酶学

由生物活细胞产生的一类能对 特定底物起高效催化作用，由蛋白 质或/和核酸组成的具有活性中心特 定构象的生物催化剂。
二、酶的催化作用特征
与一般催化剂的共同特征 ？
与一般催化剂不同的催化特征 ？
酶不共同于一般催化剂的催化特征
1. 酶催化反应的高效性 2. 酶催化作用对象的专一性（特异性） 3. 酶的易变性 4. 酶活性的可调性
四 酶催化作用的结构基础
问： 什么是酶的活性中心？
What is the active site?
The active site of an enzyme is the place where all of the action occurs. It contains the functional groups (amino acid side chains) that bind the substrate(s) and catalyze it’s conversion to product(s).

Satisfy several enzymatic criteria: substrate specificity, enhance reaction rate, and emerge from reaction unchanged;
Several known ribozymes: – RNase P: catalyzes cleavage of precursor tRNA molecules into mature tRNAs; – Group I, II introns （内含子）: catalyze their own splicing (cleaving and ligating); – Peptidyltransferase (肽酰基转移酶): catalyzes peptidyl transfer reaction (---23SrRNA)
（四）影响酶促反应速度的主要因素（重点） （五）别构酶和共价修饰酶 （重点）
（六）同工酶 (基础)
（七）维生素和辅酶 (基础) （八）酶的分离与纯化（重点）
一、关于酶的定义 ？ ---- 仅仅说 “酶是生物催化剂”
是不够的 ！
问题主要是涉及酶的化学本质问题 1．大多数酶是蛋白质 ----Most enzymes are proteins
酶
学
(Enzymology)
主讲人： 徐朗莱
2010版硕士入学生物化学考试大纲 酶学主要内容：
（一）酶的基本概念和作用特点 (基础) （二）酶的国际分类和命名 (基础)
（三）酶的作用机制 1、酶的活性中心 （重点） 2、酶催化（专一性）特性 (基础) 3、酶催化 高效性机制 (难点)
2010版硕士入学生物化学考试大纲
An Example: Induced conformational change in hexokinase
Catalyzes phosphorylation of glucose to glucose 6-phosphate during glycolysis such a large change in a protein’s conformation is not unusual BUT: not all enzymes undergo such large changes in conformation
1926年美国Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳 蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。
J.B.Sumner
J.H.Northrop
The Nobel Prize in Chemistry 1946
“ for his discovery that enzymes can be crystallized" "for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"
所以，一般叙述时还是采用习惯名。
3 酶的分类
国际酶学委员会将所有酶按它们所催化反应的性质分为六大类
分类 序号
酶的类型 氧化还原酶类 (oxidoreductase ) 转移酶类 (transferase) 水解酶类 (hydrolase)
催化反应的性质
举例
1
AH2+B
A+BH2
脱氢酶、氧化酶、 过氧化物酶、加氧酶
5
A
ATP
A'
ADP＋Pi
6
合成酶类(连接酶 类)(ligase)
A＋B
羧化酶、氨酰-tRNA合 AB 成酶、天冬酰胺合成酶
注意： 裂解(合)酶与合成酶的差异！ Synthase and Synthetase ?
四 酶催化作用的结构基础
酶的活性部位 （active site） 也称酶的活性中心 （active center）
第三个“1”—— 第1亚亚类，受氢体为NAD+；
第四个“1”—— 在亚亚类中的顺序号。
乳酸脱氢酶的编码是： EC1.1.1.27
国际酶学委员会建议： 每个酶都给予 2 个名称
习惯名
系统名
系统名能确切地表明底物的化学本质和酶 的催化性质，但一般很长，使用不够方便。 如：谷丙转氨酶 ----丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
Characteristics of active sites
2 活性中心在空间通常存在于酶分子的 一个裂隙（ cleft ）中
3 活性中心对底物具有专一的结合性
活性中心存在的两个功能部位：
结合部位（ binding site）--结合基团 ----与底物结合的部位
催化部位 （catalytic site）--催化基团
凡是维持酶的活性不可少的基团叫必需基团
有二类： 必需基团（活性中心内） 必需基团（活性中心外） --若它们改变了，活性中心的构象就会改变。
酶原激活是如何回事 ？
酶原（zymogen)： 不具催化活性的酶的前体称为zymogen
酶原激活过程实际就是设法形成具有 催化活性的酶活性中心的过程！
Activation of chymotrypsinogen exemplifies proteolytic activation

wk.baidu.com
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA
获1989年诺贝尔化学奖
RNA Processing - pre-mRNA splicing
1
Ribozymes （核酶）
三点附着学说 --针对立体专一性
三
酶的命名与分类
1. 习惯命名法 底物名 + “酶” 如 ：蛋白酶、脲酶、淀粉酶 注意：水解酶的“水解”二字通常可省去！
三
酶的分类和命名
1. 习惯命名法 反应类型 + “酶” 如 己糖激酶、乳酸脱氢酶、DNA聚合酶
激酶属于哪一类酶 ？
1. 习惯命名法
来源 + 酶

What is the difference between an enzyme and a protein?
Protein
Enzymes
RNA
All enzymes are proteins except some RNAs， and not all proteins are enzymes
所以，关于酶的定义为：
Wendell Meredith Stanley
1/4 of the prize Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA 1904-1971
但在20世纪80年代，发现某些
RNA具有催化活性，酶是蛋白质
的传统概念受到很大冲击！
为什么现在比较公认的是： “诱导契合学说” ？
另外注意： 诱导作用是双方的，互相的诱导然后 达到双方结合的契合 ！
Lock and Key hypothesis
Substrate +
Enzyme
ES complex
Induced Fit hypothesis
Substrate + Enzyme ES complex
James Batcheller Sumner
1/2 of the prize Cornell University Ithaca, NY, USA 1887-1955
John Howard Northrop
1/4 of the prize Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA 1891-1987
2
AR+B
A+BR
谷丙转氨酶、已糖激酶
3
AB+H2O
AOH+BH
酯酶、蛋白酶、淀粉酶
二. 酶的分类
注意：六大类酶的顺序不能有变化！
分类 序号
酶的类型 催化反应的性质 A－B X Y A B＋X－Y 举例
4
裂解(合)酶类 (lyase) 异构酶类 (isomerase)
醛缩酶、水合酶、脱氨 酶、脱羧酶 差向异构酶、顺反异构 酶、酮醛异构酶
----底物分子中的化学键被打断或形成新 的化学键的部位
What does the active site do? 1 活心部位与底物结合并使其正确定 向以利于反应发生
2 活心部位能稳定酶反应过程中产生 的过渡态反应物
3 活心部位能决定酶反应的专一性 （专一的底物 专一的产物）
必需基团（essential group）
酶的活性中心（active center）定义 也称酶的活性部位（active site）
---- 酶分子中少数几个在一级结构上通常不 是邻近氨基酸残基构成的，能与底物结合并与 酶的催化作用直接有关的部位。
问：
酶活性中心存在什么结构特点？
酶活性中心的结构特点
1 活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往 往只占整个酶分子体积的1%-2%。
核酶 ribozyme
1982年T. Cech等人发 现四膜虫的rRNA前 体能在完全没有蛋白 质的情况下进行自我 加工，发现RNA有 催化活性 1983年S.Altman等研 究RNaseP（20%蛋白 质和80%RNA），发 现RNaseP中的RNA 可催化E. coli tRNA 的前体加工
酶作用的专一性类型 绝对专一性 立体专一性 一种酶只能催化一种底物 如 6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶 一种酶只能对一种立体异构体起催 化作用。氨基酸氧化酶等
一种酶只作用于一定的化学 键专一性 键，对键两侧的基团无要求 。如酯酶。 相对专一性 基团 专一性
不仅要求底物具有一定的化 学键，还对键某一侧的基团 有选择性。如磷酸单酯酶。
如 胃蛋白酶
2. 国际系统命名法
1961年，国际酶学委员会规定，每个酶都有
唯一的特定标码，其书写方式是：
EC 数字.数字. 数字.数字
号酶 的 分 类 序 亚 类亚 号顺 类 亚 序
2. 国际系统命名法
如乙醇脱氢酶的编码是： EC1.1.1.1
第一个“1”—— 第1大类，即氧化还原酶类； 第二个“1”—— 第1亚类，供氢体为CHOH；
某些酶活性部位的AA残基 酶 AA残基数 活性部位的AA残基 核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41
溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶A 129 241 348 212 307 Asp52, Glu35 His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn 2+
PDB 3BTK
Asp102 His57 Ser195 Catalytic residues in trypsin
The active site in each serine protease includes a serine residue, a histidineresidue, & an aspartate residue.
对酶作用专一性的几个假说 锁钥模式 （1894年, E.Fisher） （lock and key hypothesis） 三点附着学说 （A.Ogster） （three point attachment hypothesis） 诱导契合学说 （1958年,D. Koshland） （induced-fit hypothesis）