酶化学

核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有 关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。
2014-3-13
（二）酶的化学组成及类别
单纯酶 酶 结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅因子 辅酶 ：与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 辅因子 辅基 ：与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。
金属激活剂 ：金属离子作为辅助因子。
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围 为20-40C。
高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。 4.可调性：如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、 酶原激活及激素控制等。
2014-3-13
二、酶的专一性
绝对专一性 结构专一性 相对专一性 酶的专一性 键专一性 旋光异构专一性 立体异构专一性 几何异构专一性 基团专一性

系统名：包括所有底物的名称和反应类型。
乳酸 + NAD+
丙酮酸 + NADH + H+
乳酸：NAD+ 氧化还原酶
2014-3-13
第三节 化学组成及结构
一、酶的化学组成
（一）大多数酶是蛋白质 1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为 蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。 1982 年 T.Cech 发现了第 1 个有催化活性的天然 RNA— 核酶， 以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。
单纯蛋白质酶类
据酶分子 组成分类 酶蛋白质
结合蛋白质酶类
辅助因子
金属离子
辅基 辅酶
单体酶
据酶蛋白 特征分类 寡聚酶 多酶复合体
单体酶 -monomeric enzyme ：一般由一条肽链组成，如 溶菌酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。但有的单体酶有多 条肽链组成，如胰凝乳蛋白酶由3条肽链，链间由二硫 键相连构成一个共价整体。 寡聚酶-oligomeric enzyme：由2个或2个以上亚基组成， 亚基间可以相同也可不同。亚基间以次级键缔合。如3磷酸甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶等。
1. 用加热或光照给反应体系提供能量。 2. 使用催化剂降低反应活化能。
酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能， 从而使活化分子数增多，反应速度加快。
2014-3-13
2014-3-13
二、中间产物学说 E + S
ES
E + P
在酶催化的反应中，酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间 物（E－S），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活 化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。 中间产物存在的证据：1.同位素32P标记底物法（磷酸化酶与 葡萄糖结合）；2.吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。
用过氧化氢酶在1秒内催化的反应，同 样数量的铁需要300年才能反应完。
1mol离子铁
6×10-4molH2O2
2014-3-13
如果人的消化道中没有各种酶类参与催化作用， 那么在体 温37℃的情况下，要消化一餐简单的午饭，大约需要50年。
2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。 3.反应条件的温和性。
第五章 酶
酶的概念 酶的分类与命名
酶的化学组成及结构 酶作用的机理 酶促反应的速度和影响酶促反应速度的因素 酶的制备与酶活力的测定 酶的应用
2014-3-13
要求
要求
掌握酶、酶的活性中心、必需基团、酶原的激活等概 念；掌握酶的分类、化学组成、特性和结合蛋白酶（全酶） 类的特性；掌握影响酶促反应的因素；掌握米氏方程和米 氏常数的意义；掌握竞争性抑制作用的概念；掌握抑制作
在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这 种酶的组织细胞不被水解破坏。
2014-3-13
肠 激 酶
胰蛋白酶原
六肽
活性中心 胰蛋白酶
胰蛋白酶原的激活示意图
第四节 酶的作用机理
一、酶的催化作用与分子活化能
化学反应自由能方程式
ΔG =ΔH -TΔS （ ΔG是总自由能的变化， ΔH 是总热能的变化，ΔS 是熵的变化） 当ΔG＞0，反应不能自发进行。 当ΔG＜0，反应能自发进行。
OH OH 2 邻苯二酚氧化酶 2
O O + 2H2O
+ O2
邻苯二酚
邻苯醌
（2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢
A· 2H + B A + B· 2H
例：乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化还原酶）
COOH HO C CH3
乳酸
COOH + NAD
+
乳酸脱氢酶
H
C
O
+ NADH + H+
乙酸+CoA－SH+ATP 乙酰－S－CoA+AMP+PPi
乳酸脱氢酶 EC
1.
1.
1.
27
第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号
2014-3-13
酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。 惯用名

1.1961年以前使用的酶沿用习惯命名： （1）依据底物来命名： 如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称 淀粉酶。 （2）依据催化反应的性质及类型命名： 如：水解酶、转氨酶。 （3）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，如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白 酶。
酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是 作为电子、原子或某些化学基团的载体。
2014-3-13
（三）酶的存在形式 1. 单体酶（ monomeric enzyme) ：仅有一条具有活性部位的 多肽链，全部参与水解反应。
2. 寡聚酶 (oligomeric enzyme) ：由几个或多个亚基组成， 亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以 非共价键结合。
CH3
丙酮酸
2．转移酶类（transferases） 催化基团的转移
A R +B A+ B R
例：谷丙转氨酶（GPT）（EC 2.6.1.2，L-丙氨酸： α—酮戊二酸氨基转移酶）
3．水解酶类（hydrolases） AB + H2O A· OH + BH
4．裂合酶类（lyases）
从底物移去一个基团而形成双键或逆反应
2014-3-13
三、酶的专一性
“锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与 底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。
（酶的多底物现 象、酶对正反方 向的催化、相对 专一性）
2014-3-13
2、诱导契合学说
酶的活性中心在结构上
具柔性，底物接近活性
中心时，可诱导酶蛋白 构象发生变化，这样就 使酶活性中心有关基团 正确排列和定向，使之 与底物成互补形状有机 的结合而催化反应进行。
1982 Cech和Altman发现四膜虫细胞大核期间26S rRNA前体具有自 我剪接功能。 1986 Schultz与Lerner研制成功抗体酶。
Boyer 和 Wakler 阐明 ATP 合成酶合成与分解 ATP 的分子机制。
第一节 酶的概念
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。
一、定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多 种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
键 (Bond) 专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的 基团没有严格的要求。
２. 立体化学（异构）专一性
（１） 旋光异构专一性
酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催 化这类底物发生反应。即当底物具有旋光异构体时， 酶只能作用于其中的一种。 例如，淀粉酶只能选择性地水解D－葡萄糖形成的1，4 －糖苷键； L- 氨基酸氧化酶只能催化 L- 氨基酸氧化； 乳酸脱氢酶只对L-乳酸是专一的。
１. 结构专一性
（１）绝对专一性（Absolute specificity) 有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的 底物。这种专一性称为绝对专一性。
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。
（２）相对专一性(Relative Specificity)
（２）几何异构专一性（geometrical specificity） 有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而 对另一种构型则无催化作用。 如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸即反－丁烯二酸水 合生成苹果酸，对马来酸（顺－丁烯二酸）则不起作用； 丁二酸（琥珀酸）脱氢酶。
三、酶的化学组成及类别
2014-3-13
活化分子：所含能量达到或超过一定限度（分子平 均能量）能参加反应的分子。 活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。 是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状 态所需的自由能。 能阈（能障）：活化分子所含有的能参加化学反应的 最低限度的能量称为化学反应的能阈
促使化学反应进行的途径：
用对最大速度和Km的影响。
2014-3-13





1857 Pasteur提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。 1897 Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不 含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。 1913 Michaelis和Menten提出米氏方程。 1926 Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具 有蛋白质性质。 1969 Merrifield人工合成核糖核酸酶。 1967-1970 从E.coli中发现第I、第II类限制性核酸内 切酶。
多酶体系 -multienzyme system ：由几种酶靠非共价键 彼此嵌合而成。主要指结构化的多酶复合体如丙酮酸脱 氢酶系、脂肪酸合成酶复合体等。