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主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性质、生物学意义。

酶. 主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性质、生物学意义。. 植物. 6CO 2 +6H 2 O+ 能量 C 6 H 12 O 6 +6O 2 ↑. 动物. 某些微生物. 500℃ ,300 大气压. N 2 + 3H 2 2NH 3. N 2 +3H 2. 2NH 3. Fe. 一、酶的概念. （一）酶的生物学意义. 如 CO 2 +H 2 O H 2 CO 3.

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主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性质、生物学意义。

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Presentation Transcript

  1. 酶 主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性质、生物学意义。

  2. 植物 6CO2+6H2O+能量 C6H12O6+6O2↑ 动物 某些微生物 500℃ ,300大气压 N2 + 3H2 2NH3 N2+3H2 2NH3 Fe 一、酶的概念 （一）酶的生物学意义

  3. 如 CO2+H2O H2CO3 （二）酶是生物催化剂 1．酶与一般催化剂的共同点 （1）用量少而催化效率高 （2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反 应前后本身不发生变化

  4. （3）降低反应所需的活化能

  5. 例 2H2O2→2H2O+O2

  6. 2．酶作为生物催化剂的特殊点 （1）高的催化效率 以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高107～1013倍，比非催化反应高108～1020倍。 例 2H2O2→2H2O+O2 1mole H2O2酶 能催化 5×106mole H2O2的分解 1mole Fe3+只能催化6×10-4mole H2O2的分解

  7. 转换数（turnover number, TN or kcat）: 每秒钟或每分钟，每个酶分子转换底物的分子数，或每秒钟或每分钟每摩尔酶转换底物的摩尔数。

  8. （2）高的专一性 （3）温和的反应条件 （4）酶在体内受到严格调控 如酶浓度的调节、激素调节、反馈调节、抑制剂和激活剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、酶原活化等。 （5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关

  9. （三）酶的化学本质 1．大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins） 1926年美国Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质 1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。 J.H.Northrop J.B.Sumner

  10. 20世纪80年代发现某些RNA有催化活性，还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。

  11. 2．某些RNA有催化活性 1982年美国T. Cech等人发现四膜虫的rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现RNA有催化活性 Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA

  12. 1983年美国S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的RNA可催化E. coli tRNA的前体加工。 Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA

  13. Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化活性，并命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人共同获1989年诺贝尔化学奖。 1．Cell vol 31, 147～157，1982年。 2．Sci. Amer. Vol 255, 64～75，1986。

  14. 3．抗体酶（abzyme） 抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区 （即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这部分区 域被赋予了酶的属性。 1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science上发表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。 抗体酶的性质 抗体酶的用途

  15. 4．有些DNA也有催化活性 1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦具有催化活性。

  16. （四）酶的组成 1．单纯蛋白质酶类 2．缀合蛋白质酶类 全酶=酶蛋白+辅助因子（辅酶、辅基或金属离子） 辅酶（coenzyme） 辅基（prosthetic group）

  17. （五）根据酶蛋白分子的特点将酶分成三类 1．单体酶（monomeric enzyme） 2．寡聚酶（oligomeric enzyme） 3．多酶复合物（multienzyme complex）

  18. 二、酶的命名和分类 1961年国际酶学委员会（enzyme commission）提出的酶的命名和分类方法。

  19. （一）命名 1．系统名称（systematic name） （1）标明底物，催化反应的性质 例: G-6-P→F-6-P G-6-P异构酶

  20. （2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:） 分开。如其中一个底物为水时，水可略去。 例1： 丙氨酸+α-酮戊二酸 → 谷氨酸+丙酮酸 丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶 例2： 脂肪+H2O → 脂酸+甘油 脂肪水解酶

  21. 2．习惯名称（recommended name） （1）底物 （2）反应性质 （3）底物，反应性质 （4）来源或其它特点

  22. （二）系统分类法及编号 1．分类: 6大类酶，氧转水 裂异连 2．编号: 用4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用“·”隔开，前面冠以EC（为Enzyme Commission）。 EC 类.亚类.亚亚类.排号，如EC l.1.1.1 Enzyme Handbook， Thomas E Barman编，Vol I, Vol II 1969年。 Enzyme Handbook，Thomas E. Barman编 Supplement I, 1974年。

  23. （三）六大类酶催化反应的性质 1．氧化还原酶类（oxido-reductases） 催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等。

  24. 2A·2H+O2 2A+2H2O A·2H+O2 A+H2O2 （1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成H2O或H2O2。

  25. 例： 邻苯二酚氧化酶（EC 1.10.3.1，邻苯二酚：氧氧化酶） 邻苯醌 邻苯二酚

  26. A·2H + BA + B·2H 乳酸 丙酮酸 （2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢 例：乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化还原酶）

  27. 2．转移酶类（transferases） 催化基团的转移 例：谷丙转氨酶（GPT）（EC 2.6.1.2，L-丙氨酸： α—酮戊二酸氨基转移酶）

  28. AB + H2O A·OH + BH 3．水解酶类（hydrolases）

  29. ABA + B 4．裂合酶类（lyases） 从底物移去一个基团而形成双键或逆反应 例1：

  30. 例2：

  31. 5．异构酶类（isomerase） 催化异构化反应 例：

  32. 6．连接酶类（ligases, 也称synthetases合成酶类） 将两个小分子合成一个大分子，通常需要ATP供能。 例：

  33. （水解） （裂合） （异构） （连接酶）

  34. 三、酶的分离、提纯及活力测定 （一）酶的分离提纯 1．选材 2．破碎细胞 3．抽提 4．去核酸、去多糖 5．提纯 6．保存

  35. 由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意 : 1．全部操作在低温0～4℃。 2．在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。 3．在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量EDTA、 少量β-巯基乙醇。 4．在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白质浓 度，从而求得比活力，还要计算总活力。

  36. 酶活力 比活力＝ 蛋白质浓度 总活力＝单位体积的酶活力(U/ml)×分离溶液总体积(ml)

  37. （二）酶活力的测定 酶活力（enzyme activity, 也称酶活性） 酶活力的测定

  38. 产 物 浓 度 [P] (t) 1．测定酶活力时应注意几点 （1）应测反应初速度（initial velocity or initial speed） （2）酶的反应速度一般用单位时间 内产物的增加量来表示。 （3）测酶活力时应使反应温度、pH、离子 强度和底物浓度等因素保持恒定。 （4）测定酶反应速度时，应使[S]>>[E]。

  39. 2．酶活力和比活力表示方式 （1）酶活力（enzyme activity） 酶活力的定义 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶单位（unit, U） 酶单位的定义 1961年国际酶单位（IU） 1972年Katal（简称Kat）单位

  40. 乳酸脱氢酶 乳酸 + NAD+丙酮酸 + NADH + H+ 习惯上沿用的单位如 : 乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示，也可用340nm光吸收的增加量来表示。

  41. （2）酶的比活力（specific activity，也称比活性） 比活力：指每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用 U/mg蛋白质来表示，比活力说明酶的纯度。 比活力= 酶活力（U/ml）/蛋白质浓度（mg/ml） 比活力有时也可用每g或每ml酶含多少个活力单位来表示。

  42. （3）转换数（TN or kcat) 在最适底物浓度时，每分钟或每秒钟每分子酶 转换底物的分子数。 （4）分子活性（molecular activity） 在最适底物浓度时，每分钟每分子酶转换底物的分子数。 （5）催化中心活性（catalytic center activity） 每分钟每一个催化中心所转换底物的分子数。

  43. 乳酸脱氢酶 L-乳酸 + NAD+丙酮酸 + NADH + H+ 3. 酶活力的测定方法 （1）分光光度法（spectrophotometry） 该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分光吸收不同。 优点： 简便、迅速、准确。 一个样品可多次测定，有利于动力学研究。 可检测到10-9mol/L水平的变化。 例: 人血清乳酸脱氢酶活力的测定

  44. 乙醇脱氢酶 例：乙醇 + NAD+ 乙醛 + NADH + H+ （2）荧光法（fluorometry） 该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。 主要的优点：灵敏度很高，可以检测10-12mol/L的样品。 酶蛋白分子中的Tyr、Trp、Phe残基以及一些辅酶、辅基，如NADH NADPH、FMN、FAD等都能发出荧光。

  45. （3）酶偶联分析法(enzyme coupling assay) 第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个酶系统在一起反应。 P1无光吸收或荧光变化，偶联后, P2有光吸收或荧光变化。

  46. 己糖激酶 葡萄糖 + ATP 葡糖-6-磷酸 + ADP G-6-P脱氢酶 葡糖-6-磷酸 + NADP 葡糖酸-6-磷酸 + NADPH + H+ 例：测己糖激酶的活性

  47. 葡萄糖氧化酶 葡萄糖+O2+H2O 葡糖酸+H2O2 （4）电化学法（electrochemical method） 有离子选择性电极法、微电子电位法、电流法等。 离子选择性电极法要求在酶反应中必须伴随有离子浓度的变化或气体的变化（如O2、CO2、NH3等）。 例: 葡萄糖氧化酶活性的测定

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