酶工程-酶的生物合成及调节
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如延胡索酸水合酶只能催化反-丁烯二酸 （延胡索酸）水合生成苹果酸，对顺-丁 烯二酸（马来酸）则不起作用。
COOH CH2 + FAD CH2 COOH
HOOC H
SDH
C + FADH2
C
H COOH
琥珀酸
延胡索酸
COOH
H-C-COOH ＋ 延胡索酸水合酶
‖
HOOC-C-H
H2O
延胡索酸
CH2
∣
HO－CH ＋
CH3
L-乳酸
NAD＋
COOH
C＝O ＋
CH3
丙酮酸
NADH＋ ＋H＋
COOH
HO－CH ＋
CH3
L-乳酸
NAD＋
COOH
C＝O ＋
CH3
丙酮酸
NADH＋ ＋H＋
几何异构专一性geometrical specificity
当底物具有顺、反异构体时，酶只能 选择性催化其中一种起反应，而对另 一种构型则无催化作用。
（2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高
- 淀 粉 酶 催 化 淀 粉 水 解 ， 1 克 结 晶 酶 在 65C条件下可催化2吨淀粉水解。
据报道，如果在人的消化道中没有各种 酶的参与，那么，在37C的情况下，要 消化一餐简单的午饭，大约需要50年。 如果将唾液淀粉酶稀释100万倍，仍具有 催化活性。
第二讲 酶的基础知识
第一节酶学概论 第二节酶促反应动力学（自学）
第一节 酶学概论
一、酶的概念及其作用特点 二、酶的化学本质及其组成 三、单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体 四、酶的命名及分类 五、影响酶催化作用的因素 六、酶的活力测定
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念：酶是活细胞产生的一类具有催 化功能的生物分子，所以又称为生物催 化剂Biocatalysts 。
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
生物体内代谢调节主要在三种不同的水平上进行： 整体水平 细胞水平调节 分子水平调节
酶为什么要进行调节？
④酶可调节控制
主要调节方式: ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ活性的调节
酶原及其激活 酶的变构效应 共价修饰 反馈调节 抑制剂激活剂 同工酶 存在方式的调节 寡聚酶的聚合与解聚
酶含量的调节
酶的诱导和阻遏 酶的降解
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念 2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性
（2）酶作为生物催化剂的特性
酶、纤溶酶 抗菌治疗：磺胺药 H2N
OO S NH2
抗癌治疗：氨甲蝶呤(methotrexate, MTX)
氨 碟 呤 ( aminopterin) 及 甲氨碟呤
( methotrexate,MTX or amethopterin) 是 叶 酸 的 衍生物，能竞争抑制二 氢叶酸还原酶，使叶酸 不能还原成二氢叶酸及 四氢叶酸，因此dUMP不 能甲基化而成为dTMP， 另外也使嘌呤分子中C-8 及C-2得不到供应，故有 抗肿瘤生长的效用。
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
③酶易失活，要求温和的反应条件
凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱、 高温等条件都能使酶破坏而完全失去活 性。所以酶作用一般都要求比较温和的 条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。
指某些酶只催化一种立体异构体发生 某种化学反应，而对另一种立体异构 体则无作用，包括：
• 旋光异构专一性 •几何异构专一性 • 潜手性专一性
旋光异构专一性
当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一 种。
例如，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。
COOH
②高度的专一性 Specificity
铂：催化许多反应，包括有机反应 H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等
酶：只作用于结构近似的分子，甚至只催化一种 化合物
酶的底物专一性类型： 结构专一性 立体化学专一性。
A 结构专一性（绝对专一性，相对专一性）
绝对专一性（Absolute specificity)
HO-C COOH
L－苹果酸
潜手性专一性
有些酶对在有机化学上属于对称分子中的
两个等同的基团，只催化其中一个，而不
催化另一个。如：
O_
H2C－OH │
HC－OH │
H2C－OH
甘油激酶
ATP ADP
H2C－O－P=O
│
O_
HC－OH
│
H2C－OH
甘油
-磷酸甘油
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 用量少而催化效率高 反应前后质量不变 催化热力学允许的反应 加速可逆反应的进程不改变反应的平衡点 催化机理都是降低反应活化能
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（Absolute
specificity)。 例如：脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡 索酸水化酶等。
相对专一性（Relative Specificity）
基团专一性 键(Bond)专一性
B、 立体化学（异构）专一性 Stereochemical Specificity，stereospecificity
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行， 反应温度范围为20-40℃。
④酶可调节控制*
许多酶的催化活性可受到多种调节机制的灵 活调节，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。
酶有条不紊的工作 酶与疾病
酶与疾病的治疗
替代治疗：消化不良--胃酶、胰酶
对症治疗：预防血栓形成--尿激酶、链激
COOH CH2 + FAD CH2 COOH
HOOC H
SDH
C + FADH2
C
H COOH
琥珀酸
延胡索酸
COOH
H-C-COOH ＋ 延胡索酸水合酶
‖
HOOC-C-H
H2O
延胡索酸
CH2
∣
HO－CH ＋
CH3
L-乳酸
NAD＋
COOH
C＝O ＋
CH3
丙酮酸
NADH＋ ＋H＋
COOH
HO－CH ＋
CH3
L-乳酸
NAD＋
COOH
C＝O ＋
CH3
丙酮酸
NADH＋ ＋H＋
几何异构专一性geometrical specificity
当底物具有顺、反异构体时，酶只能 选择性催化其中一种起反应，而对另 一种构型则无催化作用。
（2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高
- 淀 粉 酶 催 化 淀 粉 水 解 ， 1 克 结 晶 酶 在 65C条件下可催化2吨淀粉水解。
据报道，如果在人的消化道中没有各种 酶的参与，那么，在37C的情况下，要 消化一餐简单的午饭，大约需要50年。 如果将唾液淀粉酶稀释100万倍，仍具有 催化活性。
第二讲 酶的基础知识
第一节酶学概论 第二节酶促反应动力学（自学）
第一节 酶学概论
一、酶的概念及其作用特点 二、酶的化学本质及其组成 三、单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体 四、酶的命名及分类 五、影响酶催化作用的因素 六、酶的活力测定
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念：酶是活细胞产生的一类具有催 化功能的生物分子，所以又称为生物催 化剂Biocatalysts 。
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
生物体内代谢调节主要在三种不同的水平上进行： 整体水平 细胞水平调节 分子水平调节
酶为什么要进行调节？
④酶可调节控制
主要调节方式: ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ活性的调节
酶原及其激活 酶的变构效应 共价修饰 反馈调节 抑制剂激活剂 同工酶 存在方式的调节 寡聚酶的聚合与解聚
酶含量的调节
酶的诱导和阻遏 酶的降解
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念 2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性
（2）酶作为生物催化剂的特性
酶、纤溶酶 抗菌治疗：磺胺药 H2N
OO S NH2
抗癌治疗：氨甲蝶呤(methotrexate, MTX)
氨 碟 呤 ( aminopterin) 及 甲氨碟呤
( methotrexate,MTX or amethopterin) 是 叶 酸 的 衍生物，能竞争抑制二 氢叶酸还原酶，使叶酸 不能还原成二氢叶酸及 四氢叶酸，因此dUMP不 能甲基化而成为dTMP， 另外也使嘌呤分子中C-8 及C-2得不到供应，故有 抗肿瘤生长的效用。
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
③酶易失活，要求温和的反应条件
凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱、 高温等条件都能使酶破坏而完全失去活 性。所以酶作用一般都要求比较温和的 条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。
指某些酶只催化一种立体异构体发生 某种化学反应，而对另一种立体异构 体则无作用，包括：
• 旋光异构专一性 •几何异构专一性 • 潜手性专一性
旋光异构专一性
当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一 种。
例如，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。
COOH
②高度的专一性 Specificity
铂：催化许多反应，包括有机反应 H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等
酶：只作用于结构近似的分子，甚至只催化一种 化合物
酶的底物专一性类型： 结构专一性 立体化学专一性。
A 结构专一性（绝对专一性，相对专一性）
绝对专一性（Absolute specificity)
HO-C COOH
L－苹果酸
潜手性专一性
有些酶对在有机化学上属于对称分子中的
两个等同的基团，只催化其中一个，而不
催化另一个。如：
O_
H2C－OH │
HC－OH │
H2C－OH
甘油激酶
ATP ADP
H2C－O－P=O
│
O_
HC－OH
│
H2C－OH
甘油
-磷酸甘油
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
一、 酶的概念及其作用特点
1、概念
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 （2）酶作为生物催化剂的特性
①催化效率更高 ②专一性 Specificity ③酶易失活，要求温和的反应条件 ④酶活力可调节控制 ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关
2、酶的作用特点
（1）酶和一般催化剂的共性 用量少而催化效率高 反应前后质量不变 催化热力学允许的反应 加速可逆反应的进程不改变反应的平衡点 催化机理都是降低反应活化能
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（Absolute
specificity)。 例如：脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡 索酸水化酶等。
相对专一性（Relative Specificity）
基团专一性 键(Bond)专一性
B、 立体化学（异构）专一性 Stereochemical Specificity，stereospecificity
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行， 反应温度范围为20-40℃。
④酶可调节控制*
许多酶的催化活性可受到多种调节机制的灵 活调节，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。
酶有条不紊的工作 酶与疾病
酶与疾病的治疗
替代治疗：消化不良--胃酶、胰酶
对症治疗：预防血栓形成--尿激酶、链激