酶学与酶工程

Lecture1 酶学与酶工程

1、酶的概念，命名、酶的活性中心

1）酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度转移性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。酶工程：将酶学理论与化工技术相结合，研究酶的产生和应用的一门新的技术性学科，包括了酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰与改造及酶反应器等方面。

主要:酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和酶生物反应器。

化学酶工程：用化学手段修饰、改造、模拟天然酶，使其更适合人们的需要，主要包括天然酶、化学修饰酶、固定化酶以及化学人工合成酶的研究与应用。

生物酶工程：用生物学的方法，特别是基因工程、蛋白质工程和组合库筛选法改造天然酶，创造性能优异的新酶，主要是抗体酶、杂合酶、进化酶和核酸酶的研究与应用。

2）命名：系统命名法！！

催化下列反应酶的命名：ATP+D—葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6-磷酸

该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。

它的分类数字是：E.C.2.7.1.1

E.C代表按国际酶学委员会规定的命名

第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)

第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)

第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)

第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体）

3）活性中心

必需基团：酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基因

酶的活性中心：必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。

2、酶的分类、组成、结构特点和作用机制

分类：按酶促反应的性质分类（六大类）：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶类、异构酶类、合成酶类

全酶=酶蛋白+辅因子

辅因子包括：有机辅因子（辅酶非共价结合/辅基非共价结合或共价结合）和金属辅因子（金属酶/金属激活酶）

酶蛋白的分类：

3、酶作为催化剂的显著特点

强大的催化能力：可以加快至1017倍；

没有副反应，酶在较温和的条件下催化反应的进行；

高度的专一性，各种酶都有专一性但是专一程度的严格性上有所差别；

可调节性，包括了抑制剂和激活剂的调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等；易变性，大多数的酶是蛋白质，在极端环境中会受到破坏。

4、酶活力的调节

调节对象：关键酶！！！——一般位于代谢反应途径的起始或分支位点；催化单向不可逆反应；活性较低（限速酶）；是可调节酶。

方式：酶活性的调节——快速

酶含量的调节——缓慢（两种方法：同工酶/控制酶基因的表达和酶分子的降解）

酶的质变：酶原调节，变构调节，共价调节

酶原调节：避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，使得酶在特定的环境中发挥作用；另外酶原可以认为是酶的储存形式；水解激活是不可逆的。

变构调节：代谢物可以和酶分子活性中心之外的部位可逆性的结合，使酶的构象发生改变，从而改变酶的催化活性。这类酶一般具有四级结构，存在协同效应/含有催化亚基和调节亚基。

共价修饰：酶蛋白肽链在其他酶的催化下，化学集团可以与酶发生可你的共价修饰，影响了酶的活性。PS：磷酸化与脱磷酸化等。（有级联效应）

5、核酶的概念及核酶的应用

核酶：化学本质是RNA，催化底物包括RNA、DNA、肽键等，还有的具有RNA连接酶、磷酸酶等活性。具有反应特异性识别碱基；核酶的催化效率比较低是一种较为原始的催化酶。PS：核酶是金属依赖酶（特异的结构作用；促进RNA分子的折叠；参与过渡中间复合物的形成）

作用：核苷酸转移作用；水解反应，磷酸二酯酶作用；磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用；脱磷酸作用，酸性磷酸酶作用；RNA内切反应，RNA限制性内切酶作用。

脱氧核酶：利用体外分子进化技术获得的一种具有高效催化活性和结构识别能力的单链DNA 片段，称为酶性DNA。（根据催化功能的不同可以分为五大类：切割RNA的脱氧核酶、切割DNA的脱氧核酶、具有激酶活力的脱氧核酶、具有连接酶功能的脱氧核酶、催化卟啉环金属螯合反应的脱氧核酶）

应用：1）核酶可以特异性地识别并结合目标基因，使其断裂失活，从而阻断或降低目标基因的表达，起到基因沉默的作用；2）核酶不会对细胞基因组产生任何副作用，因而可以作为安全有效的分子生物学工具；3）可以应用于基因治疗

核酸酶：指所有可以水解核酸的酶，本质为蛋白质。在细胞内催化核酸的降解。可分为DNA 酶和RNA酶；外切酶和内切酶；其中一部分具有严格的序列依赖性，称为限制性内切酶6、同工酶的概念

原级同工酶：同一种属中由不同基因或（复）等位基因编码的多肽链多组成的单体、纯聚体或杂交体，其理化及生物学性质不同而能催化相同反应的酶称为同工酶。不同基因可以是在不同染色体或在同一染色体的不同位点上，分子结构差异，彼此间无交叉免疫。

次生性同工酶：由同一基因、同一mRNA转译生成原始的酶蛋白，再经过不同类型的共价修饰（如糖基化等）而造成的多种酶分子形式，严格来说不属于同工酶而称为次生性同工酶。

Lecture2 酶促反应

1、酶促反应的特点和机理：

①极高的效率；②特异性（绝对特异性、相对特异性、立体结构特异性）；③作用条件温和；④具有可调节性。

3、酶促反应动力学：

1）影响酶促反应的因素，Km值的意义

①Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一般时的底物浓度；Km表示酶与底物分子的亲和力，值越大亲和力越小。

②当反应条件恒定时，Km只和酶及底物的性质有关，与酶的浓度无关；

③一种酶能催化几种底物时就有不同的Km，其中Km最小的底物一般认为是该酶的天然底物或最适底物；

④分辨同工酶：测定几个同工酶对同一底物的Km，可估计这组同工酶是原级同工酶还是次生性同工酶，前者的Km常有差异，后者的则比较接近或相同。

⑤有助于寻找限速步骤；在进行生化试验时根据米氏公式计算工具酶的用量。

于多底物反应中；Vmax↓，表观Km↓

4、影响酶促反应的因素：

1)底物浓度