1、第七章 酶引論酶的早期利用公元前21世紀(jì)，我國人民就會釀酒19世紀(jì)中葉對發(fā)酵本質(zhì)的探討1833年P(guān)ayen 和 Persoz：淀粉糖化酶（diastase）19世紀(jì)70年代 Pasteur：發(fā)酵是酵母細胞活動的結(jié)果1878年khne: Enzyme-“在酵母中”1897年Bchner兄弟：用酵母提取液實現(xiàn)發(fā)酵（1907年的諾貝爾化學(xué)獎）關(guān)于酶的化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識1926年，Sumner從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結(jié)晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。（1949年諾貝爾化學(xué)獎）1982 年Cech從四膜蟲發(fā)現(xiàn)rRNA的自身催化作用，并提出了核酶（ribozyme）的概念。（1989年諾貝爾化學(xué)

2、獎）酶反應(yīng)機制的研究1894年Fisher，鎖鑰學(xué)說。1903年Henri，中間復(fù)合物學(xué)說。1913年，Michaelis和Menten提出了酶促動力學(xué)原理米氏學(xué)說。1925年，Briggs和Handane對米氏學(xué)說做了一項重要修正，提出穩(wěn)態(tài)學(xué)說。鄒承魯 60年代初，提出酶蛋白必需基團的化學(xué)修飾和活性喪失的定量關(guān)系公式和確定必需基團數(shù)的方法，分別被稱為“鄒氏公式”、“鄒氏作圖法”。還提出了酶活性部位的柔性學(xué)說9.1、酶催化作用的特點一、酶是催化劑降低酶促反應(yīng)活化能。9.1、酶催化作用的特點二、酶是生物催化劑反應(yīng)條件溫和，常溫常壓，中性PH，酶易失活。酶具有很高催化效率，比非催化反應(yīng)一般可提高1

3、081020倍。酶具有高度專一性（反應(yīng)專一性，底物專一性）。酶活性受調(diào)節(jié)控制。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成一、酶的化學(xué)本質(zhì)：目前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)酶符合蛋白質(zhì)的特性，是蛋白質(zhì)。有些酶的成分是RNA，稱為核糖酶。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成二、酶的化學(xué)組成簡單蛋白質(zhì)：除蛋白質(zhì)外，不含其它物質(zhì)。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。綴合蛋白質(zhì)：除蛋白質(zhì)外，還包含了非蛋白組分（輔助因子）。如細胞色素、丙酮酸氧化酶等。幾個概念：脫輔酶（酶蛋白， apoenzyme，apoprotein）、輔助因子（cofactor） 、全酶(holoenzyme)、輔基(prosthetic group)、輔酶(coenzym

4、e)。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成三、單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體單體酶：通常由一條肽鏈組成，如溶菌酶。寡聚酶：二個或以上的亞基組成，亞基可以是相同的，也可不同；通常是偶數(shù)個亞基，亞基之間以次級鍵結(jié)合；如蘋果酸脫氫酶、過氧化氫酶。多酶復(fù)合體：由幾種酶靠非共價鍵彼此嵌合而成。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、脂肪酸合成酶復(fù)合體等。9.3、酶的命名與分類習(xí)慣命名：根據(jù)底物或作用性質(zhì)來進行命名如淀粉酶、 胃蛋白酶、胰蛋白酶、過氧化氫酶。國際系統(tǒng)命名：明確酶催化反應(yīng)的底物與反應(yīng)性質(zhì)，如： 乙醇：NAD+氧化還原酶 丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 脂肪：水解酶氧化-還原酶類 Oxido-reductases氧化-還原酶

5、催化氧化-還原反應(yīng)。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)：轉(zhuǎn)移(移換)酶類 Transferases轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。水解酶類 hydrolases水解酶催化底物的水解反應(yīng)。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，胰蛋白酶(trypsin)催化的肽鏈的水解反應(yīng)：裂合（裂解）酶類 Lyase主要包括醛縮酶、水化酶（脫水酶）及脫氨酶等。裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子而形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。例如，

6、丙酮酸脫羧酶催化的反應(yīng)：異構(gòu)酶類 Isomerases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)基團或原子的重排過程。例如，丙氨酸消旋酶催化的反應(yīng)。9.4、酶的專一性酶的專一性即特異性（substrate specificity）指酶對它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性。一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)性質(zhì)相似的物質(zhì)。酶的專一性類型：結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性。結(jié)構(gòu)專一性（）絕對專一性（Absolute specificity)有些酶對底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個特定的底物。這種專一性稱為絕對專一性（Absolute specificity)。例如：脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡

7、索酸水化酶（只作用于反丁烯二酸）等。立體異構(gòu)專一性Stereochemical Specificity，stereospecificity（） 旋光異構(gòu)專一性酶的一個重要特性是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。即當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時，酶只能作用于其中的一種。例如，淀粉酶只能選擇性地水解D葡萄糖形成的1，4糖苷鍵；L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化；乳酸脫氫酶只對L-乳酸是專一的。立體異構(gòu)專一性Stereochemical Specificity，stereospecificity（）幾何異構(gòu)專一性geometrical specificity有些酶只能選擇性催化某種幾何異構(gòu)

8、體底物的反應(yīng)，而對另一種構(gòu)型則無催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸即反丁烯二酸水合生成蘋果酸，對馬來酸（順丁烯二酸）則不起作用。酶作用專一性的假說鎖鑰學(xué)說（1894年Emil Fischer）lock and key或模板學(xué)說（temolate）：認(rèn)為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣。酶作用專一性的假說誘導(dǎo)契合學(xué)說（1958年 D.Koshland) induced fit：該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀,從而有利于底物的結(jié)合。（四個要點）誘導(dǎo)契合學(xué)說的要點酶有其原來

9、的形狀，不一定一開始就是底物的模板底物能誘導(dǎo)酶蛋白的形狀發(fā)生一定變化（專一性結(jié)合）當(dāng)酶的形狀發(fā)生變化后，就使得其中的催化基團形成正確的排列。在酶反應(yīng)過程中，酶活性中心構(gòu)象的變化是可逆的。即酶與底物結(jié)合時，產(chǎn)生一種誘導(dǎo)構(gòu)象，反應(yīng)結(jié)束時，產(chǎn)物從酶表面脫落，酶又恢復(fù)其原來的構(gòu)象。Induced FitInduced FitInduced Fit catalyzes phosphorylation of glucose to glucose 6-phosphate during glycolysissuch a large change in a proteins conformation is no

10、t unusual BUT: not all enzymes undergo such large changes in conformationnot only enzymes change their conformations; many structural/motor proteins undergo large conformational changes during their cycleshexokinase9.5、酶的活力測定和分離純化酶活力(Enzyme activity)酶活力是指酶催化某一反應(yīng)的能力，通常用反應(yīng)產(chǎn)物的增加速率來表示。測定時通常測定反應(yīng)初速率。(以底物濃

11、度的變化在5%以內(nèi)的速率為初速率)9.5、酶的活力測定和分離純化酶的活力單位（U-activity unit）1961年，提出用“國際單位”（IU）表示酶活力，即：1個酶活力單位，是指在特定條件下，1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾有關(guān)基團的酶量。(25C,最適底物濃度和最適pH） 1IU=mol/min1972年，提出新的酶活力國際單位：最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，定為1Kat=1mol/s 所以：1Kat=60X106 IU 酶的比活力：酶的比活力用來表示酶的純度，即每mg蛋白質(zhì)所含的酶活力單位。 比活力=活力U/mg蛋白質(zhì)=總活力U/總蛋

12、白mg有時也用單位酶制劑中含有的活力單位來表示，如U/g, U/mL。9.5、酶的活力測定和分離純化酶活力測定方法（1）分光光度法（spectrophotometry）：多利用產(chǎn)物在紫外或可見光部分的光吸收性質(zhì)，選擇適當(dāng)波長，測定反應(yīng)過程的進行情況。簡便、節(jié)約時間和樣品，可以檢測nmol/L水平的變化。（2）熒光法(fluorometry)：主要利用底物或產(chǎn)物的熒光性質(zhì)。靈敏度高，但易受到干擾。（3）同位素測定法：同位素標(biāo)記底物，反應(yīng)后經(jīng)分離，檢測產(chǎn)物的脈沖數(shù)，即可換算成酶的活力單位。靈敏度最高。（4）電化學(xué)方法：pH計、 氧電極法農(nóng)藥殘留分析分光光度法測乙酰膽堿酯酶活性9.6、核酶核酶有些R

13、NA具有生物催化功能，統(tǒng)稱為ribozyme。1982年，Cech等以原生動物嗜熱四膜蟲為材料，研究rRNA的基因轉(zhuǎn)錄問題時發(fā)現(xiàn)：rRNA前體在鳥苷和Mg2+存在下,切除自身的內(nèi)含子，使兩個外顯子拼接起來，成為成熟的rRNA分子。進一步研究證明，這個內(nèi)含子RNA分子具有特定的三維結(jié)構(gòu)，可以再進行催化反應(yīng)。9.6、核酶核酶作用的特點化學(xué)本質(zhì)：RNA，DNA底物：RNA，肽鍵，葡聚糖，DNA反應(yīng)特異性(專一性）：堿基催化效率：低9.6、核酶核酶的分類剪切型核酶剪接型核酶根據(jù)催化反應(yīng)錘頭核酶I內(nèi)含子II內(nèi)含子發(fā)夾核酶丁型肝炎病毒（HDV)核酶RNaseP9.7、酶工程簡介化學(xué)酶工程天然酶 化學(xué)修飾酶

14、 固定化酶 人工模擬酶（抗體酶） 9.7、酶工程簡介酶固定的方法有：1、交聯(lián)法：使酶分子依靠雙功能基團試劑交聯(lián)聚合成“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。2、偶聯(lián)法：使酶通過共價鍵連接于適當(dāng)?shù)牟蝗苡谒妮d體上。3、包埋法：使酶包埋在凝膠的格子中或聚合物半透膜小膠囊中。4、吸附法：使酶被吸附于惰性固體的表面，或吸附于離子交換劑上。9.7、酶工程簡介抗體酶本質(zhì)上是免疫球蛋白，但是在可變區(qū)被賦予了酶的屬性，稱為抗體酶。思路：根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說，酶要與其底物形成過渡態(tài)中間復(fù)合物，這個復(fù)合物中的底物處于一種舊鍵將斷未斷、新鍵將成未成的狀態(tài)，叫做過渡態(tài)底物。然后，產(chǎn)物才被釋放。反過來，如果有一種物質(zhì)能夠與過渡態(tài)底物專一接合，那它是否能成為該底物的酶呢？ 抗體酶的制造方法：首先要設(shè)計出過渡態(tài)底物的類似物。將其注入動物體內(nèi)，誘導(dǎo)出抗體，提取抗體，將它與真正的底物反應(yīng)，看看能不能催化。應(yīng)用前景：可