2酶工程酶学基础

三. 酶的分类与命名
氧化还原酶(oxidoreductases) 转移酶(transferases) 水解酶(hydrolases) 裂合酶(lyases ) 异构酶(isomerases) 合成酶(synthetases) 或连接酶(ligases)
蛋白类酶 （proteozyme）
酶 （enzyme） ribozyme） 分子内催化R酶 （in cis ribozyme） 核酸类酶 ribozyme) (ribozyme） 分子间催化 R酶 自 我 剪 切 酶 （ self-cleavage
而对D－天门冬氨酸和马来酸（顺丁烯二酸）都一概不作用。
维持酶的空间结构
催化性质
四、酶催化作用的特点
与非酶催化剂相比，酶具有如下显著特性 1、催化专一性强 2、催化作用效率高 3、催化作用条件温和
1.酶的催化专一性强
一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进 行某种类型的反应 酶的专一性按其严格程度的不同，可以分为绝 对专一性和相对专一性两大类。 1）绝对专一性
而D－乳酸脱氢酶 [ EC 1.1.1.28 ]却只能催化D－乳酸脱氢生成丙酮酸 CH3 CH3 | D－乳酸脱氢酶 | C＝O ============== HO－C－H | | COOH NADH NAD COOH 丙酮酸 D－乳酸
绝对专一性
绝对专一性的另一个典型例子是天门冬氨酸氨裂合酶 [ EC 4.3.1.1 ] ,此酶仅 仅作用于L-天门冬氨酸，经过脱氨基作用生成延胡索酸（反丁烯二酸）及其 逆反应： COOH | CH2 HOOC－C－H | 天门冬氨酸氨裂合酶 || ＋ NH3 H－C－NH2 ============= H－C－COOH | COOH （L－天门冬氨酸） （延胡索酸） （氨）
核酸类酶的分类
1、根据酶催化的底物是其本身RNA分子还是其它分子，可 以将R酶分为： 分子内催化R酶,也称为自我催化R酶 （in cis ribozyme） 分子间催化R酶（in trans ribozyme ） 2、根据酶催化反应的类型，可以将R酶分为： 剪切酶(cleavage ribozyme) 剪接酶(splicing ribozyme) 多功能酶 (multifunction ribozyme)
二、酶的化学本质及其组成
1. 绝大多数酶是蛋白质主要依据： （1）酶的分子质量很大；
（2）酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解 失活； （3）酶具有两性性质：在不同pH下解离成不同 离子状态，都有特定等电点。 （4）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；
2. 酶的组成 单纯酶 酶
第 6 大类，合成酶(Synthetases) 或称连接酶(Ligases)
合成酶 是伴随着ATP等核苷三磷酸的水解，催化两个分子进行连 接反应的酶。其反应通式为： A + B + ATP ＝ AB + ADP + Pi （或 A + B + ATP ＝ AB +AMP +PPi） 该大类酶的系统命名是在两个底物的名称后面加上“连接酶”。 如 谷氨酸：氨连接酶，其催化反应式为： L-谷氨酸 + 氨 + ATP == L-谷氨酰胺 + ADP +Pi。 推荐名则是在合成产物名称之后加上“合成酶”。如，天门冬酰 胺合成酶，其催化反应式为： L-天门冬氨酸 + 氨 +ATP == L-天门冬酰胺 + AMP +PPi。
第 5 大类，异构酶 (Isomerases)
催化分子内部基团位置或构象的转换的酶称为异构酶。其反应 通式为： A＝B。 异构酶按照异构化的类型不同，分为 6 个亚类。命名时分别在 底 物 名 称 的 后 面 加 上 异 构 酶 （ isomerase）， 消 旋 酶 （racemase）、变位酶（mutase）、表异构酶（epimerase）、 顺反异构酶（cis-trans-isomerase）等。 例如，木糖异构酶（其催化反应式为: D-木糖＝D-木酮糖）， 丙氨酸消旋酶（ L-丙氨酸 ＝ D-丙氨酸），磷酸甘油酸磷酸变 位酶（2-磷酸-D-甘油酸 ＝ 3-磷酸-D-甘油酸），醛糖 1-表异 构酶（α-D-葡萄＝β-D-葡萄糖），顺丁烯二酸顺反异构酶（顺 丁烯二酸 ==反丁烯二酸）等。
L-谷氨酸：丙酮酸 氨基转移酶
L-丙氨酸：α-同戊二酸 氨基转移酶
3. 国际系统分类法及编号（EC编号）
系统编号方法是将每一种酶用4个数字编号，中间以“.”隔开。
第一个数字表示反应性质，分六大类，用1、2、3、4、5、6表示； 第二个数字表示亚类，根据底物被作用的基团或键的特点标号； 第三个数字表示亚亚类，更精确反应了所催化反应底物或反应物的性质 第三个数字表示亚亚类下的个别酶的顺序号，一般按酶的发现先后次序进 行排列。
分子内催化的R酶 （in cis ribozyme)
分子内催化的R酶是指催化本身RNA分子进行反应的一 类核酸类酶。该大类酶均为RNA前体。由于这类酶是催 化分子内反应，所以冠以“自我”（self）字样。 根据酶所催化的反应类型,可以将该大类酶分为： （1）自我剪切酶( Self-cleavage ribozyme) 自我剪切酶是指催化本身RNA进行剪切反应的R酶。 （2）自我剪接酶（self-splicing ribozyme） 自我剪接酶是在一定条件下催化本身 RNA 分子同 时进行剪切和连接反应的R酶
第 2大类，转移酶（Transferases）
• 催化某基团从供体化合物转移到受体化合物上的酶称
为转移酶。其反应通式为： AB ＋ C ＝ A ＋ BC
• 其系统命名是“供体：受体某基团转移酶” 。例如，
L-丙氨酸：2-酮戊二酸氨基转移酶 ，表明该酶催化氨 基从L-丙氨酸转移到 2-酮戊二酸。 • 推荐名为“受体（或供体）某基团转移酶，例如，丙 氨酸氨基转移酶（其催化反应式为: L-丙氨酸 ＋ 2-酮 戊二酸 ＝ 丙酮酸 ＋ L-谷氨酸）等。
分子间催化的R酶（in trans ribozyme ）
分子间催化的R酶是催化其它分子进行反应的核酸类酶。 根据所作用的底物分子的不同，可以分为若干亚类 : RNA剪切酶(RNA cleavage ribozyme) DNA剪切酶(DNA cleavage ribozyme) 多肽剪切酶(peptide cleavage ribozyme) 多糖剪接酶(polysaccharide splicing ribozyme) 多功能R酶(multifunction ribozyme) 其它R酶（other ribozyme）
第一章
酶学基础
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第一节 酶的结构和性质
一、 酶的命名和分类
1. 习惯命名 1) 依据底物来命名：蛋白酶、淀粉酶
有时加上酶的来源，如 胃蛋白酶，胰蛋白酶。
2) 依据催化反应的性质命名： 水解酶、转氨酶、氧化酶、脱羧酶
3) 结合上述两个原则命名：丙酮酸脱羧酶
2. 国际系统命名
基本原则：每一种酶都有一个系统名称。应明确标 明酶作用底物，及所催化反应性质两部分（底物为水时 可略去不写）。 酶国际系统命名法举例：谷丙转氨酶：
乳酸脱氢酶 EC
1.
1.
1.
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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
1、蛋白类酶(P酶)的分类与命名
按照酶催化作用的类型，将蛋白类酶分为 6 大类。 第 1 大类，氧化还原酶； 第 2大类，转移酶； 第 3 大类，水解酶； 第 4 大类，裂合酶； 第 5 大类，异构酶； 第 6 大类，合成酶（或称连接酶）。
二级结构 。
酶各级结构之间的关系
一级结构决定了高级结构，高级结构决定了酶的性质与功能
酶的分子结构
活性部位和必需基团 必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活 性丧失。 活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用 直接有关的部位。 结合基团 专一性 活性部位 必需基团
催化基团
结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅助因子
辅酶 辅助因子 辅基 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 与酶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。 酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。
辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。
种类少
三、 酶的分子结构
一级结构：多肽链上氨基酸的排列顺序。
第1大类：氧化还原（ Oxidoreductases）
催化氧化还原反应的酶称为氧化还原酶。其催化反应通式为： AH2 ＋ B ＝ A ＋ BH2 被氧化的底物（AH2）为氢或电子供体，被还原的底物（B）为 氢或电子受体。 系统命名时，将供体写在前面，受体写在后面，然后再加上氧 化还原酶字样，如醇：NAD＋氧化还原酶，表明其氢供体是醇， 氢受体是NAD＋。 其推荐名采用某供体脱氢酶，如醇脱氢酶 （Alcohol dehydrogenase）, 其催化反应式为: 醇 ＋ NAD＋ ＝ 醛或酮 ＋ NADH ＋ H＋；或某受体还原酶，如延胡索酸还原酶 （ Fumarate reductase）, 其催化反应式为: 琥珀酸 ＋ NAD＋ ＝延胡索酸 ＋ NADH ＋ H＋ ；以氧作氢受体时则用某受体氧 化酶的名称，如葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）, 其催化反 应式为: 葡萄糖 ＋ O2 ＝ 葡萄糖酸 ＋ H2O2等。
第 4 大类，裂合酶(Lyases)
催化一个化合物裂解成为两个较小的化合物及其逆反应的酶成为 裂合酶。其反应通式为： AB ＝A ＋ B 一般裂合酶在裂解反应方向只有一个底物，而在缩合反应方向却 有两个底物。催化底物裂解为产物后，产生一个双键。 该大类酶的系统命名为“底物-裂解的基团-裂合酶”，如 L-谷氨 酸 1-羧基-裂合酶，表明该酶催化L-谷氨酸在 1-羧基位置发生裂 解反应。 推荐名是在裂解底物名称后面加上“脱羧酶” （ decarboxylase）、“醛缩酶”（aldolase）、“脱水酶” （dehydratase）等，在缩合反应方向更为重要时，则用“合 酶”( synthase) 这一名称。如谷氨酸脱羧酶（L-谷氨酸 ＝ γ -氨 基丁酸 ＋ CO2），苏氨酸醛缩酶（ L-苏氨酸＝ 甘氨酸 ＋ 乙 醛），柠檬酸脱水酶（ 柠檬酸 ＝ 顺乌头酸 ＋ 水），乙酰乳酸 合酶（ 2-乙酰乳酸 ＋ CO2 ＝ 2-丙酮酸）。
第 3 大类，水解酶(Hydrolases)
• 催化各种化合物加水分解的酶称为水解酶。其反应通
式为： AB ＋ H2O ＝ AOH ＋ BH • 该大类酶的系统命名是先写底物名称，再写发生水解 作用的化学键位置，后面加上“水解酶”，例如，核 苷酸磷酸水解酶，表明该酶催化反应的底物是核苷酸， 水解反应发生在磷酸酯键上。 • 其推荐名则在底物名称的后面加上一个酶字，如核苷 酸酶（其催化反应式为 : 核苷酸 ＋ H2O ＝ 核苷 ＋ H3PO4）等。
2）相对专一性
1）绝对专一性
一种酶只能催化一种底物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。当酶作用的底 物含有不对称碳原子时，酶只能作用于异构体的一种。这种绝对专一性称为立体异构专一性。 例如，乳酸脱氢酶 [ EC 1.1.1.27 ] 催化L－乳酸脱氢反应生成丙酮酸： CH3 CH3 | 乳酸脱氢酶 | C＝O =============== H－C－OH | | COOH NADH NAD COOH 丙酮酸 L－乳酸
自我剪接酶（self-splicing ribozyme） RNA剪切酶(RNA cleavage DNA剪切酶(DNA cleavage 多肽剪切酶(peptide cleavage
ribozyme)
ribozyme)
◆国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组
织差异
SOD： EC 1.15.1.1，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 真核生物线粒体中和原核细胞中 Fe-SOD 原核细胞中 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。 ★在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。