生物化学：第6章酶通论
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1887-1955
John Howard Northrop
1/4 of the prize
Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA
1891-1987
Wendell Meredith Stanley
1/4 of the prize
J.B.Sumner
Urease crystals ( X 728)
Sumner, J. B. (1926) “ The isolation and crystallization of the enzyme
urease” J. Biol. Chem. 69:435-441.
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。
“ for his discovery that enzymes can be crystallized"
"for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"
James Batcheller Sumner
1/2 of the prize Cornell University Ithaca, NY, USA
1833年Payen和Persoz从麦芽提取液中制备出粗酶，酶的 发现者；
1835-1838年，Berzelius提出催化作用的概念； 1857 巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果； 1897 Buchner兄弟证明了不含酵母细胞的提取液也能使
糖发酵，1911诺贝尔化学奖；
1894年，Fischer提出“锁钥学说”，用来解释酶的作用 机理；
如延胡索酸酶，顺反异构
L 氨基酸
H2O + O2 L 氨基酸氧化酶
酶分子生物学的任务则是要更深入地揭示酶和生命活动的关系 进一步阐明酶在代谢调节中的作用，阐明酶的催化与调节机制
（一）酶与一般催化剂比较：共性
1. 用量少而催化效率高 2. 能加快化学反应的速度，使之加快达到平衡 3. 酶本身在反应前后不发生变化 4. 更显著的降低反应所需的活化能
能 量 水
平 E+S
酶促反应一般在常温、常压、中性pH 条件下进行。
2．酶具有很高的催化效率
酶的催化效率比化学催化剂高107 -1013 倍，并无副反应 发生。
例如：过氧化氢分解
2H2O2
2H2O + O2
Fe2+ 催化，效率为6×10-4 mol/mol·S，
过氧化氢酶催化，效率为6 ×106 mol/mol·S。
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变 区 即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这部分区域被 赋予了酶的属性。 1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science上发 表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。
Ⅳ 有些DNA也有催化活性
1982年美国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年美国S.Altman等研究RNaseP（由20% 蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的 RNA可催化E. coli tRNA的前体加工。
Ⅲ 抗体酶（abzyme）
1903年，Herri提出酶作用的中间复合物学说； 1913,Michaelis和Menten提出米氏学说—酶促动力学原理。
Leonor Michaelis (1875-1949)
Maud Menten (1879-1960)
酶的化学本质
Ⅰ大多数酶是蛋白质
1926年，美国Sumner脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质
1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦具有催化活性。
1995, 375: 611-614 Nature
酶的应用研究
酶学研究一直沿着两个方向
酶的基础研究
酶工程 酶分子生物学
酶工程的任务是解决如何更有效、更经济地进行酶的生产与应用
它的近期目标是将基因工程、分子生物学成果用于酶的应用， 进一步开发固定化酶技术与酶反应器
J.H.Northrop
Pepsin crystals (X90)
Northrop, J. H. (1930)“Crystallin pepsin, 1: Isolation and tests of purity” J. Gen . Physiol. 13:739-766.
The Nobel Prize in Chemistry 1946
∆E1 ES
∆E2
∆G
P+ E
反应过程
（二）酶作为生物催化剂：特性
酶是由活细胞产生的，受多种因素调节控 制的具有催化能力的生物催化剂。
1．酶易失活 2．高效性 3．专一性 4. 酶的催化活性受到调节和控制
除极个别RNA为催化自身反应的酶外，其余所有的 酶都是蛋白质，酶易失活，
变性因素：碱、酸、有机溶剂、高温，重金属盐。
CHΒιβλιοθήκη BaiduOH O
OH HO
OR
OH
α 葡萄糖苷
B、键专一性，只要求作用于一定的键，而对键两端的基团并 无严格的要求。这类酶对底物的要求最低 e.g.酯酶催化酯键的水解，而对底物R-CO-OR‘中的R及R’ 基团都无严格的要求。
⑵ 立体专一性，单一物质单一立体构型 ①旋光异构专一性：蛋白酶，只对L-氨基酸作用 ②几何异构专一性，只对几何异构体中的一种起作用，
即酶对催化的反应类型和反应物具有严格的选择性。
酶只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类底物，这种 专一性是由酶蛋白的立体结构所决定的。
⑴ 结构专一性
① 绝对专一性：只作用于单一物质，对其它底物不起作用， 如脲酶、生物素羧化酶、转酰基酶等。
② 相对专一性：单一类物质， A、族专一性（基团专一性）
Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA
1904-1971
Ⅱ某些RNA有催化活性
Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性，并 命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人共同获1989年诺 贝尔化学奖。
John Howard Northrop
1/4 of the prize
Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA
1891-1987
Wendell Meredith Stanley
1/4 of the prize
J.B.Sumner
Urease crystals ( X 728)
Sumner, J. B. (1926) “ The isolation and crystallization of the enzyme
urease” J. Biol. Chem. 69:435-441.
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。
“ for his discovery that enzymes can be crystallized"
"for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form"
James Batcheller Sumner
1/2 of the prize Cornell University Ithaca, NY, USA
1833年Payen和Persoz从麦芽提取液中制备出粗酶，酶的 发现者；
1835-1838年，Berzelius提出催化作用的概念； 1857 巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果； 1897 Buchner兄弟证明了不含酵母细胞的提取液也能使
糖发酵，1911诺贝尔化学奖；
1894年，Fischer提出“锁钥学说”，用来解释酶的作用 机理；
如延胡索酸酶，顺反异构
L 氨基酸
H2O + O2 L 氨基酸氧化酶
酶分子生物学的任务则是要更深入地揭示酶和生命活动的关系 进一步阐明酶在代谢调节中的作用，阐明酶的催化与调节机制
（一）酶与一般催化剂比较：共性
1. 用量少而催化效率高 2. 能加快化学反应的速度，使之加快达到平衡 3. 酶本身在反应前后不发生变化 4. 更显著的降低反应所需的活化能
能 量 水
平 E+S
酶促反应一般在常温、常压、中性pH 条件下进行。
2．酶具有很高的催化效率
酶的催化效率比化学催化剂高107 -1013 倍，并无副反应 发生。
例如：过氧化氢分解
2H2O2
2H2O + O2
Fe2+ 催化，效率为6×10-4 mol/mol·S，
过氧化氢酶催化，效率为6 ×106 mol/mol·S。
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变 区 即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这部分区域被 赋予了酶的属性。 1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science上发 表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。
Ⅳ 有些DNA也有催化活性
1982年美国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年美国S.Altman等研究RNaseP（由20% 蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的 RNA可催化E. coli tRNA的前体加工。
Ⅲ 抗体酶（abzyme）
1903年，Herri提出酶作用的中间复合物学说； 1913,Michaelis和Menten提出米氏学说—酶促动力学原理。
Leonor Michaelis (1875-1949)
Maud Menten (1879-1960)
酶的化学本质
Ⅰ大多数酶是蛋白质
1926年，美国Sumner脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质
1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦具有催化活性。
1995, 375: 611-614 Nature
酶的应用研究
酶学研究一直沿着两个方向
酶的基础研究
酶工程 酶分子生物学
酶工程的任务是解决如何更有效、更经济地进行酶的生产与应用
它的近期目标是将基因工程、分子生物学成果用于酶的应用， 进一步开发固定化酶技术与酶反应器
J.H.Northrop
Pepsin crystals (X90)
Northrop, J. H. (1930)“Crystallin pepsin, 1: Isolation and tests of purity” J. Gen . Physiol. 13:739-766.
The Nobel Prize in Chemistry 1946
∆E1 ES
∆E2
∆G
P+ E
反应过程
（二）酶作为生物催化剂：特性
酶是由活细胞产生的，受多种因素调节控 制的具有催化能力的生物催化剂。
1．酶易失活 2．高效性 3．专一性 4. 酶的催化活性受到调节和控制
除极个别RNA为催化自身反应的酶外，其余所有的 酶都是蛋白质，酶易失活，
变性因素：碱、酸、有机溶剂、高温，重金属盐。
CHΒιβλιοθήκη BaiduOH O
OH HO
OR
OH
α 葡萄糖苷
B、键专一性，只要求作用于一定的键，而对键两端的基团并 无严格的要求。这类酶对底物的要求最低 e.g.酯酶催化酯键的水解，而对底物R-CO-OR‘中的R及R’ 基团都无严格的要求。
⑵ 立体专一性，单一物质单一立体构型 ①旋光异构专一性：蛋白酶，只对L-氨基酸作用 ②几何异构专一性，只对几何异构体中的一种起作用，
即酶对催化的反应类型和反应物具有严格的选择性。
酶只能催化一种或一类反应，作用于一种或一类底物，这种 专一性是由酶蛋白的立体结构所决定的。
⑴ 结构专一性
① 绝对专一性：只作用于单一物质，对其它底物不起作用， 如脲酶、生物素羧化酶、转酰基酶等。
② 相对专一性：单一类物质， A、族专一性（基团专一性）
Rockefeller Institute for Medical Research Princeton, NJ, USA
1904-1971
Ⅱ某些RNA有催化活性
Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性，并 命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人共同获1989年诺 贝尔化学奖。