酶學(xué)基礎(chǔ)(一)

1、酶學(xué)基礎(chǔ)（一）酶學(xué)基礎(chǔ)（一）1.1 1.1 酶的基礎(chǔ)知識(shí)酶的基礎(chǔ)知識(shí) 酶的命名酶的命名 酶的分類酶的分類 酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成 酶催化作用的特性酶催化作用的特性 酶促反應(yīng)的機(jī)制酶促反應(yīng)的機(jī)制1.2 1.2 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.3 1.3 酶活力的概念及其測(cè)定酶活力的概念及其測(cè)定 (1) (1)習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法: : 根據(jù)其催化底物來(lái)命名；根據(jù)其催化底物來(lái)命名； 根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來(lái)命名；根據(jù)所催化反應(yīng)的性質(zhì)來(lái)命名； 結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名，結(jié)合上述兩個(gè)原則來(lái)命名， 有時(shí)在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)。有時(shí)在這些命名基礎(chǔ)上加上酶的來(lái)源或其它特點(diǎn)。1

2、1.1.1 .1.1 酶的命名酶的命名(2)(2)國(guó)際系統(tǒng)命名法國(guó)際系統(tǒng)命名法 系統(tǒng)名稱包括底物名稱、反應(yīng)性質(zhì)，最系統(tǒng)名稱包括底物名稱、反應(yīng)性質(zhì)，最后加一個(gè)酶字。后加一個(gè)酶字。 例如：例如： 習(xí)慣名稱習(xí)慣名稱: :葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶 系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱: : ATPATP：葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶 酶催化的反應(yīng)酶催化的反應(yīng): : ATP + D ATP + D- -葡萄糖葡萄糖 ADP + D ADP + D- -葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 分類編號(hào)是：分類編號(hào)是：E.C.2.7.1.1E.C.2.7.1.11.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類1氧化還原酶氧化還原酶

3、2轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶3水解酶水解酶4裂合酶裂合酶5異構(gòu)酶異構(gòu)酶6連接酶（合成酶）連接酶（合成酶）7核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸）1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH(1) (1) 氧化氧化-還原酶還原酶 Oxidoreductase 氧化氧化- -還原酶催化氧化還原酶催化氧化- -還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。 主要包括脫氫酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONAD

4、H1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。例如，例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。(2) (2) 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類CH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOC

5、CH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHO(3) (3) 水解酶水解酶 hydrolase 水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 AB+HAB+H2 2OAOH+BHOAOH+BH 例如，脂肪酶例如，脂肪酶( (Lipase) )催化的脂的水解反應(yīng)：催化的脂的水解反應(yīng)：H2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OH1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類 裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。原子形成雙鍵的反應(yīng)及其

6、逆反應(yīng)。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 21 21或或12,12,A+B AB A+B AB 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。(4) (4) 裂合酶裂合酶 LyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。例如，例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。(5) (5) 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 Isomera

7、seOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOH1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類 合成酶，又稱為連接酶，能夠催化合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATPATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H =A-B + ADP +PiA + B + ATP + H-O-H =A-B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。 丙酮酸丙酮酸 + + COCO2 2 草酰乙酸草酰乙酸(6

8、) (6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase1.1.2 1.1.2 酶的分類酶的分類（7 7）核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸） Ribozymen核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNARNA，能夠催化，能夠催化RNARNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)。分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)。酶用于生物催化的概況類別類別占總酶占總酶比例比例%利用率利用率%水解酶水解酶 hydrolases2665氧化還原酶氧化還原酶oxidoreductases2725轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 transferases245裂合酶裂合酶 lyases125

9、異構(gòu)酶異構(gòu)酶 isomerases51連接酶連接酶 ligases61（1）酶的化學(xué)本質(zhì)）酶的化學(xué)本質(zhì)1926 J.B Sumner：首次從刀豆中得首次從刀豆中得到脲酶結(jié)晶，并證明其化學(xué)本質(zhì)是到脲酶結(jié)晶，并證明其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì).1982 Thomas R Cech從四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)從四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)rRNA的自身催化作用，并提出了核的自身催化作用，并提出了核酶（酶（ribozyme）的概念的概念1.1.3 1.1.3 酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成 酶是具有生物催化功能的生物大分子。酶是具有生物催化功能的生物大分子。 分為兩類：蛋白類酶（分為兩類：蛋白類酶（P P酶）酶） 核酸酶（核酸酶

10、（R R酶）酶）除了具有催化能力的除了具有催化能力的DNADNA和和RNARNA之外，酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)。之外，酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)。依據(jù)依據(jù)1 1、酶的分子量屬于典型的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量數(shù)量級(jí)、酶的分子量屬于典型的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量數(shù)量級(jí)2 2、酶由氨基酸組成、酶由氨基酸組成3 3、酶具有兩性性質(zhì)、酶具有兩性性質(zhì)4 4、酶易變性失活、酶易變性失活 （2 2）酶的分子組成）酶的分子組成 單純酶單純酶: : 僅由肽鏈構(gòu)成僅由肽鏈構(gòu)成 結(jié)合酶結(jié)合酶: : 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分 全酶全酶 ( (酶蛋白酶蛋白 + + 輔助因子輔助因子) )l輔助因子輔助因子: :酶蛋白中非蛋白質(zhì)部

11、分，它可以是酶蛋白中非蛋白質(zhì)部分，它可以是 無(wú)機(jī)離子也可以是有機(jī)化合物。無(wú)機(jī)離子也可以是有機(jī)化合物。 金屬離子金屬離子, ,小分子有機(jī)化合物小分子有機(jī)化合物l分類分類: :輔酶輔酶: :有機(jī)輔因子與酶蛋白結(jié)合疏松有機(jī)輔因子與酶蛋白結(jié)合疏松 輔基輔基: :有機(jī)輔因子與酶蛋白結(jié)合緊密有機(jī)輔因子與酶蛋白結(jié)合緊密輔助因子在酶促反應(yīng)中的作用輔助因子在酶促反應(yīng)中的作用特點(diǎn)特點(diǎn) 在催化反應(yīng)過(guò)程中，直接參加了反應(yīng)。都具有在催化反應(yīng)過(guò)程中，直接參加了反應(yīng)。都具有特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應(yīng)特殊的功能，可以特定地催化某一類型的反應(yīng) 有些金屬離子可以作為維持空間構(gòu)象。有些金屬離子可以作為維持空間構(gòu)象。

12、可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。可以和多種不同的酶蛋白結(jié)合形成不同的全酶。 一般來(lái)說(shuō)，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類一般來(lái)說(shuō)，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應(yīng)專一性），而酶蛋白則決定了所催化型（反應(yīng)專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。的底物類型（底物專一性）。酶分子中的金屬離子酶分子中的金屬離子 在金屬酶中在金屬酶中, ,酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如酶蛋白與金屬離子結(jié)合緊密。如 FeFe2+2+/ Fe/ Fe3+ 3+ 、CuCu+ +/Cu/Cu3 3 、ZnZn2+ 2+ 、MnMn2+2+、CoCo2 2 等。等。 金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因

13、子，在酶金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應(yīng)中傳遞電子，原子或功能團(tuán)促反應(yīng)中傳遞電子，原子或功能團(tuán)。1）核酶核酶 Ribozyme：具有生物催化功能某些具有生物催化功能某些RNA分子。分子。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 化學(xué)本質(zhì)化學(xué)本質(zhì) RNA 底物底物 RNA DNA 多糖多糖 氨基酸脂氨基酸脂 反應(yīng)特異性反應(yīng)特異性(專一性）堿基專一性）堿基 催化效率催化效率 低低2） 脫氧核酶脫氧核酶 具有催化功能的具有催化功能的DNADNA分子。分子。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1 1、雙鏈穩(wěn)定性越高，酶活性越高、雙鏈穩(wěn)定性越高，酶活性越高 2 2、對(duì)、對(duì)MgMg2+2+,Zn,Zn2+2+,Ca,Ca2+2+,Mn,

14、Mn2+2+有依賴性有依賴性 3 3、組氨酸，精氨酸促進(jìn)催化活性、組氨酸，精氨酸促進(jìn)催化活性 4 4、極強(qiáng)的切割特異性（單堿基錯(cuò)配即可大幅降低切割、極強(qiáng)的切割特異性（單堿基錯(cuò)配即可大幅降低切割活性）活性）3）抗體酶）抗體酶 具有催化能力的蛋白質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是免疫球蛋白。具有催化能力的蛋白質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是免疫球蛋白。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1、與配體、與配體(底物底物)結(jié)合的專一性，包括立體專一結(jié)合的專一性，包括立體專一 性，性，（抗體酶催化反應(yīng)的專一性可以達(dá)到甚至超過(guò)天（抗體酶催化反應(yīng)的專一性可以達(dá)到甚至超過(guò)天然酶的專一性）；然酶的專一性）； 2、具有高效催化性，一般抗體酶催化反應(yīng)速度比、具有高效催化性，一般

15、抗體酶催化反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)快非催化反應(yīng)快104108倍，有的反應(yīng)速度已接近倍，有的反應(yīng)速度已接近于天然酶促反應(yīng)速度；于天然酶促反應(yīng)速度； 3、抗體酶還具有與天然酶相近的米氏方程動(dòng)力學(xué)、抗體酶還具有與天然酶相近的米氏方程動(dòng)力學(xué)及及pH依賴性等依賴性等。（3 3） 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu) 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)（一）（一） 酶分子的結(jié)構(gòu)酶分子的結(jié)構(gòu)（3 3） 酶的分子結(jié)構(gòu)酶的分子結(jié)構(gòu) 結(jié)合部位結(jié)合部位 Binding site 酶分子中與底物結(jié)合酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。為結(jié)合部位。（二）（二） 酶分子的

16、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)酶分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位稱為催化部位變化的部位稱為催化部位。 通常將酶的結(jié)合部位和催化通常將酶的結(jié)合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或部位總稱為酶的活性部位或活性中心?；钚灾行?。 結(jié)合部位決定酶的專一性，結(jié)合部位決定酶的專一性， 催化部位決定酶所催化反應(yīng)催化部位決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)。的性質(zhì)。催化部位催化部位 catalytic siteH2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH酶活性中心的必需基團(tuán)酶活性中心的必需基團(tuán) 主要包括：主要包括： 親核性基團(tuán)：絲氨酸親核性基團(tuán)：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑巰基和組氨酸的咪唑基?；?酸堿性基團(tuán)：天酸堿性基團(tuán)：天冬氨酸和谷氨酸冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨的酚羥基，組氨酸的咪唑基和半酸的咪唑基和半胱氨酸的巰基等胱氨