第三章 酶化学(学生)概论

催化从底物分子中移去一个基团或原子形成
双键的反应及逆反应；或者非水解地除去分子 中的基团及逆反应：AB A + B
主要有醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如， 延胡索酸水合酶催化的反应：
HOOC CH
H2O 延胡索酸酶
CH2COOH
HC COOH
HO CHCOOH
延胡索酸
苹果酸
5. 异构酶类（isomerase）
（5）酶的催化活性与辅酶、辅基、金属离子 有关。
二、酶的化学本质与组成 （一）大多数酶是蛋白质
（二）酶的化学组成
1. 单纯酶（simple enzyme）
只有氨基酸组成，不含其他成分，如各种 水解酶。
2. 结合酶（conjugated enzyme）
即全酶（holoenzyme），包括酶蛋白（脱 辅酶apoprotein 或 apoenzyme）和辅因子 （cofactor）两部分。
（二）酶的命名
1. 习惯命名法 ① 根据酶作用的底物命名：如淀粉酶、蛋白 酶、脂肪酶等。 ② 根据酶催化反应的性质命名：如脱氢酶、 脱羧酶、水解酶等。
③ 结合上述两方面命名：如醇脱氢酶、氨基 酸脱羧酶等。
④ 根据酶的来源、作用条件等命名：如细菌 淀粉酶、碱性磷酸酯酶、胃蛋白酶等。
2. 系统命名法
活化能（activation energy） 为一定温度下 1mol底物全部进入活化态所需要的自由能。单 位：kJ/mol。
（4）反应前后不发生质和量的改变。
2. 酶催化反应特点 （1） 催化效率极高 酶催化反应速度是一般催化剂的106-1013倍， 是无催化剂反应的108-1020倍。 转换数（turnover number, TN）又称为酶的 催化常数（Kcat） 表示酶的最大催化效率。 Kcat是一定条件下，每秒钟每个酶分子转换 底物的分子数。
1. 氧化还原酶类（oxido-reductase） 催化氧化-还原反应：AH2 + B A + BH2 包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶 (oxidase)。如乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH)催化乳酸的脱氢反应:
2. 转移酶类（transferase） 催化基团转移反应，即将一个底物分子的基 团转移到另一个底物的分子上：
2. 寡聚酶（oligomeric enzyme） 由2个或2个以上亚基组成，许多为调节酶。 3. 多酶复合体（multienzyme complex）
几种功能相关的酶彼此嵌合成复合体，分 子量可达几百万以上。
作用：有利于提高酶的催化效率，便于机 体对酶的调控。
三、酶的分类和命名
（一）酶的分类 共分6大类:
第三章 酶化学
CHEMISTORY OF ENZYME
酶的研究历史
① 1857年，Pasteur提出：发酵是酵母细 胞活动的结果。
② 1877年， Kuhne首次使用Enzyme这一 术语。
③ 1897年 Buchner兄弟用酵母提取液成 功地实现了发酵。
③ 1913年Michaelis 和 Menten 提出米氏学说。 ④ 1926年 Sumner在刀豆中得到纯的脲酶结晶， 提出其化学本质是蛋白质。 ⑤1930年 Northrop 得到胃蛋白酶、胰蛋白酶 和胰凝乳蛋白酶结晶，证实其均为蛋白质。 ⑥ 1982 年 Cech从四膜虫发现rRNA的自身催 化作用，并提出了核酶（ribozyme）的概念。 现已鉴定出4千多种酶，数百种已得到结晶。
AR + B A + BR 例如谷丙转氨酶(GPT)催化的氨基转移反应：
GPT
3. 水解酶类（hydrolase） 催化底物的加水分解反应：
AB + H2O AOH + BH 水解酶类大多属于胞外酶，主要包括淀粉酶、 蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 例如，焦磷酸酶催化的水解反应：
4. 裂合酶类 （lyase）
底物 尿素
H2O2
催化剂
反应温度
H+
62
脲酶
21
Fe 2+
22
过氧化氢酶 22
反应速度常数
7.4 10-7 5.0 106 56 3.5 107
（2）高度专一性 酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，
几乎没有副反应发生。
（3）反应条件温和，一般在常温、常压，中 性pH环境。
（4）活性可受调节。
1961年国际酶学委员会（Enzyme Commission，EC）提出了系统命名法，一个 酶的系统名称包括：
底物名（多底物时，底物名称之间用“ ：” 隔开） + 反应性质 + 酶
习惯名称：谷丙转氨酶
系统名称：丙氨酸 ：-酮戊二酸氨基转移酶
催化反应:
谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸
关于酶的分类编号：
酶蛋白决定反应的高效性和专一性，辅因 子决定反应的性质。
3. 辅因子的分类 （1）辅基（prosthetic group）
与酶蛋白共价结合, 不容易被透析除去。 （2）辅酶（coenzyme）
与酶蛋白以非共价键疏松结合, 容易被透 析除去。
辅因子的作用: 传递电子、氢或基团。
（三）酶分子的类型
1. 单体酶（monomeric enzyme） 只有一条多肽链，全部为水解酶类。
一、酶的概念与特点
（一）酶的定义
酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成 分，对底物起高效催化作用的生物催化剂。
还有一类具有催化作用的核酸，称为核酶 （ribozyme）和脱氧核酶（deoxyribozyme）。
（二）酶催化作用的特点
1. 酶和一般催化剂比较（共同点） （1）用量少，催化效率高。 （2）只能催化热力学上允许的反应，但不改 变化学反应的平衡点，即只能缩短反应到平衡 的时间。 （3）降低化学反应的活化能。
例如：乳酸脱氢酶（EC1.1.1.27）
CH3 CHOH COOH
+ NAD+
CH3 C=O
+ NADH源自文库+ H+
COOH
催化各种同分异构体的相互转化，即底物分 子内基团或原子的重排过程。
AB 例如，Ala消旋酶催化的反应：
6. 合成酶类（synthetase） 又称为连接酶类（ligase ），催化两种或两 种以上化合物合成一种化合物的反应。 反应吸收能量，常与ATP分解相偶联 A + B + ATP + H-O-H → A-B + ADP +Pi 例如，Gln合成酶催化的反应：