生物化学第五章--酶--刘博整理

第五章酶

第一节导言

一、酶的概念

（一）酶是生物催化剂

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。酶

生物催化剂：蛋白质类：Enzyme (天然酶、生物工程酶)克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme

模拟生物催化剂

酶催化的生物化学反应，称为酶促反应(Enzymatic reaction)。在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物(substrate)。

胞外酶与胞内酶

酶虽是由细胞产生的,但并非必须在细胞内才能起作用,有些酶被分泌到细胞外才发生作用。这类酶称“胞外酶”。大部分酶在细胞内起催化作用称为“胞内酶”。

（二）酶的化学本质

1酶是蛋白质

1926年Sumner第一次从刀豆种子中提取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。30年代，Northrop 又分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质是蛋白质。

酶的相对分子质量大；酶具有蛋白质的特性如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；许多酶的氨基酸顺序已被测定；969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。

2. Ribozyme的化学本质是RNA

在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数酶的化学本质是蛋白质。但在1982年，美国科学家T.Cech 发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体具有自我拼接的催化活性。T.Cech将这种RNA命名为“Ribozyme”。

核酶（Ribozyme ）：指对RNA具有催化活性的RNA 。

二、酶的催化特性

（一）与无机催化剂相比，有如下共同点：

反应前后都不发生数量和质量变化；能加快反应速度,但不改变反应的平衡点；都能降低反应所需的活化能；需要量小。

（二）酶的作用特点

极高的催化效率，高度的专一性，易失活（蛋白质变性），活性可调控（激活、抑制），常需辅助因子（辅酶、辅基等）

1.极高的催化效率

反应速度与不加催化剂相比可提高108～1020，与加普通催化剂相比可提高107～1013。脲酶的催化效率比Fe粉高1015倍。反应式

如2H2O2 -----2H2O + O2 以转换数作为标准，来比较其效率

用铁离子，～6 x 10 -4 mol/mol.s 转换数（turnover number）：每个酶分子每分钟催

血红素， 6 x 10 -1 mol/mol.s 化底物的分子数。

H2O2 酶， 3 ～6 x 10 6 mol/mol.s 碳酸酐酶96000万

2.高度的专一性

一种酶只能作用于某一类或某种特定的物质，这种性质称为酶的专一性。

（1）结构专一性

概念：酶对所催化的分子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：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于任何其它物质。如：过氧化氢酶底物：过氧化氢。琥珀酸脱氢酶底物：琥珀

相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性和基团专一性。

键专一性：只要求作用于一定的化学键，而对键两端的基团无严格的要求。

酯酶（酯键）二肽酶（肽键）13

消化道内几种蛋白酶的专一性14

旋光异构专一性：当底物具有旋光异构体时一种酶只能作用于其中的一种。如：L-AA氧化酶只能催化L-AA氧化，而对D-AA无作用。

顺反异构专一性：对具有顺式和反式异构的底物具严格的选择性。；例15

三、酶的组成

（一）酶的组成

单纯酶(simple enzyme)

结合酶(conjugated enzyme)：全酶holoenzyme ：蛋白质部分（酶蛋白apozyme）

全酶=酶蛋白+辅助因子非蛋白部分：小分子有机化合物

(辅助因子cofactor) 金属离子

辅因子：辅酶、辅基、金属离子辅酶：与酶蛋白结合疏松，可以用透析法除去。

辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析法除去。

辅基和辅酶多为维生素参与形成的小分子有机物。金属离子：与酶蛋白结合。

结合酶(全酶)的特点: 只有全酶才有催化活性。一种酶蛋白只结合一种辅助因子，而一种辅助因子可结合多种酶蛋白。酶蛋白决定反应专一性，高效催化作用；辅助因子决定反应的种类和性质。（二）酶的结构

1.酶的结构与蛋白质的结构相同，是具有一定空间结构的蛋白质。

2.根据酶蛋白的结构特点，酶可分为：

1)单体酶: 只有一条多肽链,分子量在13,000-35,000之间，一般是水解酶, 如蛋白酶、羧肽酶。

2)寡聚酶：由两个或两个以上的亚基组成,亚基之间由非共价键相连，亚基可以是相同的,也可以不同，分子量在35,000-几百万，如丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶。

3)多酶体系：由几个酶有组织的聚集在一起,功能上相互配合，第一个酶的产物是第二个酶的底物，如丙酮酸脱氢酶、脂肪酸合成酶。

（三）酶的命名

习惯命名：来源+ 底物+ 酶(字) 例胃蛋白酶

底物+ 反应性质+ 酶(字) 例乳酸脱氢酶

系统命名：所有底物＋反应性质如：琥珀酸：FAD氧化还原酶例21

第二节酶的分类

酶的分类国际E学委员会制定的“国际系统分类法”将酶促反应分为六大类:

1.氧化还原酶：催化氧化还原反应的酶。例乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应23

2.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。

例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应：24