1、第三章酶学 酶的概念及其化学性质 酶的作用特点 酶的组成与分类 酶的国际分类与命名 酶的作用机理 酶活力及其测定 影响酶促反应速度的因素 酶活性的调节控制与调节酶 维生素与辅酶 酶的分离纯化 酶工程简介本章主要内容一、酶的概念及其化学本质酶是催化剂，因而具有催化剂的一切共性；但是酶又是一种具有催化功能的蛋白质，它还具有很多特殊性质。化学本质：大多数的酶是蛋白质，具有蛋白质的一切典型性质；但近来发现核糖酶或称核酶（ribozyme)其化学本质为RNA。定义：酶是活细胞产生的具有催化能力的生物分子,Enzyme。1、酶具有高效催化性V酶比V无高108-1020倍，比V非酶高107-1013倍。2、
2、酶具有高度专一性（1）绝对专一性（2）相对专一性（3）立体专一性二、酶的作用特点 3、酶的活性是受严格控制的4、酶对温度和PH的敏感性 按化学组成分：单纯蛋白酶:指生物活性仅决定于蛋白质部分。结合蛋白酶:由蛋白质和非蛋白质部分组成的酶。非蛋白部分一般是有机小分子化合物或金属离子，称为辅因子。辅因子又可分为辅酶和辅基，二者无本质区别。根据酶分子的结构特点：单体酶：仅有一条多肽链组成的酶。寡聚酶：有几个甚至几十个亚基组成的酶。多酶复合体：由功能相关的一组酶在空间相互嵌合的复合体。三、酶的组成与分类多酶复合体 1、酶的命名四、酶的国际分类与命名系统名：要求能确切表明底物的化学本质及酶的性质，包括两部
3、分，即底物名称及反应类型，底物间用“：”分开，若底物之一是水则可略去不写。ATP+CH3COOH ADP+CH3CO P其系统名为：ATP：乙酸磷酸转移酶习惯名：命名原则如下（1.）根据酶的底物命名。（2.）根据所催化的反应的性质命名。（3.）有的酶结合上述两个原则命名。（4.）在这些基础上有时还加上酶的来源或酶的其它特点。2、酶的分类五、酶的作用机理1.酶的催化作用与分子活化能活化能是指在一定温度下，1mol底物进入活化态所需要的自由能。活化态分子越多，反应速度越快。使分子变为活化分子的途径有二个：(1)对反应体系加热或用光照射。（2）使用适当的催化剂，降低反应的能阈，使反应沿着一个活化能阈
4、较低的途径进行。在一个反应体系中，只有处于活化态的活化分子才能相互碰撞发生反应。酶和一般催化剂的作用一样，能降低反应分子所需的活化能，从而增加了活化分子数，加快了反应速度。酶降低反应活化能的机理是通过改变反应途径，使反应沿着一个低活化能的途径进行。那么酶是如何通过改变反应途径使反应活化能降低的呢？演示2.中间产物学说设一反应：S（底物）P（产物）（1）反应过程（2）能量变化那么，酶和底物到底是如何结合形成中间产物的？为什么酶有催化功能而非酶蛋白就没有呢？在这一反应过程中，底物与酶结合形成中间产物ES，由于S与E的结合导致分子中某些化学键发生变化，呈不稳定状态，即活化态，使反应活化能降低，然后中
5、产物裂解成酶和产物。3.酶的活性部位和必需基团必需基团：指维持酶的空间构象必需的基团。活性中心：指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。活性中心可分为结合部位和催化部位。酶催化过程演示注意：（1）活性中心是一个三维实体。（2）是有一些一级结构上可能相距较远的氨基酸侧链基团组成，有的还包含辅酶或辅基的某一部分基团。（3）在酶分子表面呈裂缝状。（4）酶活性中心的催化位点和结合位点可以不止一个。（5）酶活性中心的基团都是必需基团，但必需基团还包括活性中心以外的基团。木瓜蛋白酶活性中心氨基酸残基 4.诱导契合学说（1）锁钥学说1890年，Emil Fischer提出。优点，缺点。（2）
6、诱导契合学说1958年，D.E.Koshland提出。学说内容：酶的活性中心具有一定的柔性，当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象发生相应的改变，使活性中心上有关基团达到正确的排列和定向，因而使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反应结束当底物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的构象。5.使酶具有高效催化效率的因素酶活性中心是低介电区共价催化酸碱催化“张力”与“变形”邻近效应和定向效应 6.酶原激活（4）生物学意义：a：保护分泌酶原的组织不被水解破坏。b:是机体调控酶活性的一种形式。（3）酶原激活过程举例。（2）酶原激活：酶原在一定条件下被打断一个或几个特殊的肽键，从
7、而使酶构象发生一定的变化形成具有活性的三维结构的过程。（1）酶原：细胞最初合成的没有活性的酶的前体形式。1、酶活力及酶活力单位六、酶活力及其测定酶活力：也称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力单位(1961年)：用U表示，一个酶活力单位是指在特定条件下，在一分钟内能转化1微摩尔底物的酶量，或是转化底物中1微摩尔的有关基团的酶量。特定条件是指：25，其它条件均采用最适条件。酶活力与酶促反应速度：酶活力的大小可用在一定条件下酶催化的化学反应速度来表示。所以测定酶的活力（即含量），就是测定酶促反应的速度。酶促反应速度可用单位时间、单位体积中底物的减少或产物的增加来表示。2、酶的比活力也就是酶
8、含量的大小，即每克酶蛋白所具有的酶活力，一般用单位/毫克蛋白（u/mg蛋白质）表示。有时也用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少个活力单位表示。1、底物浓度对酶促反应速度的影响（1）S 与V关系曲线（2）米氏方程（3）Km值的意义（4）Km值的求法七、影响酶促反应速度的因素PH影响酶和底物的解离状态，只有它们处于最佳解离状态时，才容易形成中间产物，使反应顺利进行。2、PH对酶促反应速度的影响（1）PH与V关系曲线（2）最适PH（3）PH影响酶活力的因素:3、温度对酶促反应速度的影响（1）温度与V关系曲线（2）最适温度（3）温度影响酶活力的因素温度对酶促反应有两种互相矛盾的影响：一方面，酶促反应和普
9、通化学反应相似，遵循温度系数的一般规律；另一方面，随着温度的升高，酶蛋白急剧变性，使酶迅速失活。这两种因素综合影响的结果，就出现了酶的最适温度。4、激活剂对酶促反应速度的影响激活剂：凡是能提高酶活性的物质。可分为二类：（1）无机离子：a:金属离子；b:阴离子；c:氢离子（2）中等大小的有机分子：抗坏血酸、半胱氨酸、谷氨酸；乙二胺四乙酸（EDTA)。5.抑制剂对酶促反应速度的影响失活作用：凡可使酶蛋白变性而引起酶活性丧失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白变性的作用。抑制剂：凡使酶的必需基团或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶活性甚至使酶活性完全丧失的物质。抑制剂可分为两大类
10、：不可逆抑制剂和可逆抑制剂（1）不可逆抑制剂抑制剂与酶的结合是一不可逆反应，不能用透析等方法除去抑制剂。举例：二异丙基氟磷酸(DIFP)；有机磷杀虫剂（1605，敌百虫）；碘乙酸，碘乙酰胺等。（2）可逆的抑制作用抑制剂与酶的结合为一可逆反应，可以用透析等方法除去抑制剂。分为两种主要类型：竞争性抑制作用非竞争性抑制作用八.酶活性的调节控制与调节酶调节酶分类：别构效应调控；可逆共价修饰调控；酶原的激活调控；同工酶调控调节酶：本身的活性受到严格的调节控制，可以在多酶体系中对代谢反应起调节作用。别构酶调控：1.别构酶：具有别构效应的调节酶，一般是由两个或两个以上亚基构成的寡聚酶，有别构中心和活性中心两
11、个中心。2.别构效应：当代谢调节物结合在别构中心上时，引起构象的改变，使酶活性中心对底物的结合与催化作用受到影响，从而影响调节酶的反应速度及代谢过程。3.调节物：4.正协同效应：调节物结合使酶活性升高的效应。负协同效应：调节物结合使酶活性降低的效应。5.别构酶动力学曲线不符合米氏方程，是S型曲线。S型曲线对酶促反应速度的调节是十分有利的。Vmax100%S675432150%AS90%VS10%V=81S10%VS90%V=3B8A为非调节酶的曲线；B为别构酶的S形曲线 同工酶调节同工酶：能催化相同的化学反应，但酶的分子结构与理化性质不完全相同的一组酶。乳酸脱氢酶：亚基：心肌型（H）；骨骼肌型
12、（M）五种：H4;H3M;H2M2;HM3;M4分布不同；当发生病变时，同工酶谱发生变化。乳酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸同功酶赖氨酸蛋氨酸苏氨酸九.维生素与辅酶维生素与辅酶的关系：有的本身就是辅酶（硫辛酸，抗坏血酸），有的可作为辅酶的组成部分（核黄素，硫胺素）。维生素的分类：脂溶性维生素；水溶性维生素维生素的生理功能：调节物质代谢过程。维生素B1和羧化辅酶 维生素B2和黄素辅酶 泛酸和辅酶A 维生素PP和辅酶I、辅酶II 维生素B6和磷酸吡哆醛 生物素 叶酸和叶酸辅酶 维生素B12和B12辅酶 硫辛酸名称别名辅酶主要生理功能维生素B1硫胺素TPP参与-酮酸氧化脱羧维生素B2核黄素FMN、FAD
13、氢载体泛酸遍多酸HSCoA酰基载体维生素PP尼克酸和尼克酰胺NAD+、NADP+氢载体维生素B6吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺参与AA转氨、脱羧生物素维生素H羧化酶的辅酶叶酸THFA一碳基团载体维生素C抗坏血酸氧化还原作用硫辛酸酰基载体、氢载体某些维生素与辅酶十.酶的分离纯化选材破碎细胞抽提分离、纯化进一步纯化浓缩、制干检测酶纯度保存分离纯化注意事项：全部操作一般在05度间进行。用有机溶剂时，必须在15度至20度下进行。有时需在抽提溶剂中加少量EDTA，以妨重金属使酶失活。对于巯基酶需加入少量巯基乙醇，以妨酶被氧化失活。在整个分离纯化过程中，不能过度搅拌，以免产生大量泡沫使酶失活
14、。在整个分离纯化过程中，必需经常测活，以指导纯化工作。化学酶工程：也称初级酶工程，主要是通过化学修饰、固定化处理、甚至通过化学合成等手段，改善酶的性质以提高催化效率及降低成本。它包括自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用。化学修饰酶:对纯酶进行化学修饰以改善性能。常用于酶学研究和临床医学。固定化酶：指被结合到特定的支持物上并能发挥作用的一类酶。通过吸附、偶联、交联和包埋等物理和化学方法把酶做成仍具有酶活性的水不溶性酶，装入适当容器形成反应器。优点：1.容易将酶与反应体系分离；2.可反复使用；3.稳定性好。将固定化酶和固定化细胞应用于化学工业的反应系统称为生物反应器。化学人工酶：模拟酶的生物功能，用化学半合成法（小分子化合物无活性蛋白）或全合成法（小分子有机物）合成的有催化活性的人工酶。生物酶工程：是从基因水平改造和设计新酶。包括三个方面：1.用DNA重组技术大量生产酶；2.对酶基因进行修饰，生产遗传修饰酶；3.设计新的酶基因，合成自然界不曾有过的，性能稳定、催化效率更高的新酶。十一.酶工程简介 酶的概念及其化学性质 酶的作用特点 酶的组成与分类 酶的国际分类与命名 酶的作用机理 酶活力及其测定 影响酶促反应速度的因素 酶活性的调节控制与调节酶 维生素与辅酶 酶的分离纯化 酶工程简介本章主要内容
