酶學基礎知識t

第二章酶學基礎知識

第一節(jié)

酶的分類與命名第二節(jié)

酶（蛋白類酶）的結構與功能第一頁，共五十一頁。第一節(jié)

酶的分類與命名大腸桿菌細胞中，3000種酶高等真核生物細胞中，5000種酶國際酶學委員會已知的酶見表1：第二頁，共五十一頁。表1已知酶歷年增長統(tǒng)計資料來源與年份已知酶數量ReportoftheEnzymeCommission(1961)712EnzymeNomenclature(1964)874EnzymeNomenclature(1972)1770EnzymeNomenclature(1978)2122Supplements1-42252EnzymeNomenclature(1984)2477Supplements1-3(Eur.J.Biochem.)(1990)2966EnzymeNomenclature(1992)3169Supplements1-4(Eur.J.Biochem.)(1997)3702第三頁，共五十一頁。酶的分類命名原則

分類命名方法：對于蛋白類酶現在普遍接受的是國際酶學委員會1961年制定的酶分類與命名法。對于核酸類酶由于其研究歷史不長，對于分類和命名還沒有統(tǒng)一的原則和規(guī)定。

第四頁，共五十一頁。蛋白類酶與核酸類酶按照分子中起催化作用的主要組分不同，酶可以分為蛋白類酶（proteozyme，P酶）和核酸類酶（ribozyme，R酶，核酶）兩大類。兩者的顯著區(qū)別之一是蛋白類酶只能催化其他分子進行反應，而核酸類酶卻可以催化酶分子本身也可以催化其他分子進行反應。第五頁，共五十一頁。一、蛋白類酶（P酶）的分類（1）

氧化還原酶類（2）

轉移酶類（3）

水解酶類（4）

裂合酶類（5）

異構酶類（6）

連接或合成酶類1961年國際酶學委員會（EnzymeCommittee,EC）根據酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類：第六頁，共五十一頁。（1）

氧化還原酶類催化氧化-還原反應。供體：受體氧化還原酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和還原（氧化）酶(Oxidase)。例如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。第七頁，共五十一頁。（2）

轉移酶類轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移到另一個底物的分子上。供體：受體某基團轉移酶例如，谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應。第八頁，共五十一頁。（3）

水解酶類水解酶催化底物的加水分解反應。底物名稱反應集團位置水解酶主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應。第九頁，共五十一頁。（4）

裂合酶類裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。底物裂解基團裂合酶主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應。第十頁，共五十一頁。（5）

異構酶類催化各種同分異構體的相互轉變。即底物分子內基團或原子的重排過程。按異構化類型分為6個亞類，異構、消旋、變位、表異構、順反異構底物名稱亞類酶例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。第十一頁，共五十一頁。（6）

合成酶類合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S

鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯。A+B+ATP===AB+ADP+Pi

底物：底物連接酶

例如，谷氨酰胺合成酶催化的反應。L－谷氨酸+氨+ATP===

L－谷氨酰胺+ADP+Pi第十二頁，共五十一頁。蛋白類酶的系統(tǒng)名、慣用名系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應類型。乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶慣用名：只取一個較重要的底物名稱和反應類型。乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶對于催化水解反應的酶一般在酶的名稱上省去反應類型。第十三頁，共五十一頁。乳酸脫氫酶

EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號蛋白酶的系統(tǒng)編號第十四頁，共五十一頁。編號系統(tǒng)命名習慣命名催化的反應EC.1.1.1.27乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶乳酸

+NAD+

→丙酮酸

+NADHEC2.6.1.1L-天冬氨酸：a-酮戊二酸氨基轉移酶天冬氨酸氨基轉移酶L-天冬氨酸+-酮戊二酸→草酰乙酸

+L-谷氨酸EC3.1.3.9D-葡萄糖-6-磷酸磷酸水解酶葡萄糖-6-磷酸酶D-葡萄糖-6-磷酸

+H2O→葡萄糖

+H3PO4EC4.1.2.13D-果糖-1，6-二磷酸：D-甘油醛-3-磷酸裂合酶醛縮酶D-果糖-1，6-二磷酸

→

磷酸二羥丙酮

+D-甘油醛-3-磷酸EC3.1.3.9D-葡萄糖-6-磷酸酮醇異構酶磷酸己糖異構酶D-葡萄糖-6-磷酸

D-果糖-6-磷酸EC6.3.1.2L-谷氨酸：氨連接酶谷氨酰胺合成酶ATP+L-谷氨酸

+NH3

→L-谷氨酰胺

+ADP+H3PO4第十五頁，共五十一頁。三、其他習慣歸類命名法單體酶和寡聚酶單純酶和結合酶恒態(tài)酶和調節(jié)酶胞內酶、胞外酶

第十六頁，共五十一頁。1.

單體酶和寡聚酶根據酶蛋白質組成特點可將已知酶分為單體酶和寡聚酶。（1）

單體酶單體酶僅由單條肽鏈組成，相對分子質量13000～35000，不能再解離成更小的組成單位。其中許多是催化水解反應的酶，一般不需輔助因子。在單體酶中有一些是蛋白水解酶，它們多以無活性的酶原形式合成，在需要時再水解除去部分肽鏈轉變?yōu)橛谢钚缘拿?。第十七頁，共五十一頁。?）

寡聚酶已知的酶絕大多數是寡聚酶，由相同或者不同的亞基組成，它們包含兩條或多條肽鏈，相對分子質量通常超過35000。例如，糖酵解有關的酶都是包含2~4個亞基的寡聚酶。在寡聚酶中有許多是代謝途徑中的關鍵酶，它們的活性可通過多種方式，特別是通過別構機制進行調節(jié)。第十八頁，共五十一頁。2.單純酶和結合酶從酶的成分組成上看，可將酶分為單成分酶和雙成分酶兩種?；蚍Q為單純酶和結合酶。單成分酶（單純酶）在催化過程中不需要輔酶，除了蛋白質外不含其他成分。如：水解酶類的胃蛋白酶、胰蛋白酶、脲酶、核酸酶等。雙成分酶（結合酶）：又稱全酶，在催化反應中需要有輔助因子，由蛋白和非蛋白兩部分組成。其中非蛋白部分稱為輔助因子，單純的輔助因子不呈現酶活力，只有兩者結合在一起形成全酶才顯示活力。如氧化還原酶類、轉移酶類中的許多酶。

全酶＝酶蛋白＋輔助因子第十九頁，共五十一頁。3.

恒態(tài)酶和調節(jié)酶根據酶在代謝中所處的地位、含量與活性情況，也可以分成恒態(tài)酶與調節(jié)酶。恒態(tài)酶是構成代謝途徑和物質轉化體系的基本組成成分，在細胞中恒態(tài)酶的含量相對恒定，其活性僅受反應動力學系統(tǒng)本身的組成因素調節(jié)。調節(jié)酶是指在代謝途徑和物質轉化體系中起調節(jié)作用的關鍵酶，它們的含量與活性常因機體的機能狀況而不同。按照其活性調節(jié)方式又可分為三種類型:潛態(tài)酶，別構酶和多功能酶。第二十頁，共五十一頁。（1）

潛態(tài)酶潛態(tài)酶是指那些通常以無活性的酶原狀態(tài)存在，而在機能需要時再轉變?yōu)榛钚誀顟B(tài)的酶。這種激活調節(jié)一般以級聯催化方式進行。包括兩種類型：一是不可逆的共價調節(jié)，即所謂的酶原激活。除了前述的消化性蛋白水解酶外，也包括那些具有生理功能的蛋白酶，例如凝血酶、溶血纖蛋白酶等都是通過這種方式調節(jié)的；二是可逆共價調節(jié)。第二十一頁，共五十一頁。（2）

別構酶別構酶，這些酶在結構上除了具有能和底物相結合、并催化底物進行反應的活性中心外，還具有能和效應物相結合的調節(jié)中心。

第二十二頁，共五十一頁。

（3）多功能酶多功能酶指具有一種以上催化活性的酶，他們有的是由不同亞基組成，還有一些別構酶也是多功能酶。第二十三頁，共五十一頁。4.

胞內酶、胞外酶生物合成的酶有兩種類型:存在于胞內或轉位通過細胞質膜到胞外。第二十四頁，共五十一頁。（1）

胞內酶胞內酶是指在合成后仍留在細胞內發(fā)揮作用的酶。酶在細胞內存在部位是不同的，有些酶是“可溶的”，并不直接與細胞中任何特定結構組分相連接；另一些酶則是“不溶的”,他們與細胞膜或細胞器結合，較難與細胞的組分分開，如線粒體上的酶。為從胞內提取某種酶，一般要通過破壁、抽提、離心等步驟。

第二十五頁，共五十一頁。（2）

胞外酶胞外酶(又可稱為分泌型酶)是指可以穿過質膜的任何酶，大多數是水解酶，多數工業(yè)用酶都是胞外酶。如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等。胞外酶優(yōu)點明顯，它比胞內酶容易回收、純化，不必將細胞破碎，也不用去核酸，容易獲得高產(因為胞外酶生產不受可獲得的生物量的限制)。胞外酶的分泌位置由細胞質膜的結構所決定。第二十六頁，共五十一頁。革蘭氏陽性菌的外殼由細胞質膜和包圍在膜外面的壁組成。對革蘭氏陽性菌來說有兩類胞外酶：一類是合成后分泌到培養(yǎng)基中的胞外酶，如芽胞桿菌產生的淀粉酶、蛋白酶；另一類是分泌蛋白穿過膜后，結合于膜外表面的胞外酶。第二十七頁，共五十一頁。革蘭氏陰性菌的細胞壁是由附著在細胞質膜外的一層薄的粘肽組成，壁外面還有一層膜——外膜。兩層疏水膜之間是親水空間——周質。陰性菌中有四種不同位置的分泌型酶，即分泌酶結合在內膜外表面、分布在周質中、結合在外膜上和分泌到培養(yǎng)基中，前三類均可用滲透壓沖擊法或用溶菌酶把細胞處理成球狀體釋放酶。第二十八頁，共五十一頁。四、核酸類酶（催化核酸）核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應和一些其它反應。第二十九頁，共五十一頁。核酸類酶的分類（1）根據酶作用的底物是其本身RNA分子還是其他分子，將核酸類酶分為分子內催化R酶和分子間催化R酶兩大類。（2）在每個大類中根據酶的催化類型不同，將R酶分為若干亞類。第三十頁，共五十一頁。1、分子內催化R酶 分子內催化酶是催化本身RNA分子進行反應的一類核酸類酶。（1）自我剪切酶：在一定條件下催化本身RNA分子進行剪切反應的R酶。它們都是RNA前體，可以在一定條件下進行自我催化，使RNA前體生成成熟的RNA分子和另一個RNA片斷。（2）自我剪接酶：在一定條件下催化本身RNA同時進行剪切反應和連接反應的R酶。它們也都是RNA前體。第三十一頁，共五十一頁。2、分子間催化R酶分子間催化酶是催化其它分子進行反應的核酸類酶。（1）RNA剪切酶：催化其他RNA分子進行剪切反應的核酸類酶。（2）DNA剪切酶：催化DNA分子進行剪切反應的核酸類酶。（3）多肽剪切酶：催化多肽剪切作用的核酸類酶。（4）多糖剪接酶：催化多糖剪切和連接反應的核酸類酶。（5）多功能R酶：催化其他分子進行多種反應的核酸類酶。第三十二頁，共五十一頁。第三十三頁，共五十一頁。第二節(jié)

酶（蛋白類酶）

的結構與功能第三十四頁，共五十一頁。一.蛋白類酶的基本組成單位－氨基酸蛋白類酶（P-酶）主要由蛋白質組成。蛋白質是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物。氨基酸：分子中含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH）的有機化合物。組成蛋白質的氨基酸主要有20種。第三十五頁，共五十一頁。2.輔助因子

酶反應的專一性取決于酶蛋白本身，而輔助因子則直接對電子、原子或某些化學基團起傳遞作用，決定反應的性質。酶的輔助因子可以是無機輔助因子——金屬離子（激活劑），也可以是小分子有機化合物（輔酶）。第三十六頁，共五十一頁。（1）無機輔助因子無機輔助因子主要是指各種金屬離子，尤其是各種二價金屬離子。1.鎂離子（Mg2+）2.鋅離子（Zn2+）3.鐵離子（Fe2+）4.銅離子（Cu2+）5.錳離子（Mn2+）6.鈣離子（Ca2+）第三十七頁，共五十一頁。（2）有機輔助因子有機輔助因子是指雙成分酶中相對分子質量較小的有機化合物。它們在酶催化過程中起著傳遞電子、原子或基團的作用。包括：煙酰胺核苷酸、黃素核苷酸、鐵卟啉、硫辛酸、核苷三磷酸、鳥苷、輔酶Q、谷光甘肽、輔酶A、生物素、硫胺素焦磷酸、磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。生物體內B族維生素幾乎都是作為酶的輔助因子，參與細胞的代謝過程第三十八頁，共五十一頁。二、酶的空間結構

蛋白質功能決定于其結構，不僅與其氨基酸組成（一級結構）有關，而且還與其空間結構有關（二級結構、三級結構、四級結構）。酶蛋白空間結構的基本結構單位：螺旋結構、折疊結構、轉角結構和卷曲結構等。具有酶活性的蛋白質都是球蛋白，球蛋白分子結構有以下特征：第三十九頁，共五十一頁。1、空間結構特征：(1)在球蛋白分子中一條肽鏈往往是通過一部分α-螺旋、一部分β-折疊、一部分β-轉角和一部分無規(guī)卷曲形成緊密的球狀構象。(2)在球蛋白分子中，大多數非極性側鏈總是埋藏在分子內部形成疏水內核，而大多數極性側鏈總是暴露在小分子的表面上，形成一些親水區(qū)。第四十頁，共五十一頁。(3)球蛋白的分子表面，往往有一個內陷的空穴，往往是疏水區(qū)，對酶分子而言，此空穴正好容納一個或兩個小分子底物或大分子底物的一部分，即酶活性部位。(4)有些球蛋白具有四級結構，這類球蛋白的分子中含兩條或多條多肽鏈，這些多肽鏈彼此以非共價鍵相連，每一條肽鏈都有自己的二、三級結構。第四十一頁，共五十一頁。第四十二頁，共五十一頁。2.維持酶蛋白分子構象的力蛋白質的空間結構是通過各種副價鍵聯結而成主要有：氫鍵、鹽鍵、二硫鍵、疏水作用、金屬鍵和范德華力等。

第四十三頁，共五十一頁。3.酶的活性中心

在酶分子上，并不是所有氨基酸殘基，而只是少數氨基酸殘基與酶的催化活性有關。這些氨基酸殘基雖然在一級結構上可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間結構的區(qū)域，該區(qū)域與底物相結合并催化底物轉化為產物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心(activecenter)或活性部位(activesite)。酶的活性中心一旦被破壞，酶將失去其催化活性。