第五章 酶

第五章酶 (Enzyme)

主要内容：介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶专一性及高效催化的策略，进而讨论影响酶作用的主要因素。对酶工程和酶的应用作一般介绍。思考题？

第一节酶的概念及作用特点

第二节酶的命名和分类

第三节酶活力测定和分离纯化

第四节酶催化作用的结构基础和

高效催化的策略

第五节酶促反应的动力学

第六节重要的酶类及酶活性的调控

第七节酶工程简介

目录

第一节酶概念及作用特点

一、酶的概念

二、酶催化作用的特点

三、酶的化学本质、酶的类别和组成

酶

是活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸；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。

酶催化作用的特点

酶具有一般催化剂的特征：

用量少而催化效率高；不改变化学反应的平衡点；可降低反应的活化能。

酶作为生物催化剂的特点

极高的催化效率

高度的专一性

易失活

活性可调控

有些酶需辅助因子

酶作为生物催化剂的特点

1、催化效率很高：

比较Fe3+和H2O2酶同样条件下的催化效果：

1mol/L H2O2酶 104M

1mol/L Fe3+ 10-6M

酶促反应比非催化反应高10-1020倍；

比一般催化反应高107-1013倍。

酶能够显著降低反应的活化能

活化能(Activation energy)：在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。

0℃，分解H2O2量

2、酶具有高度专一性

是指酶对催化的反应和反应物有严格的选择性。一种酶只能催化一种或一类十分相似的反应。底物（substrate ，S)：酶作用的物质。

酶专一性类别（P332）

酶专一性类型（ p332）

1 、结构专一性

概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择。

类别：绝对专一性和相对专一性

2 、立体异构专一性

概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求

类别：旋光异构专一性和几何异构专一性

绝对专一性和相对专一性

绝对专一性有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。

相对专一性有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。

1）键专一性有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。

2）基团专一性另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严

格。

消化道内几种蛋白酶的专一性

（苯丙.酪.色-COOH）

（精.赖-COOH）

（脂肪族）

胰凝乳蛋白酶

胃蛋白酶

弹性蛋白酶

羧肽酶

胰蛋白酶

糜蛋白酶

羧肽酶

3、酶易失活：

凡使pr变性的因素都可使酶破坏,

酶在温和条件下作用。

4、酶活性受到调节和控制：

（1）调节酶浓度

（2）通过激素调节酶的活性

（3）反馈抑制调节酶活性

（4）抑制剂或激活剂对酶活性的调节

（5）其它方式别构调控

酶原激活

共价修饰

酶的化学本质

历史 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——ribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。

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。

据酶分子组成分类

单纯蛋白质酶类

结合蛋白质酶类

酶蛋白质

辅助因子

金属离子

金属有机物

小分子有机物

据酶蛋白特征分类

单体酶

寡聚酶

多酶复合体

酶的类别

单体酶、寡聚酶和多酶复合

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。亚基可以相同也可以不同，亚基之间以非共价键结合。

3.多酶复合物 (multienzyme system)：几个酶靠非共价键镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。

多酶复合体示意图

酶的化学组成

酶

（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子

辅因子

辅酶

：与酶蛋白结合的比较松的小分子有机物。

辅基

：与酶蛋白结合的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。

单纯酶除了蛋白质外，不含有其它的物质

如淀粉酶、脲酶、蛋白酶等。

缀合酶

第二节酶的命名和分类

1、习惯命名

2、国际系统命名法

3、国际系统分类法及酶的编号

1、习惯命名：

根据酶的底物命名：如：淀粉酶、蛋白酶；

根据酶所催化的反应性质命名：如：转氨酶；

综合上述两原则命名：如：乳酸脱氢酶；

上述命名加酶来源或酶的其它特点：胃蛋白酶、碱性磷酸酶。

2、国际系统命名法

以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物及催化反应的性质。如果一种

酶催化两个底物起反应，应在他们的系统名称中包括两种底物的名称，并以“:”将他们隔开，若底物中有水可以略去不写。

惯用名系统名

谷丙转氨酶丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶

催化反应： Ala+α-酮戊二酸→ Glu+丙酮酸

脂肪酶脂肪水解酶

催化反应：脂肪＋H2O →脂肪酸＋甘油

3.国际系统分类法及酶的编号

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：1.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合酶类，5.异构酶类，6.合成酶类。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成若干亚类，又按照1、2、3…..编号；每个亚类又分为亚亚类仍用1、2、3…编号。每个酶分类编号由4个数字组成，数字间用“.”隔开，编号前冠以EC。例如：

（2）氧化酶类

①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：

②催化底物脱氢，氧化生成H2O：

（3）过氧化物酶

A、氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。

（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。

B、转移酶类：催化化合物中某些基团的转移

A·X + B

A +B·X

根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫