第02章 酶学基础知识

按照分子中起催化作用的主要组分不同， 酶可以分为蛋白类酶（proteozyme，P 酶）和核酸类酶（ribozyme，R酶，核 酶）两大类。 两者的显著区别之一是蛋白类酶只能催 化其他分子进行反应，而核酸类酶却可 以催化酶分子本身也可以催化其他分子 进行反应。
一、蛋白类酶（P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：
乳酸：NAD+氧化还原酶 乳酸脱氢酶
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。
蛋白酶的系统编号 EC. X.X.X.X
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
编号 EC.1.1. 1.27 EC2.6.1 .1
2、分子间催化R酶

分子间催化酶是催化其它分子进行反应的核酸类酶。 （1）RNA剪切酶：催化其他RNA分子进行剪切反应 的核酸类酶。 （2）DNA剪切酶：催化DNA分子进行剪切反应的核 酸类酶。 （3）多肽剪切酶：催化多肽剪切作用的核酸类酶。 （4）多糖剪接酶：催化多糖剪切和连接反应的核 酸类酶。 （5）多功能R酶：催化其他分子进行多种反应的核 酸类酶。

底物：底物 连接酶 按合成的键分为5个亚类。 例如，谷氨酰胺合成酶催化的反应。 L－谷氨酸+氨+ ATP === L－谷氨酰胺+ ADP +Pi

蛋白类酶的系统名、惯用名
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
惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。
（2） 别构酶

别构酶，这些酶 在结构上除了具 有能和底物相结 合、并催化底物 进行反应的活性 中心外，还具有 能和效应物相结 合的调节中心。
（3）多功能酶

多功能酶指具有一种以上催化活性的酶， 他们有的是由不同亚基组成，还有一些 别构酶也是多功能酶。
4.

胞内酶、胞外酶
生物合成的酶有两种类型 : 存在于胞内 或转位通过细胞质膜到胞外。



氧化还原酶 转移酶 水解酶 蛋白类酶 裂合酶 异构酶 合成酶或连接酶 自我剪切酶 酶 分子内催化酶 自我剪接酶 RNA剪切酶 DNA剪切酶 核酸类酶 多肽剪切酶 分子间催化酶 多糖剪接酶 多功能R酶
（2 ）

寡聚酶
已知的酶绝大多数是寡聚酶，由相同或者不 同的亚基组成，它们包含两条或多条肽链， 相对分子质量通常超过35000。例如，糖酵 解有关的酶都是包含 2~4个亚基的寡聚酶。 在寡聚酶中有许多是代谢途径中的关键酶， 它们的活性可通过多种方式，特别是通过别 构机制进行调节。
2.单纯酶和结合酶
D-葡萄糖-6-磷酸 + H2O 葡萄糖 + H3PO4
D-果糖-1，6-二磷酸磷酸二羟丙酮 + D-甘油醛-3-磷酸 D-葡萄糖-6-磷酸 D-果糖-6-磷酸
D-果糖-1，6-二磷 EC4.1.2 酸：D-甘油醛-3-磷酸 .13 裂合酶 EC5.1.3 .9 D-葡萄糖-6-磷酸酮 醇异构酶
第二章 酶学基础知识
第二章 酶学基础知识
n
第一节 第二节
酶的分类与命名 酶（蛋白类酶）的结构与功能
n
第一节

酶的分类与命名


大肠杆菌细胞中，3000种酶 高等真核生物细胞中，5000种酶 国际酶学委员会已知的酶见表1：
表1 已知酶历年增长统计



资料来源与年份已知酶数量 Report of the Enzyme Commission (1961) Enzyme Nomenclature (1964) Enzyme Nomenclature (1972) Enzyme Nomenclature (1978) Supplements 1-4 Enzyme Nomenclature (1984) Supplements 1-3 (Eur.J.Biochem.) (1990) Enzyme Nomenclature(1992) Supplements 1-4 (Eur.J.Biochem.) (1997)




从酶的成分组成上看，可将酶分为单成分酶和双成分酶 两种。或称为单纯酶和结合酶。 单成分酶（单纯酶）在催化过程中不需要辅酶，除了蛋 白质外不含其他成分。如：水解酶类的胃蛋白酶、胰蛋 白酶、脲酶、核酸酶等。 双成分酶（结合酶）：在催化反应中需要有辅助因子， 由蛋白和非蛋白两部分组成。其中非蛋白部分称为辅助 因子，单纯的辅助因子不呈现酶活力，只有两者结合在 一起形成全酶才显示活力。如氧化还原酶类、转移酶类 中的许多酶。 全酶＝酶蛋白＋辅助因子
（1） 胞内酶


胞内酶是指在合成后仍留在细胞内发挥作用的 酶。 酶在细胞内存在部位是不同的，有些酶是“可 溶的”，并不直接与细胞中任何特定结构组分 相连接；另一些酶则是“不溶的” , 他们与细 胞膜或细胞器结合，较难与细胞的组分分开， 如线粒体上的酶。为从胞内提取某种酶，一般 要通过破壁、抽提、离心等步骤。


（1） （2） （3） （4） （5） （6）
氧化还原酶类 转移酶类 水解酶类 裂合酶类 异构酶类 连接或合成酶类
（1） 氧化还原酶类

催化氧化-还原反应。


供体：受体 氧化还原酶 主 要 包 括 脱 氢 酶 (dehydrogenase) 和 还 原 （氧化）酶(Oxidase)。 例如，乳酸：NAD+氧化还原酶(乳酸脱氢酶) 催化乳酸的脱氢反应。
四、核酸类酶（催化核酸）

核酸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
水解及其逆反应和一些其它反应。
核酸类酶的分类


（1）根据酶作用的底物是其本身RNA分子 还是其他分子，将核酸类酶分为分子内催化 R酶和分子间催化R酶两大类。 （2）在每个大类中根据酶的催化类型不同， 将 R酶分为若干亚类。

革兰氏阳性菌的外壳由 细胞质膜 和包围在膜外 面的 壁 组成。对革兰氏
阳性菌来说有两类胞外 酶：一类是合成后分泌 到 培养基 中的胞外酶， 如芽胞杆菌产生的淀粉 酶、蛋白酶；另一类是 分泌蛋白穿过膜后，结 合于 膜外表面 的胞外酶。

革兰氏阴性 菌的细胞壁是由
附着在细胞质膜外的一层薄的 粘肽 组成，壁外面还有一层 膜 —— 外膜 。两层疏水膜之 间是亲水空间 —— 周质 。阴 性菌中有 四种 不同位置的分 泌型酶，即分泌酶结合 在内 膜外表面、分布在周质中、 结合在外膜上和分泌到培养 基中 ，前三类均可用渗透压 冲击法或用溶菌酶把细胞处理 成球状体释放酶。
（4） 裂合酶类




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。 底物 裂解基团 裂合酶 分为5个亚类，对应裂解的键的性质主要包括醛缩酶、 水化酶及脱氨酶等。 例如， D-果糖-1，6-二磷酸：D-甘油醛-3-磷酸裂合酶 （果糖二磷酸醛缩酶、醛缩酶A）
（5） 异构酶类
（1） 潜态酶

潜态酶是指那些通常以无活性的酶原状态存 在，而在机能需要时再转变为活性状态的酶。 这种激活调节一般以级联催化方式进行。包 括两种类型：一是不可逆的共价调节，即所 谓的酶原激活。除了前述的消化性蛋白水解 酶外，也包括那些具有生理功能的蛋白酶， 例如凝血酶、溶血纤蛋白酶等都是通过这种 方式调节的；二是可逆共价调节。
2.辅助因子

酶反应的专一性取决于酶蛋白本身，而辅助 因子则直接对电子、原子或某些化学基团起 传递作用，决定反应的性质。酶的辅助因子 可 以 是 无 机 辅 助 因 子 —— 金 属 离 子 （ 激 活 剂），也可以是小分子有机化合物（辅酶）。
（2） 转移酶类
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。 供体：受体 某基团转移酶 分为8个亚类，对应转移的基团。 例如，丙氨酸：a-酮戊二酸氨基转移酶（谷丙转 氨酶）催化的氨基转移反应。
（3） 水解酶类

水解酶催化底物的加水分解反应或其逆反应。


底物名称 反应集团位置 水解酶 分为9个亚类，表示水解的键，主要包括淀 粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，脂肪酶催化的脂的水解反应。
3.

恒态酶和调节酶


根据酶在代谢中所处的地位、含量与活性情况， 也可以分成恒态酶与调节酶。 恒态酶是构成代谢途径和物质转化体系的基本 组成成分，在细胞中恒态酶的含量相对恒定， 其活性仅受反应动力学系统本身的组成因素调 节。 调节酶是指在代谢途径和物质转化体系中起调 节作用的关键酶，它们的含量与活性常因机体 的机能状况而不同。按照其活性调节方式又可 分为三种类型:潜态酶，别构酶和多功能酶。
712 874 1770 2122 2252 2477 2966 3169 3702
酶的分类命名原则


分类命名方法： 对于蛋白类酶现在普遍接受的是国际 酶学委员会1961年制定的酶分类与命 名法。 对于核酸类酶由于其研究历史不长， 对于分类和命名还没有统一的原则和 规定。
蛋白类酶与核酸类酶
1、分子内催化R酶



分子内催化酶是催化本身RNA分子进行反应 的一类核酸类酶。 （1）自我剪切酶：在一定条件下催化本身 RNA分子进行剪切反应的R酶。它们都是 RNA前体，可以在一定条件下进行自我催化， 使RNA前体生成成熟的RNA分子和另一个RNA 片断。 （2）自我剪接酶：在一定条件下催化本身 RNA同时进行剪切反应和连接反应的R酶。 它们也都是RNA前体。
EC6.3.1 .2
L-谷氨酸：氨连接 酶
谷氨酰胺 合成酶
ATP + L-谷氨酸 + NH3 L-谷氨酰胺 + ADP + H3PO4
三、其他习惯归类命名法

单体酶和寡聚酶 单纯酶和结合酶 恒态酶和调节酶 胞内酶、胞外酶
1.

单体酶和寡聚酶


根据酶蛋白质组成特点可将已知酶分为单体酶 和寡聚酶。 （1） 单体酶 单体酶仅由单条肽链组成，相对分子质量 13000 ～ 35000 ，不能再解离成更小的组成 单位。其中许多是催化水解反应的酶，一般不 需辅助因子。 在单体酶中有一些是蛋白水解酶，它们多以无 活性的酶原形式合成，在需要时再水解除去部 分肽链转变为有活性的酶。
系统命名 乳酸：NAD+氧化 还原酶 L-天冬氨酸：a-酮 戊二酸氨基转移酶
习惯命名 乳酸脱氢 酶 天冬氨酸 氨基转移酶
催化的反应 乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH
L-天冬氨酸+-酮戊二酸草酰乙酸 + L-谷氨酸
EC3.1.3 .9
D-葡萄糖-6-磷酸磷 酸水解酶
葡萄糖6-磷酸酶
果糖二磷 酸醛缩酶 磷酸己糖 异构酶




催化各种同分异构体的相互转变。即底物分子内基团 或原子的重排过程。 底物名称 亚类 酶 按异构化类型分为6个亚类，异构、消旋、变位、表异 构、顺反异构 例如， D-葡萄糖-6-磷酸酮醇异构酶（6-磷酸葡萄糖异 构酶）催化的反应。
（6） 合成酶类

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。 A + B + ATP ===AB + ADP +Pi
（2） 胞外酶


胞外酶 ( 又可称为分泌型酶 ) 是指可以穿过质 膜的任何酶，大多数是水解酶，多数工业用 酶都是胞外酶。如淀粉酶、蛋白酶、纤维素 酶、果胶酶等。胞外酶优点明显，它比胞内 酶容易回收、纯化，不必将细胞破碎，也不 用去核酸，容易获得高产(因为胞外酶生产不 受可获得的生物量的限制)。 胞外酶的分泌位置由细胞质膜的结构所决定。
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第二节 酶（蛋白类酶） 的结构与功能
一.蛋白类酶的基本组 成单位－氨基酸


蛋白类酶（ P- 酶）主要由蛋白 质组成。蛋白质是由各种氨基 酸通过肽键连接而成的高分子 化合物。 氨基酸：分子中含有氨基（NH2 ） 和 羧 基 （ -COOH ） 的有 机 化合物。组成蛋白质的氨基酸 主要有20种。