢叶酸； (5)传递磷酸基：如 ATP，GTP； (6)其它作用： 转氨基，如 VB6 ；传递CO2，如 生物素。 转氨基
中国海洋大学海洋生命学院 董 文
2、根据结构不同酶可分为：
单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。分子量较小. 寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基聚合 而成。亚基可相同也可不同,亚基间不以共价键相 连.分子量较大. 多酶复合体：由几种酶彼此嵌合形成的复合体,催化一系 列反应连续进行.这类酶复合体分子量很高,一般在 几百万以上。如,丙酮酸脱氢酶复合体(三种酶,四 种辅酶);脂肪酸合成酶复合体(六种酶,多种辅酶)
第八章 酶通论
酶(Enzyme)是一类具有高效率、高 度专一性、活性可调节的生物催化剂
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文
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文
发展历史
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是 蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性 的天然RNA—Ribozyme。 L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个 最著名的例子。 (3)抗体酶（abzyme）： 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克 隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。
酶的辅因子是酶的对热稳定的非蛋白小分子物质部 分，其主要作用是作为电子、原子或某些基团的载体 参与反应并促进整个催化过程。 (1)传递电子体：如 卟啉铁、铁硫簇； (2)传递氢（递氢体）：如 FMN/FAD、NAD/NADP、 C0Q、硫辛酸； (3)传递酰基体：如 C0A、TPP、硫辛酸； (4)传递一碳基团：如 四氢叶酸； (5)传递磷酸基：如 ATP，GTP； (6)其它作用： 转氨基，如 VB6 ；传递CO2，如 生物素。 转氨基
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2、根据结构不同酶可分为：
单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。分子量较小. 寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基聚合 而成。亚基可相同也可不同,亚基间不以共价键相 连.分子量较大. 多酶复合体：由几种酶彼此嵌合形成的复合体,催化一系 列反应连续进行.这类酶复合体分子量很高,一般在 几百万以上。如,丙酮酸脱氢酶复合体(三种酶,四 种辅酶);脂肪酸合成酶复合体(六种酶,多种辅酶)
第八章 酶通论
酶(Enzyme)是一类具有高效率、高 度专一性、活性可调节的生物催化剂
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发展历史
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是 蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性 的天然RNA—Ribozyme。 L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个 最著名的例子。 (3)抗体酶（abzyme）： 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克 隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。
生物化学 第八章 酶通论.
2006-1-7
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例如：葡萄糖异构酶催化的反应。
CH2OH O OH
OH OH
OH
CH2OH
CH2OH
O OH
OH OH
葡萄糖6-磷酸异构酶催化反应
2006-1-7
CHO C-OH HOC-H H-C-OH H-C-OH C-2OPO3H2
6-磷酸葡萄糖
CH2OH C=O HOC-H H-C-OH H-C-OH C-2OPO3H2
上海大学生命科学学院6-磷酸果糖
6、合成（连接）酶类
合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、CO、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。
A+B+ATP + H-O-H
A·B+ADP+Pi
A+B+ATP + H-O-H
A·B+AMP+PPi
例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
1. 脱氢酶：受体为NAD或NADP，不需氧。 2. 氧化酶：以分子氧为受体，产物可为水或
H2O2，常需黄素辅基。 3. 过氧物酶：以H2O2为受体，常以黄素、血红
素为辅基。 4. 氧合酶（加氧酶）：催化氧原子掺入有机分
子，又称羟化酶。按掺入氧原子个数可分为 单加氧酶和双加氧酶。
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苹果酸。
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◆国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异
SOD： EC1.15.1.1，只有一个名称和编号
2O2-+2H+→H2O2+O2
三类不同的SOD： CuZn-SOD 真核生物细胞质中 Mn-SOD 真核生物线粒体中 Fe-SOD 同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结 构也有很大不同。
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8.1.2酶作为生物催化剂的特点
A.酶易失活
B.酶具有很高的催化效率
碳酸酐酶：CO2+H2O H2CO3 快107倍. 酶催化效率 表8-1（书）
酶 的 转 换 数 （ turnovcr number,TN, kcat）：在一定条件下，每秒钟每个酶分 子转换底物的分子数，或每秒钟每微摩 尔酶分子转换底物的微摩尔数。
4） 裂合酶类（lyases） A • B ←→ A +B 5） 异构酶类（isomerases） A ←→ B 6）连接酶类（ligases或synthatases合成酶类） A +B +ATP ←→ A • B +ADP +Pi
8.4 酶的专一性
8.4.1酶的专一性 A.结构专一性: 1）绝对专一性 酶的专一性非常高，只作用 于一种底物。 如 脲酶只能水解尿素， DNA聚合酶只催化DNA的聚合， 麦芽糖酶催化麦芽糖的水解。
多酶复合体：是由几种酶靠非共价键比此嵌 合而成。所有反应依次连接，有利于一系列 反应的连续进行。 如： 脂肪酸合成酶复合体，7种酶一个酰基载体蛋 白组成， 丙酮酸脱氢酶复合体，由60个亚基3种酶组成。
8.3酶的命名和分类
目前已发现的酶约4，000种，在生物体中的 酶远远大于此数。 8.3.1 习惯命名法 根据作用的底物命名 根据催化的反应性质及类型命名 .
B.荧光法：敏感，但易受干扰。
C.同位素示踪测定法：用放射性同位素的底物， 经酶作用后所得到的产物，通过适当的分离， 测定产物的脉冲数即可换算出酶的活力单位。
D.电化学法：跟踪反应过程中H+ 的变化测定 反应速率.
8.5.2 酶的分离和纯化 酶的提纯包括两方面的工作：
1）浓缩酶制剂；2）除去酶制剂中大量杂蛋白和其他大分子物质。
Hale Waihona Puke 8.8.2 生物酶工程是高级酶工程。是酶学和现代分子生物技 术结合的产物。
1） 用基因工程技术大量生产酶（克隆酶） 2） 对酶基因进行修饰，生产遗传修饰酶 （突变酶） 3） 设计新酶基因，合成自然界没有的新酶.
8 酶通论作业 书p348-349全部
8.1酶催化作用的特点
8.1.1酶和一般催化剂的比较
A.都能显著改变化学反应速率，使之尽快达到 平衡. B.不改变反应的平衡常数. C.酶本身不发生变化。
催化剂参与反应是降低了反应的活化能。
H2O2分解： 没有催化剂时，需活化能75.4kJ/mol； 液态鈀作催化剂，48.9 kJ/mol； 过氧化氢酶催化，8.4 kJ/mol。
8.3.2 国际系统命名法
是以酶催化的整体反应为基础的，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。
8.3.3 国际系统命名法及酶的编号
国际酶学委员会根据各种酶所催化的反应的类 型，将酶分为6大类，分别用1、2、3、4、5、 6来表示。 再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一 大类分为若干个亚类。 每一亚类再分为亚亚类。 第四个数字表示该酶在亚亚类中的编号 如表8-9酶的分类
D .酶活性受到调节和控制
1) 调节酶的浓度 ①诱导或抑制酶的合成②调节酶的降解 2) 通过激素调节酶活性 乳糖合成酶的调节亚基合成是受激素控制的 3) 反馈抑制调节酶活性 产物对酶的抑制 4）抑制剂和激活剂对酶活性的调节 5）其他调节方式
8.2 酶的化学本质及其组成
8.2.1 酶的化学本质
8.8.1.2化学修饰酶
对酶分子的化学修饰以改善酶的性能。 1）化学修饰酶的功能基 2）交联反应 3）大分子修饰作用
8.8.1.3固定化酶
固定化酶是将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之 成为不溶于水的，但仍具有酶活性的状态。 酶的固定化法： A.物理法 吸附法、包埋法 B.化学法 共价偶联法、交联法
酶与抗体这两种蛋白质之间存在之惊人的相似之处， 抗体分子及其多样性的结合专一性能被用来产生新的 酶吗？ Schultz等人：对硝基苯酚磷酸胆碱酯作为相应羧酸二 酯酶水解反应的过渡态类似物，推测用这个类似物作 为半抗原诱导产生的单克隆抗体可能对羧酸二酯的水 解反应有催化活性。 通过对单克隆抗体的筛选，找到一株MOPC167单抗， 可使水解反应速率加快1.2×10 4.。
第8章
酶通论
本章内容
酶催化作用的特点 酶的化学组成及其特点 酶的分类和命名 酶的专一性 酶的活力测定和分离纯化 核酶 抗体酶 酶工程简介
没有酶的参与，生命活动一刻也不能进行。 我国人民在八千年以前就开始利用酶，夏禹时代，人 们就会酿酒。虽然我们祖先并不知道酶是何物，也无 法了解其性质，但根据生产和生活的积累，已把酶利 用到相当广泛的程度。 1810年Jaseph Gaylussac发现酵母可将糖转化为酒精。 1857年微生物学家Pasteur等人提出酒精发酵是酵母 细胞活动的结果，他认为只有获得酵母细胞才能进行 发酵。Liebig反对这种观点。直到1897年，Bü chner 兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的 抽提液，并证明此不含细胞的酵母提取液也能使糖发 酵。从而说明了发酵是酶作用的化学本质，为此 Bü chner获得了1911年诺贝尔化学奖。 1833年Payen和Persoz第一次分离出酶。
8.3.4 六大酶类的特征和举例 1） 氧化还原酶类（oxido-reductases） 氧化酶类： A •2H + O2 ←→ A +H2O 2A • 2H +O2 ←→ 2A + 2H2O2 脱氢酶类： A • 2H ←→ A +B 2H 2） 转移酶类（transferase） A • X +B ←→ A + BX 3） 水解酶类（hydrolases） A—B + HOH ←→ AOH+BH
酶的活力单位（U, active unit）：在一定条件 下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所 需要的酶量。 酶的含量：U/g, U/ml, U/mg
A.国际单位（IU）：在最适反应条件（温度 25℃）下，每一分钟内催化一微摩尔(μmol)底 物转化为产物所需要的酶量定为一个酶活力单 位, 即 1U=1μmol /min。 B.Katal 单位(Kat)：每秒钟内催化一摩尔(mol) 底物转化为产物所需要的酶量定为一个Kat单 位。 1Kat = 60×106 IU 1IU = 16.7n Kat C.自定
酶的比活力（specific activity）： 代表酶的纯度。 每mg蛋白质所含的酶活力单位数。 比活力= 活力U/mg蛋白= 总活力U/总蛋白mg 用每g酶制剂或每ml酶制剂含有多少个活力单 位来表示（U/g, U/ml）
酶活力的测定方法：
A.分光光度法: 利用底物和产物在紫外或可见 光部分的光吸收的不同，选择一适当的波长， 测定反应过程中发生的变化。已成为酶活力测 定最重要的方法. 如 NAD(P)H 在340nm处有最大光吸收。 而氧化型（NAD）则没有。
8.2.3 单体酶、寡聚酶、多酶复合体
单体酶：一般是由一条肽链组成，如牛胰核 酸酶、溶菌酶、羧肽酶A等。 有的单体酶由多条肽链组成如：胰凝乳蛋白 酶由3条肽链组成 寡聚酶：是由两个或多个亚基组成的酶，这 些亚基可以是相同的也可以是不同的。绝大 多数寡聚酶都含偶数亚基。但个别寡聚酶含 有奇数亚基,如嘌呤核苷磷酸化酶含有3个亚基。
每次比活力 回收率（产率）＝───────×100% 第一次比活力
8.6 核酶
核酶（ribozyme）,1982年，Cech, 四膜虫，转录产物 rRNA前体很不稳定，在尿苷和Mg++ 存在下切除自身 的413个核苷酸的内含子，使两个外显子拼接起来， 变成成熟的RNA分子。
8.7抗体酶
除有催化活性的RNA外几乎都是蛋白质。
8.2.2 酶的化学组成
单纯蛋白质(simple protein)：
脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和 核糖核酸酶。
缀合蛋白质(conjugated protein)：
全酶=脱辅酶（酶蛋白）+辅因子 辅因子包括：辅酶和辅基 脱辅酶部分决定酶催化的专一性； 辅酶起着电子、原子或某些化学基团的转移作用。
2）相对专一性 底物是一类结构类似的物质， 如要求 族专一性或基团专一性：a-D-葡萄糖苷酶。 键专一性：酯酶，蛋白水解酶。
B.立体异构专一性：当底物有立体异构体时， 酶只能作用于其中的一种。 1）旋光异构专一性： L-氨基酸氧化酶 2）几何异构专一性： 琥珀酸脱氢酶： 琥珀酸 延胡索酸（反丁烯二酸）
一些酶的最大转换数
酶
碳酸酐酶 3-酮类固醇异构酶 乙酰胆碱酯酶 青霉素酶 乳酸脱氢酶 胰凝乳蛋白酶 DNA聚合酶I 色氨酸合成酶
转换数（kcat）/s-1 600 000 280 000 25 000 2 000 1 000 100 15 2
C. 酶具有高度专一性
酶对催化的底物有高度的选择性 氢离子:催化淀粉、脂肪和蛋白质的水解。 淀粉酶，酯酶，蛋白酶