CHAP1-酶工程基础.ppt

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1、第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制作用机制第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素第四节第四节 酶活力的测定酶活力的测定第五节第五节 酶动力学和抑制作用酶动力学和抑制作用第一章第一章 酶工程基础酶工程基础第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述 一、酶及酶工程研究的意义一、酶及酶工程研究的意义 二、酶学研究简史二、酶学研究简史 三、酶工程三、酶工程第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（一）酶的概念（一）酶的概念 酶是由细胞产生的具有催

2、化功能的蛋酶是由细胞产生的具有催化功能的蛋白质（或核酸），亦称生物催化剂。白质（或核酸），亦称生物催化剂。一、酶及酶工程研究的意义一、酶及酶工程研究的意义第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述如：如：苯丙酮尿症苯丙酮尿症(PKU)患儿的患儿的苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶先天缺失，不能将先天缺失，不能将苯丙氨酸转化为酪氨酸，苯丙氨酸在血液苯丙氨酸转化为酪氨酸，苯丙氨酸在血液中累积，使大脑发育受到影响；中累积，使大脑发育受到影响；同时由于酪氨酸来源减少，致使黑色素合同时由于酪氨酸来源减少，致使黑色素合成不足，出现皮肤成不足，出现皮肤“白化病白化病”。酶催化的生物化学反应，称为酶催化的生物化学反

3、应，称为（ Enzymatic reaction ）在酶的催化下发生化学变化的物质，称在酶的催化下发生化学变化的物质，称为为（ substrate ）第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（二）酶在生命体内的重要性（二）酶在生命体内的重要性1 1、催化生物代谢过程中的各种生化反应，、催化生物代谢过程中的各种生化反应，以维持正常的生命活动。以维持正常的生命活动。2 2、核酸合成、复制要靠酶；出了差错，要、核酸合成、复制要靠酶；出了差错，要靠修复酶进行纠正。靠修复酶进行纠正。3 3、蛋白质合成，一旦错误氨基酸掺入，就、蛋白质合成，一旦错误氨基酸掺入，就要有专门的酶去识别、切除、再合成。要有专门

4、的酶去识别、切除、再合成。第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述1 1、以酶为工具的研究、以酶为工具的研究2 2、以酶为研究对象、以酶为研究对象（三）酶的研究（三）酶的研究第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（1 1）用酶来治疗疾病）用酶来治疗疾病天冬酰胺酶天冬酰胺酶治疗白血病治疗白血病多酶片多酶片( (蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等) )助消化助消化链激酶、尿激酶、纳豆激酶等链激酶、尿激酶、纳豆激酶等清除血凝块清除血凝块1 1、以酶为工具的研究、以酶为工具的研究（2 2）基因工程用酶：）基因工程用酶：内切酶、连接酶、内切酶、连接酶、TaqDNATaqDNA聚合酶、

5、逆转录酶等。聚合酶、逆转录酶等。酶酶 名名来来 源源用用 途途淀粉酶淀粉酶胰脏、麦芽、微生物胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振治疗消化不良，食欲不振蛋白酶蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，除去坏死组织，促进创伤愈合，降低血压死组织，促进创伤愈合，降低血压脂肪酶脂肪酶胰脏、微生物胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振治疗消化不良，食欲不振纤维素酶纤维素酶霉菌霉菌治疗消化不良，食欲不振治疗消化不良，食欲不振溶菌酶溶菌酶蛋清、细菌蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病治疗各种细菌性和病毒性疾病尿激酶尿激酶人

6、尿人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血链激酶链激酶链球菌链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折青霉素酶青霉素酶蜡状芽孢杆菌蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应治疗青霉素引起的变态反应L- L-天冬酰胺酶天冬酰胺酶大肠杆菌大肠杆菌治疗白血病治疗白血病超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶微生物，植物，动物微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎凝血酶凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病治疗各种出血病胶原酶胶原酶细菌细菌分解胶原

7、，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡右旋糖酐酶右旋糖酐酶微生物微生物预防龋齿预防龋齿 胆碱酯酶胆碱酯酶细菌细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘治疗皮肤病，支气管炎，气喘溶纤酶溶纤酶蚯蚓蚯蚓溶血栓溶血栓弹性蛋白酶弹性蛋白酶胰脏胰脏治疗动脉硬化，降血脂治疗动脉硬化，降血脂核糖核酸酶核糖核酸酶胰脏胰脏抗感染，祛痰，治肝癌抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶尿酸酶牛肾牛肾治疗痛风治疗痛风L-门冬酰胺门冬酰胺 L-门冬氨酸门冬氨酸+NH3 水解天冬酰胺酶L天冬酰胺酶天冬酰胺酶治疗白血病治疗白血病天冬酰胺酶能将血清中的门冬酰胺水解，而天冬酰胺酶能将血清中的门冬酰胺水解，而门冬酰胺门冬酰胺是细胞

8、合成蛋白质及增殖生长所必需的氨基酸是细胞合成蛋白质及增殖生长所必需的氨基酸；正常细胞有自身合成门冬酰胺的功能，而急性白血病正常细胞有自身合成门冬酰胺的功能，而急性白血病等肿瘤细胞则无此功能，因而当外来天冬酰胺酶使门等肿瘤细胞则无此功能，因而当外来天冬酰胺酶使门冬酰胺急剧缺失时，肿瘤细胞因既不能从血中取得足冬酰胺急剧缺失时，肿瘤细胞因既不能从血中取得足够门冬酰胺，亦不能自身合成，使其蛋白质合成受阻，够门冬酰胺，亦不能自身合成，使其蛋白质合成受阻，增殖受抑制，细胞大量死亡。增殖受抑制，细胞大量死亡。L-天冬酰胺天冬酰胺 L-天冬氨酸天冬氨酸+NH3 水解天冬酰胺酶L天冬酰胺酶天冬酰胺酶治疗白血病治

9、疗白血病注入该酶后，人体正常注入该酶后，人体正常cell由于有由于有L-天冬酰胺天冬酰胺合成酶，自己能够合成合成酶，自己能够合成L-天冬酰胺，因此细天冬酰胺，因此细胞蛋白质合成不受影响。而癌胞蛋白质合成不受影响。而癌cell本身缺乏或本身缺乏或没有没有L-天冬酰胺酶，自己不能合成天冬酰胺酶，自己不能合成L-天冬酰天冬酰胺，外源的胺，外源的L-天冬酰胺又被天冬酰胺又被L-天冬酰胺酶分天冬酰胺酶分解掉，因此细胞蛋白质的合成受到影响，引解掉，因此细胞蛋白质的合成受到影响，引起癌起癌cell的死亡。的死亡。 第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（1 1）测定肝癌）测定肝癌A A、开始：甲胎蛋白（

10、开始：甲胎蛋白（AFPAFP）B B、 现在：现在：“岩藻糖苷酶岩藻糖苷酶”（AFUAFU）（2 2）神经细胞内的酶）神经细胞内的酶 2 2、以酶为研究对象、以酶为研究对象第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述 甲胎蛋白（甲胎蛋白（AFPAFP）是人胚胎期血清中）是人胚胎期血清中的主要蛋白成分，其合成部位主要是在人的主要蛋白成分，其合成部位主要是在人类胚胎的肝脏。类胚胎的肝脏。人类胚胎在宫内发育人类胚胎在宫内发育16周后周后AFP迅速下降，迅速下降，当胎儿出生后当胎儿出生后AFP的浓度维持在较低水平；的浓度维持在较低水平；研究表面：原发性肝癌患者血清中的研究表面：原发性肝癌患者血清中的AF

11、P相相当于正常人的数十倍乃至数万倍。当于正常人的数十倍乃至数万倍。第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述 “ “岩藻糖苷酶岩藻糖苷酶”（AFUAFU）属溶酶体酸性）属溶酶体酸性水解酶类，参与含岩藻糖苷的糖蛋白、糖水解酶类，参与含岩藻糖苷的糖蛋白、糖脂的降解、代谢。脂的降解、代谢。 研究表明：肿瘤组织中的岩藻糖转换研究表明：肿瘤组织中的岩藻糖转换率增加，率增加，AFU活性增高。活性增高。第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述 2005年年3月，中科院上海科学研究院的月，中科院上海科学研究院的袁袁小兵小兵博士等，在博士等，在自然自然杂志上发表原创杂志上发表原创工作，首次发现神经细胞内有二种

12、酶：工作，首次发现神经细胞内有二种酶：。功能：对神经纤维的生长导向作出精细的功能：对神经纤维的生长导向作出精细的调节，对疼痛和止痛起调节作用。调节，对疼痛和止痛起调节作用。神经细胞内的酶神经细胞内的酶第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述二、酶学研究简史二、酶学研究简史公元前公元前800800年年 烹调方法中已使用来自微生物的酶烹调方法中已使用来自微生物的酶 1833-18351833-1835年年 淀粉的第一次酶解淀粉的第一次酶解 18361836年年 发现消化酶发现消化酶-胃蛋白酶胃蛋白酶 1839-18971839-1897年年 6060年关于酵母的争论年关于酵母的争论 187618

13、76年年 酶酶-源于希腊语，意为源于希腊语，意为 在酵母中在酵母中 18831883年年 食物中蛋白质的测定食物中蛋白质的测定 18941894年年 加酶食品的第一次商业化生产加酶食品的第一次商业化生产 1894-19131894-1913年年 科学家建立科学家建立“钥匙钥匙- -锁理论锁理论” ” 1908-19131908-1913年年 在皮革软化过程中酶取代粪便在皮革软化过程中酶取代粪便 19141914年年 第一次生产出浓缩洗衣皂第一次生产出浓缩洗衣皂 19261926年年 科学家发现酶是蛋白质科学家发现酶是蛋白质第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述1941-1943年年 生产胰

14、岛素和胰蛋白酶的新方法生产胰岛素和胰蛋白酶的新方法 1953-1958年年 Watson 和和 Crick发现发现DNA是双螺旋结构是双螺旋结构 1963年年 碱性蛋白酶碱性蛋白酶-洗涤剂用酶的突破洗涤剂用酶的突破 1967年年 微生物筛选微生物筛选 1965-1974年年 淀粉工业的重大突破淀粉工业的重大突破 1984-1986年年 第一个由基因修饰的微生物生产的酶第一个由基因修饰的微生物生产的酶 1992年年 建立用于酶工业生产的克隆表达建立用于酶工业生产的克隆表达 1995年年 三维结构模型三维结构模型 1996年年 生物多样性网络生物多样性网络 1997年年 利用分子筛选技术发现新的微

15、生物利用分子筛选技术发现新的微生物 1998年年 基因混组基因混组 1999年年 生态克隆表达生态克隆表达 2000年年 Fusarium venenatum作为新的工程用菌作为新的工程用菌第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述三、酶工程三、酶工程（一）酶工程的概念（一）酶工程的概念是将酶、细胞或细胞器等置于特定的生物反应是将酶、细胞或细胞器等置于特定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应原料转化成有用物质并应用于工程手段将相应原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。社会生活的一门科学技术。是是酶学酶学、微生物学微

16、生物学的基本原理与的基本原理与化学工程化学工程有机有机结合而产生的结合而产生的交叉交叉科学技术，是生物工程的主科学技术，是生物工程的主要内容之一。要内容之一。第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（二）酶工程的研究内容（二）酶工程的研究内容 酶的生产酶的生产 酶的改造酶的改造 酶的应用酶的应用n天然酶在开发应用方免受到限制天然酶在开发应用方免受到限制第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（三）酶工程的分类（三）酶工程的分类 根据研究和解决问题的手段不同分为：根据研究和解决问题的手段不同分为：（1 1）化学酶工程化学酶工程：指天然酶、化学修饰酶、：指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工

17、酶的研究和应用。固定化酶及化学人工酶的研究和应用。（2 2）生物酶工程生物酶工程：是是和以基因重组技术和以基因重组技术为主的现代为主的现代技术相结合的产技术相结合的产物。主要包括物。主要包括3 3个方面个方面 第一节第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（2 2）生物酶工程）生物酶工程克隆酶克隆酶用基因工程技术大量生产酶（用基因工程技术大量生产酶（ - -淀淀 粉酶，青霉素酰胺酶、亮氨酸合成酶）粉酶，青霉素酰胺酶、亮氨酸合成酶）突变酶突变酶对酶基因进行修饰，产生遗传修饰对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶酶合成新酶合成新酶设计新酶基因，合成自然界不曾设计新酶基因，合成自然界不曾有过的酶有过的酶第一节

18、第一节 酶和酶工程概述酶和酶工程概述（四）酶工程的研究方向（四）酶工程的研究方向1 1、酶的固定化、酶的固定化2 2、酶如何不被体内酶识别、降解问题、酶如何不被体内酶识别、降解问题3 3、酶活性检测如何更简便、特异、快、酶活性检测如何更简便、特异、快 速、灵敏的方法学问题速、灵敏的方法学问题4 4、酶的抑制剂与激活剂、酶的抑制剂与激活剂5 5、基因工程表达的酶制剂等、基因工程表达的酶制剂等第二节第二节 酶的分类、命名、组成、酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制结构特点和作用机制一、酶的分类一、酶的分类二、酶的命名二、酶的命名三、酶的组成和结构特点三、酶的组成和结构特点四、酶的作用机制四、酶

19、的作用机制一、酶的分类一、酶的分类1961年国际酶学委员会提出将酶分为年国际酶学委员会提出将酶分为：1.：RH+R(O2)=R+RH( H2O) 催化电子的转移催化电子的转移2.：RG + R=R + RG 催化功能基团的转移催化功能基团的转移3.：RR + H2O=RH + ROH 催化水解反应催化水解反应4.：RR=R + R 催化非水解性、非氧化性分解催化非水解性、非氧化性分解5.：R=R 催化分子内基团的转移催化分子内基团的转移6.（合成酶）：（合成酶）：R+R+ATP=RR+ADP 利用共价键将分子连接到一起利用共价键将分子连接到一起第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用

20、机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制n核酶是唯一的非蛋白酶，它是一类特殊的核酶是唯一的非蛋白酶，它是一类特殊的RNA或或DNA，能够催化，能够催化RNA或或DNA分子中分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。的磷酸酯键的水解及其逆反应。7. 核酶（催化核酸）核酶（催化核酸）ribozyme33333333335555555555BBBBBPPP+PO HPPBBBBPPPPPBPn脱氢酶脱氢酶：催化直接从底物上脱氢的的反应，：催化直接从底物上脱氢的的反应，需要辅酶需要辅酶I(NAD+)或辅酶或辅酶(NADP+)作为氢供作为氢供体或氢受体起传递氢的作用）体或氢受体起传递氢的作用）n氧化酶氧化酶

21、：催化底物脱氢，并氧化生成：催化底物脱氢，并氧化生成H2O2或或H2O等。等。n例如：乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。例如：乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1. 氧化氧化-还原酶还原酶 OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADHn催化基团转移反应：即将一个底物分子的基催化基团转移反应：即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。团或原子转移到另一个底物的分子上。n例如：例如：谷丙转氨酶谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。催化的氨基转移反应。2. 转移酶转移酶 TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH

22、2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOn催化：底物的加水分解反应。催化：底物的加水分解反应。n主要包括：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶主要包括：淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。等。n例如：脂肪酶例如：脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应催化的脂的水解反应3. 水解酶水解酶 hydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHn催化从底物分子中移去一个基团或原子形催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。成双键的反应及其逆反应。n例如例如: :延胡索酸水合酶催化的反应延胡索酸水合酶催化的反应4. 裂合酶裂合酶 LyaseHOOCCH=CHCOOHH2O

23、HOOCCH2CHCOOHOHn催化各种同分异构体的相互转化，即底物催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。分子内基团或原子的重排过程。n例如例如:6-:6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。5. 异构酶异构酶 IsomeraseOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOHn又称为合成酶，能够催化两个物质形成一又称为合成酶，能够催化两个物质形成一个新物质的反应个新物质的反应, ,这类反应必须与这类反应必须与ATPATP分解分解反应相互偶联。反应相互偶联。n例如例如: :丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸羧化酶催化的反应 丙酮酸丙酮酸 +

24、CO2 草酰乙酸草酰乙酸6. 连接酶连接酶 Ligase or Synthetase二、酶的命名二、酶的命名（一）习惯命名（一）习惯命名（二）系统命名（二）系统命名（三）酶的编号（三）酶的编号 第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制（一）习惯命名根据 作用底物（S）：淀粉酶 蛋白酶 反应性质 ：脱氢酶 转氨酶 两者结合 ：乳酸脱氢酶 谷丙转氨酶 来源 ：胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 性质 ：碱性磷酸酯酶 （二）系统命名 命名原则 底物1：底物2 + 反应类型 + 酶 “L-乳酸： NAD + 氧化还原 + 酶” 乳酸脱氢酶（习惯命名）第二节第二节

25、 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制（三）酶的编号（三）酶的编号酶的编号酶的编号用四个数字表示一个酶：用四个数字表示一个酶：Enzyme Commision EC 1. 1. 1. 1 醇脱氢酶醇脱氢酶 类类 亚类亚类 亚亚类亚亚类 编号编号第第1大类大类; 以以CHOH为供体为供体; 以以NAD+,NADP+为受体为受体; 1第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制三、酶的组成和结构特点三、酶的组成和结构特点（一）酶的组成形式（一）酶的组成形式1.单体酶单体酶( monomeric enzym

26、e) ：由一条或多条肽链由一条或多条肽链组成，肽链间以组成，肽链间以共价键共价键结合的酶。结合的酶。2.寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme) ：由若干相同或不相由若干相同或不相同的亚基以同的亚基以非共价键非共价键结合而组成，亚基一般结合而组成，亚基一般没有活性，必须相互结合后才有活性。没有活性，必须相互结合后才有活性。3.多酶复合体多酶复合体(multienzyme system) ：由由2个或个或2个以个以上功能相关的酶通过上功能相关的酶通过非共价键非共价键连接而成的、连接而成的、能进行能进行连续反应的体系连续反应的体系就是多酶复合体。就是多酶复合体。第二节第二节 酶的分类、命

27、名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制（二）酶的结构特点（二）酶的结构特点(holoenzyme) （apoenzyme） (cofactor) 全全 酶酶 = = 酶蛋白酶蛋白 + + 辅因子辅因子 （金属离子、辅酶、辅基）（金属离子、辅酶、辅基）第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制 （金属离子金属离子） （辅酶、辅基辅酶、辅基） 有活性 无活性 无活性 无机离子无机离子 有机化合物有机化合物1 1、金属离子、金属离子（1 1）分类）分类（据结合程度不同）金属酶：酶蛋白与金属离子结合紧密，主要是一些过渡金

28、属离子。金属激酶：金属离子与酶的结合一般较松散，在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。主要是一些碱金属离子或碱土金属离子。（2 2）作用）作用活性中心的组成成分：如多酚氧化酶中的铜在E与S之间起作用：如羧肽酶中的锌稳定结构2 2、辅酶、辅基、辅酶、辅基（1 1）根据与酶蛋白的结合程度可分为）根据与酶蛋白的结合程度可分为n辅酶辅酶(coenzyme) ：指与酶蛋白结合比较松弛的：指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有机物质，通过透析方法可以除去。小分子有机物质，通过透析方法可以除去。例例如硫胺素、焦磷酸。如硫胺素、焦磷酸。n辅基辅基(prosthetic group) ：是以共价键和酶蛋白：是以共价键和

29、酶蛋白结合，结合的较紧密，不能通过透析法除去，结合，结合的较紧密，不能通过透析法除去，需要经过一定的化学处理才能与酶蛋白分开。需要经过一定的化学处理才能与酶蛋白分开。例如例如FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸，：黄素腺嘌呤二核苷酸，FMN：黄素：黄素单核苷酸。单核苷酸。第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制维生素的特点: 1、种类多 2、需要量少 3、常常需要从食物中获得 4、大部分充当辅酶 （2 2）辅酶、辅基往往是由）辅酶、辅基往往是由参与形成参与形成的小分子有机物的小分子有机物 脂溶性维生素： A D E K 维生素 硫辛酸（氧化型） 水溶

30、性维生素： Vc VB: B1 B2 B3（泛酸） B5(PP) B12（氰钴胺素） B6 （吡哆醇/醛/胺） B7 (生物素 ） B11（叶酸） 硫辛酸（还原型）维生素B1 硫胺（素）硫胺（素）NH2H3CCH2NCCH3HCCCH2CH2OHSClP P硫胺素硫胺素（B1）功 能：以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPP是脱羧 酶、脱氢酶的辅酶。缺乏症：脚气病、中枢神经和肠胃患糖代谢失常。焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素（TPP）维生素B2核黄素核黄素功能：作为递氢辅酶，参与生物氧化作用每人每天需要量：儿童0.6mg，成人1.6mg。动物体内不能合成维生素B2。缺乏症： 口角炎、舌炎、唇炎、眼睑炎，角膜

31、血管增生等症状。维生素B3泛酸、遍多酸功能：以CoA形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。需要量：成人每天为510mg，一般膳食的泛酸含量丰富。未发现典型的缺乏症。维生素B5维生素维生素PP 包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺，尼克酰胺为维生素B5的化学名。NCOOHNCONH2 尼克酸尼克酸 尼克酰胺尼克酰胺功能：以NAD+或NADP+形式作为脱氢酶的辅酶而起到递氢体的作用。NCONH2RNCONH2RHH+2H-2HNAD(P)+ +2H-2HNAD(P)H + H+缺乏症：膳食中长期缺乏维生素PP会引起对称性皮炎，又叫赖皮病。维生素B

32、6 吡哆素包括：吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。NCH2OHCH2OHHOH3CNCH2OHCHOHOH3CNCH2OHCH2NH2HOH3C 吡哆醇吡哆醇 吡哆醛吡哆醛 吡哆胺吡哆胺NCH2OCHOHOH3CP（磷酸吡哆醛，（磷酸吡哆醛，PLPPLP）功能：作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。缺乏症：导致皮肤、中枢神经系统和造血机构的损害，可以引发皮炎。维生素C 抗坏血酸 功能： 促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成，是脯氨酸羟化酶的辅酶。对生物氧化有重要作用。缺乏症：坏血病，毛细血管易出血，齿、骨发育不全或退化。四

33、、酶的作用机制四、酶的作用机制（一）酶的结构组成及活性中心（一）酶的结构组成及活性中心（二）酶作用专一性机理（二）酶作用专一性机理（三）酶作用高效性机理（三）酶作用高效性机理（四）影响酶高效性的因素（四）影响酶高效性的因素第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制（一）酶的结构组成及活性中心 结合部位 活性中心 必需基团 催化部位 酶的结构 活性中心以外的必需基团 其它部分 1、酶的活性中心(active center) ：是指结合底物和将底物转化为产物的区域，通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。活性中心结合部位催化部位调控基团中心外必

34、需基团中心内必需基团2、结合部位：酶分子中与底物结合，使底物与酶的一定构象形成复合物的基团。 酶的结合基团决定酶反应的专一性。3、催化部位：酶分子中催化底物发生化学反应并将其转变为产物的基团。 催化基团决定酶所催化反应的性质，同时也是决定反应的高效性。4、调控基团：酶分子中一些可与其他分子发生某种程度的结合并引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用的基团。酶的活性中心示意图一些酶活性中心的基团（二）酶作用专一性机理1.锁钥模型2.诱导契合模型酶作用的专一性酶作用的专一性专一性专一性：一种酶只能作用于一种或一类底：一种酶只能作用于一种或一类底物。物。表现为：表现为：（1）绝对专一性绝对专一

35、性：一种底物，一个反应。：一种底物，一个反应。 如尿酶如尿酶尿素尿素（2）相对专一性相对专一性：大多数酶为相对专一：大多数酶为相对专一 性，允许底物分子上有小变动。性，允许底物分子上有小变动。第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制1 1、锁钥模型（、锁钥模型（18901890）：）： 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶活性部位的形状与所需作用的底物形状相吻合，它们可以象钥匙与锁一样互相匹配。 此学说可以较好的解释酶的立体异构专一性；但不能解释酶的多底物现象、酶对正反方向的催化等。锁钥模型锁钥模型2 2、诱导契合模型（、诱导契合模

36、型（19641964年年 ）：）： 该学说认为酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而是在酶和底物结合的过程中，由于酶与底物相互诱导，使底物分子或酶分子，有时是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，这个动态的辨认过程称为诱导契合。 诱导契合模型动画A. A. 靠近靠近定向定向电性吸引疏水作用酶 诱导契合机制B. B. 诱导诱导契合契合活性中心催化基团进行催化互补性结构变化能否契合专一性的由来 C. C. 产物脱离产物脱离酶复原酶复原催化剂催化剂 非酶促反应 S P 酶促反应 S+E ES P+ES+E ES ES EP P+E底物酶中间物产物酶中间物 酶作用的实质：在于降低反应活化能！

37、（三）酶作用高效性机理中间产物学说（过渡态学说）n区别：反应分两步走，活化能大大降低，因此反应容易进行。（四）影响酶高效性的因素 1. 邻近定向效应 2. 变形或张力 3. 广义的酸碱催化 4. 共价催化（亲核催化/亲电催化） 5. 酶的活性中心为疏水区域1、邻近效应、 定向效应邻近效应：在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应。定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格

38、定位，使酶促反应易于进行。以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。邻近定向效应邻近定向效应普通化学反应随机碰撞（受浓度、碰撞角度影响）相当于社会上的自由恋爱酶的活性中心相当于“婚姻介绍所”邻近作用提高了酶活性（“婚介”）中心的底物浓度（非婚男女集中）定向作用缩短了底物与催化基团间（“男女”）的距离提高反应速度（成功率）108倍2. 变形或张力 当酶与底物靠近时，不仅酶构象受底物作用而变化，底物分子也常常受酶作用而变化，也就是酶使底物分子中的敏感键发生“变形”或产生张力 ，从而促使底物中的敏感键更易于破裂。因而更容易形成一个互相契合的酶底物的复合物而提高催化效率。底物分子发生形变酶底物同时形变产

39、物3、广义的酸碱催化广义的酸碱催化：是通过瞬时的向反应物提供质子（H+）或从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。 酶分子中可以作为广义酸、碱的基团广义酸基团广义酸基团 （质子供体）（质子供体） 广义碱基团（质子受体）广义碱基团（质子受体） -COOH, -NH3, -SH,+OHNHNH+-COO , -NH2, -S , -.-O-NHN:酸的催化酸的催化： H+与反应物结合，其结合物与反应物结合，其结合物更有反应性，因而反应速度大为加快。更有反应性，因而反应速度大为加快。碱的催化碱的催化：从反应物上移去：从反应物上移去H+，反应速度，反应速度也大为加快。也大为加快。 许多反

40、应中既受酸的催化，也受碱的催化。许多反应中既受酸的催化，也受碱的催化。第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机制制4、共价催化 （1）共价催化：酶通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程。（2）它包括两种类型：亲核催化和亲电催化亲核基团： His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等；亲电子基团：H+ 、Mg2+、 Mn2+ 、Fe3+某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。 催催 化化 机机 理理第二节第二节 酶的分类、命名、组成、结构特点和作用机酶的分类、

41、命名、组成、结构特点和作用机制制n亲电催化：亲电催化：亲电基团具有强烈亲合电子的原亲电基团具有强烈亲合电子的原子中心，它的催化机理与亲核试剂正好相反。子中心，它的催化机理与亲核试剂正好相反。n亲核催化：亲核催化：亲核基团具有强烈供给电子的原亲核基团具有强烈供给电子的原子中心。它能发挥催化作用是由于能供给底子中心。它能发挥催化作用是由于能供给底物一对电子，因此可与底物共价结合。物一对电子，因此可与底物共价结合。5、酶的活性中心为疏水区域 酶活性中心处于一个非极性环境中，其介电常数比在水介质（极性介质）中的介电常数低，在非极性环境中两个带电基团之间的静电作用比在极性环境中显著增高，从而有利于同底物

42、的结合。综上所述，酶催化作用机理： 酶与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合）或底物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢键、范德华力的作用和水的影响，结合成中间产物，在酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的邻近、定向，使二者可以通过亲核亲电催化、一般酸碱催化等催化方式进行多元催化，从而大大降低反应所需的活化能，使酶促反应迅速进行。第三节第三节 酶的催化特点和影响因酶的催化特点和影响因素素一、酶的催化特点一、酶的催化特点（一一）高催化效率）高催化效率（二二）强专一性）强专一性（三三）可调节性）可调节性（四）活性的不稳定性（四）活性的不稳定性第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素（

43、一）高催化效率（一）高催化效率在在37或更低的温度下，酶的催化或更低的温度下，酶的催化速率是速率是没有催化剂没有催化剂催化的化学反应催化的化学反应速率的速率的10121020倍倍 ；比比一般催化剂一般催化剂催化的反应速率催化的反应速率高高1071013倍倍 。第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素以固氮酶为例以固氮酶为例（NHNH3 3的合成）的合成）：植物中植物中：25和中性和中性pH下由固氮酶完成。下由固氮酶完成。工业上工业上：由氮和氢合成氨需要在：由氮和氢合成氨需要在10-90MPa条件下，还要有铁及其它微量金

44、属氧化物条件下，还要有铁及其它微量金属氧化物作催化剂才能完全反应。作催化剂才能完全反应。第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素专一性专一性结构专一结构专一立体异构专一绝对专一绝对专一相对专一键专一键专一基团专一基团专一旋光异构专一旋光异构专一顺反异构专一顺反异构专一（二）强专一性（二）强专一性修整作用专一性第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素（1）键专一：只要求合适的化学键，对键两端的基团并无严格要求。（2）基团专一：不但要求一定的化学键，还要求键一端的基团是一定的。a-葡萄糖苷酶 a-糖苷键 糖苷键的一端是葡萄糖底物：蔗糖、麦芽糖（1）旋光异构专一性

45、：（2）顺反异构专一性：例如例如：DNA聚合酶聚合酶 I：校正、切除错配核苷酸：校正、切除错配核苷酸氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶：校正、切除错配：校正、切除错配AA修整作用专一性修整作用专一性：酶存在校读功能，能酶存在校读功能，能对错误参入的核苷酸对错误参入的核苷酸、氨基酸进行修正。氨基酸进行修正。第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素（三）可调节性（三）可调节性 酶活性的调节控制主要有酶活性的调节控制主要有7 7种方式：种方式：1.1.酶浓度的调节酶浓度的调节2 2. .激素调节激素调节3.3.共价修饰调节共价修饰调节：在一种酶分子上，共价地引：在一种酶分子上，共价地引

46、入一个基团从而改变它的活性。入一个基团从而改变它的活性。4 4. .限制性蛋白水解作用与酶活力调控限制性蛋白水解作用与酶活力调控5.5.激活剂、抑制剂的调节激活剂、抑制剂的调节6 6. .反馈调节反馈调节7.7.金属离子和其他小分子化合物的调节金属离子和其他小分子化合物的调节诱导或抑制酶的合成诱导或抑制酶的合成调节酶的降解调节酶的降解第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素2.激素调节激素调节乳糖合成酶乳糖合成酶催化亚基催化亚基修饰亚基修饰亚基半乳糖半乳糖+葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖激素激素乳糖合成酶乳糖合成酶第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影响因素4.限制性蛋白

47、水解作用与酶活力调控酶原酶在生物体内首先合成出来的无活性前体。 酶原的激活酶原必须在一定的条件下去掉一个或几个特殊的肽键，从而使酶的构象发生一定的变化，才有活性，这一过程称为酶原激活。n本质：酶的活性中心形成或暴露的过程n意义：避免自身受损伤6.6.反馈调节反馈调节反馈抑制反馈抑制：催化此物质生成的第一步反应的：催化此物质生成的第一步反应的酶，往往可以被它的终端产物所抑制，这种酶，往往可以被它的终端产物所抑制，这种对自我合成的抑制就叫反馈抑制。例如：对自我合成的抑制就叫反馈抑制。例如：苏氨酸苏氨酸脱氢酶脱氢酶底物底物异亮氨酸异亮氨酸 抑制抑制第三节第三节 酶的催化特点和影响因素酶的催化特点和影

48、响因素二、影响酶活力的因素二、影响酶活力的因素（一）（一）底物浓度底物浓度（二）（二）产物浓度产物浓度（三）（三）酶浓度酶浓度 （四）（四）温度温度（五）（五）pH（六）（六）抑制剂抑制剂（七）（七）激活剂激活剂一、底物浓度S在低底物浓度时：反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。随着底物浓度的增高：反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。当底物浓度达到一定值：反应速度达到最大值（V max），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。(1) 低低二、产物浓度n正反馈调节：反应的中间产物或终产物能够起激活变构剂的作用，使酶促反应速率加快。n负反馈调节：反应的中间产物或终产

49、物对酶起变构抑制作用，使酶促反应速率降低。三、酶浓度 在一定条件下酶促反应的速度与酶的浓度成正比。 当底物浓度达到饱和时，增加酶的浓度可增加反应速度，酶促反应的速度与酶的浓度成正比关系。四、温度v温度对酶促反应速度的影响： a. 温度升高,增加底物分子的热能，酶促反应速度加快，一般温度每升高10，反应速度约增加1倍； b. 温度升高超过一定范围,会引起酶三维结构发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失，反应速度很快下降。最适温度（optimum temperature）：使酶促反应速度达最大时的温度。五、pHa、影响酶分子构象的稳定性b、影响酶分子（包括辅因子）必需基团的解离状态，影响酶与底物的

50、结合；c、影响底物分子的解离状态。最适pH（optimum pH）：酶反应速度最大 时的溶液pH。pH值影响酶活力的原因：六、抑制剂n抑制作用：通过与酶分子上的某些必需基团结合，使这些基团的结构和性质发生改变，从而引起酶活力下降或丧失，这种作用称为抑制作用。n变性作用：变性剂七、激活剂(activator） （1）无机离子：金属离子（K+ Na+ Mg2+ Zn2+ Fe2+ Ca2+）、阴离子（Cl- Br-）、氢离子（2）小分子有机化合物：某些还原剂、乙二胺四乙酸（EDTA）（3）生物大分子（主要是激活酶原） 无活性的酶原 有活性的酶激活作用激活作用磷酸化酶磷酸化酶b b磷酸化酶磷酸化酶b