生物化学2第二章酶化学zjg.ppt

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1、酶酶 化化 学学张张 金金 国国12/29/20221ZhangJG-Biochemistry第二章第二章 酶化学酶化学 (6(6学时学时)第一节第一节 酶的基本特征酶的基本特征第二节第二节 酶的命名和分类构酶的命名和分类构第三节第三节 酶的催化作用机制酶的催化作用机制第四节第四节 酶促反应动力学和影响因素酶促反应动力学和影响因素第五节第五节 酶活性的调节机制酶活性的调节机制12/29/20222ZhangJG-Biochemistry酶酶(enzyme)是一类具有高效率、高度专一性、活性是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂。可调节的生物催化剂。新陈代谢新陈代谢是维持生物体生长

2、、繁殖、运动等生命活是维持生物体生长、繁殖、运动等生命活动过程的化学变化的总称。动过程的化学变化的总称。生物体同周围环境不断地进行着物质和能量的交换，生物体同周围环境不断地进行着物质和能量的交换，它把吸收的养分转化成自身的组成部分，称为它把吸收的养分转化成自身的组成部分，称为同化同化过程；过程；生物体也在不断地将自身的组成物质分解，生物体也在不断地将自身的组成物质分解，这是这是异化过程异化过程。新陈代谢失调会引发疾病，新陈代。新陈代谢失调会引发疾病，新陈代谢停止则意味着生命终结。谢停止则意味着生命终结。体内所有代谢反应都是酶催化的体内所有代谢反应都是酶催化的，酶是研究生命活，酶是研究生命活动的

3、关键。动的关键。酶学概述酶学概述12/29/20223ZhangJG-Biochemistry酶学研究简史酶学研究简史早早在在8000多多年年前前（禹禹时时代代），我我国国已已有有利利用用“酶酶”酿酿酒的记载。酒的记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活活动动的的结果。结果。1877年，威廉年，威廉.屈内（屈内（Kuhne）首次提出）首次提出enzyme一词。一词。1897年年，布布赫赫纳纳（Buchner）兄兄弟弟用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液进进行行发发酵酵，说说明明了了发发酵酵与与细细胞胞无无关关，而而是是由由细细胞胞外的物质

4、引起的。外的物质引起的。1913年年Michaelis和和Menten提提出出酶酶促促动动力力学学原原理理米氏方程米氏方程1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。12/29/20224ZhangJG-Biochemistry一、酶的化学本质和组成一、酶的化学本质和组成（一）酶的化学本质一）酶的化学本质1 1、酶是蛋白质、酶是蛋白质19261926年年SumnerSumner第一次从刀豆种子中提取了脲酶第一次从刀豆种子中提取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性质。结晶，证明其具有蛋白质性质。3030年代，年代，NorthropNorthrop又分离出结晶的胃

5、蛋白酶、又分离出结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，证明酶的化学本质是蛋白质。是蛋白质。第一节第一节酶的基本特征酶的基本特征12/29/20225ZhangJG-Biochemistry2、酶是蛋白质的证据：、酶是蛋白质的证据：（1 1）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸；元）酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸；元素分析，与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基素分析，与蛋白质的元素含量相似，可以用氨基酸人工合成，酸人工合成，19691969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。年人工合成了牛胰核糖核酸酶。（2 2）与蛋白质的分子量相似，结构相似，具有）与蛋白质的分子量

6、相似，结构相似，具有一、二、三、四级结构。一、二、三、四级结构。（3 3）凡使蛋白质变性的因素也可使酶变性失活；）凡使蛋白质变性的因素也可使酶变性失活；酶能被蛋白酶水解而失活。酶能被蛋白酶水解而失活。（4 4）酶具有蛋白质的特性，如：两性解离、胶）酶具有蛋白质的特性，如：两性解离、胶体性质、加热使酶变性、颜色反应等；不能通过体性质、加热使酶变性、颜色反应等；不能通过半透膜。半透膜。12/29/20226ZhangJG-Biochemistry但也发现：但也发现：19821982年年，CechCech首首次次发发现现RNARNA也也具具有有酶酶的的催催化化活性，提出核酶活性，提出核酶(riboz

7、ymeribozyme)的概念。的概念。19951995年年，Jack Jack W.SzostakW.Szostak（绍绍斯斯塔塔克克）研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNADNA连连接接酶酶活活性性DNADNA片片段，称为脱氧核酶段，称为脱氧核酶(deoxyribozymedeoxyribozyme)。大多数酶的化学本质是由蛋白质组成的。大多数酶的化学本质是由蛋白质组成的。Ribozyme的化学本质是的化学本质是RNA12/29/20227ZhangJG-Biochemistry核酶的发现，改变了有关酶核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质是蛋白质的概的概念，即：念，即：“酶是具有催化功

8、能的生物大分子（蛋白酶是具有催化功能的生物大分子（蛋白质或质或RNA）”。酶分两大类：酶分两大类：主要由蛋白质组成主要由蛋白质组成蛋白类酶（蛋白类酶（P酶）酶）少数由核糖核酸组成少数由核糖核酸组成核酸类酶（核酸类酶（R酶）酶）12/29/20228ZhangJG-Biochemistry（二）酶的组成（二）酶的组成单纯酶类单纯酶类(simpleenzyme)：仅由蛋白质组成仅由蛋白质组成脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等结合酶类结合酶类（conjugatedenzyme):全酶全酶=酶蛋白酶蛋白+辅助因子（辅酶、辅基）辅助因子（辅酶、辅基）超超

9、氧氧化化物物歧歧化化酶酶Cu2+、Zn2+）、乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶（NAD+）酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型。酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型。12/29/20229ZhangJG-Biochemistry酶的辅助因子酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物主要有金属离子和有机化合物有有机机化化合合物物：NAD，NADP，FAD，生生物物素素，卟啉等卟啉等金金属属离离子子：Fe2+、Fe3+、Zn2+、Cu+、Cu2+、Mn2+、Mn3+、Mg2+、K+、Na+、Mo6+、Co2+等。等。辅辅酶酶(coenzyme)：与与酶酶蛋蛋白白以以非非共共价价键键结结合合，较

10、松，可透析除去。较松，可透析除去。辅辅基基(prostheticgroup)：与与酶酶蛋蛋白白以以共共价价键键结合，较紧，透析不能除去。结合，较紧，透析不能除去。12/29/202210ZhangJG-Biochemistry12/29/202211ZhangJG-Biochemistry12/29/202212ZhangJG-Biochemistry（三）（三）同工酶同工酶在同一个生物体内，能催化相同的化学反应，但在在同一个生物体内，能催化相同的化学反应，但在酶的分子结构、理化性质和生化特性（如酶的分子结构、理化性质和生化特性（如KmKm值、电值、电泳行为等）存在明显差异的一组酶称为同工酶泳

11、行为等）存在明显差异的一组酶称为同工酶（isoenzymeisoenzyme）。）。例例如如：哺哺乳乳动动物物的的乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶（LDH，催催化化乳乳酸酸脱脱氢生成丙酮酸），有氢生成丙酮酸），有5 5种形式：种形式：分子形式：分子形式：LDHl，LDH2，LDH3，LDH4，LDH5；亚基组成：亚基组成：H4，H3M，H2M2，HM3，M4。乳酸脱氢酶同工酶分子都是四聚体，但其亚基组成乳酸脱氢酶同工酶分子都是四聚体，但其亚基组成不同。不同组织含量不同，用于疾病诊断。不同。不同组织含量不同，用于疾病诊断。12/29/202213ZhangJG-Biochemistry临床意义临床意义1LD

12、H1和和LDH2升高：见于急性心肌梗塞升高：见于急性心肌梗塞(LDH1LDH21)、病毒性心肌炎、风湿性心肌炎和克山病。病毒性心肌炎、风湿性心肌炎和克山病。2LDH5和和LDH4升高：升高：(1)急性肝炎：急性肝炎：LDH5明显升高，明显升高，LDH4轻度增高；轻度增高；(2)急性肝萎缩：急性肝萎缩：LDH5和和LDH4都明显升高；都明显升高；(3)慢性肝炎、肝硬化：慢性肝炎、肝硬化：LDH5轻度升高；轻度升高；(4)骨骼肌急性损伤、皮肌炎：骨骼肌急性损伤、皮肌炎：LDH5和和LDH4都升高；都升高；(5)前列腺癌：前列腺癌：LDH5升高，升高，LDH5LDH11。3LDH的五种同工酶都升高：

13、见于胃癌、结肠癌和胰腺癌。的五种同工酶都升高：见于胃癌、结肠癌和胰腺癌。12/29/202214ZhangJG-Biochemistry（四）核酶（四）核酶核酶的发现核酶的发现，19821982年，年，R.CechR.Cech（切赫河）等人发（切赫河）等人发现四膜虫细胞的现四膜虫细胞的26s 26s rRNArRNA前体具有自我剪接功能，前体具有自我剪接功能，将这种将这种具有催化活性的天然具有催化活性的天然RNA称为核酶称为核酶Ribozyme。19831983年，年，AltmanAltman等人发现核糖核酸酶等人发现核糖核酸酶P P的的RNARNA组组分具有分具有加工加工tRNAtRNA前体

14、的催化功能前体的催化功能。而。而RNaseRNase P P中中的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构象的作用。用。核酶的发现，改变了有关酶核酶的发现，改变了有关酶是蛋白质是蛋白质的概念，的概念，CechCech和和AltmanAltman获得获得19891989年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。12/29/202215ZhangJG-Biochemistry核酶核酶在阻断基因表达和抗病毒方面的应用前景在阻断基因表达和抗病毒方面的应用前景RibozymeRibozyme能特异性地切割靶能特异性地切割靶RNARNA序列，序列，核酶药物核酶药物选择性地裂解癌细胞或病毒

15、的选择性地裂解癌细胞或病毒的RNARNA，从，从而阻断它们合成蛋白质。而阻断它们合成蛋白质。例如针对例如针对HIVHIV病毒病毒RNARNA序列和结构，设计出专门裂序列和结构，设计出专门裂解解HIVHIV病毒的病毒的RNARNA的核酶，而这种核酶对正常细胞的核酶，而这种核酶对正常细胞RKARKA则没有影响。则没有影响。核酶药物使用剂量较少，毒性也较小，并且病毒核酶药物使用剂量较少，毒性也较小，并且病毒较难产生耐受性。具较难产生耐受性。具有广阔的应用前景和极大的有广阔的应用前景和极大的临床实用价值。临床实用价值。12/29/202216ZhangJG-Biochemistry（五（五）模拟酶）模

16、拟酶模拟酶（模拟酶（modelenzyme）用化学的方法合成具）用化学的方法合成具有催化功能的非蛋白质分子或蛋白质分子，来模有催化功能的非蛋白质分子或蛋白质分子，来模拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内的化学反应过程。的化学反应过程。酶是一类有催化活性的蛋白质，具有许多优点。酶是一类有催化活性的蛋白质，具有许多优点。但酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活，但酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活，所以不能用酶广泛取代工业催化剂。所以不能用酶广泛取代工业催化剂。研究模拟酶是为了解决酶的以上缺点，是一个新研究模拟酶是为了解决酶的以上缺点，是一个

17、新的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。有以下几方面：模拟酶的金属辅基、模拟酶的活有以下几方面：模拟酶的金属辅基、模拟酶的活性功能基、模拟酶的高分子作用方式、模拟酶与性功能基、模拟酶的高分子作用方式、模拟酶与底物的作用、模拟酶的性状等。底物的作用、模拟酶的性状等。12/29/202217ZhangJG-Biochemistry（六）抗体酶（六）抗体酶abzyme抗体酶是一种人工酶，本质上是一种具有催化能力的抗体。抗体酶是一种人工酶，本质上是一种具有催化能力的抗体。而单纯的抗体没有催化能力。而单纯的抗体没有催化能力。通过改变抗体中与抗原结合的微环境，

18、并在适当的部位引通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。获得抗体酶的途径：获得抗体酶的途径：采用过渡态的底物类似物诱导；采用过渡态的底物类似物诱导；在现有的抗体基础上，通过化学修饰或通过蛋白质工程向在现有的抗体基础上，通过化学修饰或通过蛋白质工程向其配体结合部位导入催化基团。其配体结合部位导入催化基团。拷贝法。拷贝法。抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合于抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作酶，设计针对性强、市场需要的蛋白质，即人为地

19、设计制作酶，设计针对性强、药效高的药物。药效高的药物。12/29/202218ZhangJG-Biochemistry二、二、酶酶催化作用的特点催化作用的特点问题一：问题一：化学催化剂具有哪些特点？化学催化剂具有哪些特点？12/29/202219ZhangJG-Biochemistry酶与非生物催化剂相比的几点共性：酶与非生物催化剂相比的几点共性：参与反应，反应前后自身组成不变；参与反应，反应前后自身组成不变；能提高化学反应速率，但不改变化学反能提高化学反应速率，但不改变化学反应平衡点；应平衡点；通过降低反应活化能，加快反应速度；通过降低反应活化能，加快反应速度；只能催化热力学允许的反应。只能

20、催化热力学允许的反应。12/29/202220ZhangJG-Biochemistry酶催化作用的特点：酶催化作用的特点：n（1）极高的催化效率；极高的催化效率；n（2）极高的催化极高的催化专专一性；一性；n（3）可调节性可调节性酶活性、酶量；酶活性、酶量；n（4）反应条件温和反应条件温和常温、常压，中性常温、常压，中性pH环境。环境。12/29/202221ZhangJG-Biochemistry（一）酶催化作用的（一）酶催化作用的高高效性效性1、催化效率、催化效率酶酶催催化化反反应应速速度度与与加加普普通通催催化化剂剂相相比比可可提提高高1061012倍，是相应的无催化反应的倍，是相应的无

21、催化反应的1081020倍。倍。例例如如:1mol马马肝肝过过氧氧化化氢氢酶酶在在一一定定条条件件下下可可催催化化5106摩摩尔尔过过氧氧化化氢氢分分解解，在在同同样样条条件件下下1mol铁铁只只能能催催化化6104摩摩尔尔过过氧氧化化氢氢分分解解。因因此此，这这个个酶酶的的催催化化效效率率是是铁铁的的1010倍倍。也也就就是是说说，用用过过氧氧化化氢氢酶酶在在1秒秒内内催催化化的的反反应应，同同样样数数量量的的铁铁需需要要300年才能反应完。年才能反应完。12/29/202222ZhangJG-Biochemistry酶促反应的本质酶促反应的本质降低反应活化能降低反应活化能例如：例如：H2O

22、2的分解，的分解，当没有催化剂时活化当没有催化剂时活化能为能为75.24kJ/mol；用钯作催化剂时活化用钯作催化剂时活化能为能为48.9kJ/mol；而用过氧化氢酶作催而用过氧化氢酶作催化剂时，活化能下降化剂时，活化能下降为为8.36kJ/mol以下。以下。2、活化能与过渡态、活化能与过渡态12/29/202223ZhangJG-Biochemistry酶催化的反应称为酶催化的反应称为酶促反应。酶促反应。酶酶首先与首先与底物底物（反应物）结合，生成不稳（反应物）结合，生成不稳定的中间产物定的中间产物ES（A）；然后分解为反应）；然后分解为反应产物产物而释放出酶。而释放出酶。12/29/202

23、224ZhangJG-Biochemistry（二）（二）酶催化作用的专一性酶催化作用的专一性n1、概念及特点、概念及特点n酶酶只只催催化化某某一一类类底底物物发发生生特特定定的的反反应应，产产生生一一定定的产物，这种特性称为酶的专一性。的产物，这种特性称为酶的专一性。n酶都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。酶都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。n1）绝绝对对专专一一性性：有有些些酶酶只只作作用用于于一一种种底底物物，催催化一个反应，化一个反应，而不作用于任何其它物质。而不作用于任何其它物质。n如如：脲脲酶酶只只能能催催化化尿尿素素的的分分解解，对对甲甲基基尿尿素素无无作作用。用。n再如：

24、琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸再如：琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸12/29/202225ZhangJG-Biochemistry2）相对专一性：）相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性和基团专一性。包括键专一性和基团专一性。（1）键专一性）键专一性如酯酶能水解不同脂肪酸形成的酯键如酯酶能水解不同脂肪酸形成的酯键12/29/202226ZhangJG-Biochemistry（2）族专一性）族专一性不但要求底物具有一定化学键，而且对此化学键不但要求底物具有一定化学键，而且对此化学键两端连接的两个原子基团亦有一定的要求两端连接的两个原子基团亦有一定的

25、要求如：如：a-葡萄糖苷酶，要求底物必须是葡萄糖苷酶，要求底物必须是a-糖苷键形糖苷键形成的糖苷。麦芽糖、蔗糖成的糖苷。麦芽糖、蔗糖12/29/202227ZhangJG-Biochemistry3）立体异构专一性立体异构专一性概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求对其立体异构也有一定的要求类别：旋光异构专一性和几何异构专一性类别：旋光异构专一性和几何异构专一性（1）旋光异构专一性）旋光异构专一性酶只作用于旋光异构体的一种。如酶只作用于旋光异构体的一种。如L-精氨酸酶只精氨酸酶只对对L-精氨酸起分解作用，而对精氨酸起分解作

26、用，而对D-精氨酸则无作用。精氨酸则无作用。12/29/202228ZhangJG-Biochemistry（2）几何异构专一性）几何异构专一性当底物具有几何异构体时，酶只作用其中的一种。当底物具有几何异构体时，酶只作用其中的一种。例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸生成延胡索例如，琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸生成延胡索酸（反丁烯二酸），而不促成顺丁烯二酸。酸（反丁烯二酸），而不促成顺丁烯二酸。酶催化作用专一性具有非常重要的意义酶催化作用专一性具有非常重要的意义12/29/202229ZhangJG-Biochemistry2 2、酶作用专一性假说、酶作用专一性假说-酶与底物的结合酶与底物的结合（1

27、 1）锁钥模型锁钥模型(lock-key hypothesis)(lock-key hypothesis)Fisher1894认认为为：底底物物分分子子或或其其一一部部分分像像钥钥匙匙一一样样，专专一一地地插插入入酶酶活活性性中中心心，通通过过多多个个结结合合位位点点的的结合，形成酶结合，形成酶底物复合物。底物复合物。酶酶活活性性中中心心的的催催化化基基团团正正好好对对准准底底物物的的有有关关敏感键，进行催化反应。敏感键，进行催化反应。12/29/202230ZhangJG-Biochemistry12/29/202231ZhangJG-Biochemistry锁钥模型将酶分子结构看成是互补的

28、、锁钥模型将酶分子结构看成是互补的、刚性的，较好地解释了立体异构专一刚性的，较好地解释了立体异构专一性；性；但未能解释可逆反应，但未能解释可逆反应，即许多酶可以即许多酶可以同时催化正、负反应，锁钥模型无法同时催化正、负反应，锁钥模型无法解释当酶与底物结合后，再与产物结解释当酶与底物结合后，再与产物结合的事实。合的事实。12/29/202232ZhangJG-Biochemistry（2）诱诱 导导 楔楔 合合 模模 型型（induced-fithypothesis）KoshlandKoshland ，19581958认认为为：酶酶活活性性部部位位的的形形状状与与底底物物的的形形状状并并非非完完

29、全全互互补补，当当酶酶分分子子与与底底物物分分子子接接近近时时，酶酶蛋蛋白白质质受受底底物物分分子子诱诱导导，构构象象发发生生有有利利于于与与底底物物结结合合的的变变化化，酶酶与与底底物物在在此此基基础础上上互互补补楔合，进行反应。楔合，进行反应。认为酶具有一定的柔性。认为酶具有一定的柔性。12/29/202233ZhangJG-Biochemistry12/29/202234ZhangJG-Biochemistry三、三、酶活力测定酶活力测定（一）（一）酶活力的概念酶活力的概念1 1、酶活力、酶活力（enzyme activityenzyme activity）：酶催化：酶催化底物发生化学反

30、应的能力，也称底物发生化学反应的能力，也称酶活性酶活性。测定酶活力，实际上就是测定酶促反应进测定酶活力，实际上就是测定酶促反应进行的速度。行的速度。酶促反应速度越快，酶活力就越大；反之，酶促反应速度越快，酶活力就越大；反之，速度越慢，酶活力就越小。速度越慢，酶活力就越小。12/29/202235ZhangJG-Biochemistry酶促反应的酶促反应的初速度初速度:底物开始反应之后，很短一段底物开始反应之后，很短一段时间内的反应速度。反应时间一般采用时间内的反应速度。反应时间一般采用5-10min。引引起起酶酶促促反反应应速速度度增增加加或或下下降降的的原原因因很很多多，如如：底底物物浓浓度

31、度下下降降、产产物物对对酶酶的的抑抑制制、由由于于产产物物浓浓度度增增加加而而加加速速了了逆逆反反应应、酶酶变变性性等等。因因此此，为为了了排排除除上上述述干干扰扰，酶酶活活力力应应该该用用酶酶促促反反应应的的初初速速度来表示。度来表示。12/29/202236ZhangJG-Biochemistry2、酶活力单位、酶活力单位（1）国际单位）国际单位国际生物化学协会酶学委员会对国际生物化学协会酶学委员会对酶活力单位酶活力单位作了作了下列规定：在下列规定：在25、最适、最适pH、饱和底物浓度的反、饱和底物浓度的反应条件下，应条件下，1min内将内将1微摩尔微摩尔(mol)的底物转化的底物转化为产

32、物所需要的酶量，定为一个国际单位，为产物所需要的酶量，定为一个国际单位，（1U1molmin）。）。如果底物分子有一个以上可被作用的化学键，则如果底物分子有一个以上可被作用的化学键，则一个酶活力单位，便是一个酶活力单位，便是1min使使1mol有关基团有关基团转化所需要的酶量。转化所需要的酶量。12/29/202237ZhangJG-Biochemistry（2）Kat为了使酶活力单位与国际单位制中的反应速度为了使酶活力单位与国际单位制中的反应速度（mol/s）相一致，）相一致，1972年国际酶学委员会正年国际酶学委员会正式推荐用式推荐用Kat（Katal，催量）作为酶活力单位。，催量）作为酶

33、活力单位。规定为：规定为：在最适条件下，每秒钟内能使在最适条件下，每秒钟内能使1mol底底物转化成产物所需要的酶量，定为一个物转化成产物所需要的酶量，定为一个Kat单位单位（1Kat1mo1s）。）。Kat与国际单位与国际单位(IU)的互算关系如下：的互算关系如下：1Kat6107U1U16.6710-9Kat16.67nKat12/29/202238ZhangJG-Biochemistry（3 3）习惯酶活力单位）习惯酶活力单位在实际使用中，比较方便、直观，规定的酶活力单在实际使用中，比较方便、直观，规定的酶活力单位。不同酶有各自的规定，如：位。不同酶有各自的规定，如：-淀粉酶活力单位：每小

34、时分解淀粉酶活力单位：每小时分解1g1g可溶性淀粉可溶性淀粉的酶量为一个酶单位。的酶量为一个酶单位。糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化可糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化可溶性淀粉产生溶性淀粉产生1mg1mg还原糖（以葡萄糖计）所需的酶还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。量为一个酶单位。蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生生1g1g酪氨酸所需的酶量。酪氨酸所需的酶量。DNADNA限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内可完全消化可完全消化1g1g纯化的纯化的DNADNA所需的酶量。所需的酶

35、量。12/29/202239ZhangJG-Biochemistry酶的比活力酶的比活力每毫克酶蛋白（酶制剂）所含的酶活力单位数称每毫克酶蛋白（酶制剂）所含的酶活力单位数称为为酶的比活力酶的比活力，用，用 U Umg mg 蛋白表示。蛋白表示。酶的比活力酶的比活力是酶制剂的一个是酶制剂的一个纯度指标纯度指标。对同一种。对同一种酶来说，比活力愈高，表明酶纯度愈高。酶来说，比活力愈高，表明酶纯度愈高。12/29/202240ZhangJG-Biochemistry酶活力的测定方法：酶活力的测定方法：分光光度法、荧光分光光度法分光光度法、荧光分光光度法、同位素标、同位素标记法、电化学法、紫外可见分光

36、光度法、记法、电化学法、紫外可见分光光度法、酶偶联法酶偶联法等等主要是测反应初速度主要是测反应初速度反应时间一般采用反应时间一般采用5-10min。只要测定方法足够灵敏准确，原则上，反只要测定方法足够灵敏准确，原则上，反应时间愈短愈好。应时间愈短愈好。（二）酶活力的测定方法（二）酶活力的测定方法12/29/202241ZhangJG-Biochemistry四、酶的分离和纯化四、酶的分离和纯化酶在生物细胞中的分布，分两类酶在生物细胞中的分布，分两类（1）胞内酶）胞内酶：在细胞内产生，并在细胞内：在细胞内产生，并在细胞内起催化作用。起催化作用。疾病诊断指标疾病诊断指标（2）胞外酶）胞外酶：在细胞

37、内产生后分泌到细胞：在细胞内产生后分泌到细胞外发挥作用。大都是水解酶，如胃蛋白酶、外发挥作用。大都是水解酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、溶菌酶。胰蛋白酶、溶菌酶。12/29/202242ZhangJG-Biochemistry酶分离纯化的原则：酶分离纯化的原则：在在整整个个分分离离纯纯化化过过程程中中要要始始终终保保持持酶酶的的活活性。性。防止变性失活！防止变性失活！低温、快速低温、快速酶酶活活性性的的测测定定应应始始终终贯贯穿穿于于整整个个分分离离纯纯化化过过程程中中，以以便便于于监监测测酶酶活活性性的的变变化化、掌掌握握酶酶的的纯纯化化程程度度，选选择择和和确确定定酶酶的的分分离离纯纯化化方法。

38、方法。12/29/202243ZhangJG-Biochemistry酶的提取、分离纯化技术路线酶的提取、分离纯化技术路线细胞破碎细胞破碎酶酶提取提取酶酶分离纯化分离纯化酶酶浓缩浓缩酶酶贮存贮存动物、植物或微生物细胞动物、植物或微生物细胞发酵液发酵液离心分离，过滤分离，沉淀分离心分离，过滤分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃离，层析分离，电泳分离，萃取分离，结晶分离等。取分离，结晶分离等。12/29/202244ZhangJG-Biochemistry（一）材料选择和预处理（一）材料选择和预处理酶的分离纯化在材料选择、细胞破碎、粗酶的分离纯化在材料选择、细胞破碎、粗制品的获得以及分离纯化方面

39、与蛋白质十制品的获得以及分离纯化方面与蛋白质十分相似。分相似。12/29/202245ZhangJG-Biochemistry（二）细胞破碎（二）细胞破碎许多酶存在于细胞内。许多酶存在于细胞内。为了提取这些胞内酶，为了提取这些胞内酶，首先需要对细胞进行破首先需要对细胞进行破碎处理。碎处理。1）机械破碎）机械破碎2）物理破碎）物理破碎3）化学破碎）化学破碎4）酶解破碎）酶解破碎JY92-IID超声波超声波细胞粉碎机胞粉碎机细胞胞破破碎碎珠珠高高压细胞胞破破碎碎机机DY89-I型型电动玻璃匀玻璃匀浆机机12/29/202246ZhangJG-Biochemistry机械破碎机械破碎捣碎法捣碎法研磨

40、法研磨法匀浆法匀浆法物理破碎物理破碎温度差破碎法温度差破碎法压力差破碎法压力差破碎法超声波破碎法超声波破碎法化学破碎化学破碎有机溶剂：有机溶剂：甲苯、丙酮甲苯、丙酮丁醇、氯仿丁醇、氯仿表面活性剂：表面活性剂：Triton、Tween酶促破碎酶促破碎自溶法自溶法外加酶制剂法外加酶制剂法通过机械运动产生的剪切通过机械运动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。力，使组织、细胞破碎。通过各种物理因素的作用，通过各种物理因素的作用，使组织、细胞的外层结构破使组织、细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。坏，而使细胞破碎。通过各种化学试剂对细胞通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎膜的作用，而使细胞破碎通过细胞

41、本身的酶系或外通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎而达到细胞破碎细细胞破碎方法及其原理胞破碎方法及其原理本章目录12/29/202247ZhangJG-Biochemistry酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为酶的抽提酶的抽提。酶提取时首先应根据酶提取时首先应根据酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂。1 1、水提

42、取法：、水提取法：酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、稀酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、稀盐溶液等进行提取，盐溶液等进行提取，2 2、有机溶剂提取法：、有机溶剂提取法：有些酶与脂质结合或含有较多的非极性有些酶与脂质结合或含有较多的非极性基团，则可用有机溶剂提取。基团，则可用有机溶剂提取。提高温度，降低溶液粘度、增加扩散面积、增大浓度差等都有利提高温度，降低溶液粘度、增加扩散面积、增大浓度差等都有利于提高酶分子的扩散速度，从而增大提取效果。于提高酶分子的扩散速度，从而增大提取效果。为了提高酶的提取率并防止酶的变性失活，在提取过程中还要注为了提高酶的提取率并防止酶的变性失活，在提取过程

43、中还要注意控制好意控制好温度、温度、pH值值等提取条件。等提取条件。（三）酶的提取（三）酶的提取12/29/202248ZhangJG-Biochemistry（四）分离纯化（四）分离纯化盐析法、等电点沉淀法、色谱法均可用于盐析法、等电点沉淀法、色谱法均可用于酶的分离纯化，特别是亲和层析法在酶的酶的分离纯化，特别是亲和层析法在酶的分离纯化过程中占有重要地位。分离纯化过程中占有重要地位。12/29/202249ZhangJG-Biochemistry（五）酶的保存（五）酶的保存（1）干燥：）干燥：干燥器（加干燥剂）干燥器（加干燥剂）（2）低温：）低温：04冰箱、低温冰箱冰箱、低温冰箱-25-50

44、、液氮、液氮-196（3）防腐剂和稳定剂）防腐剂和稳定剂防腐剂：甲苯、氯仿、苯甲酸、苯甲酸钠、防腐剂：甲苯、氯仿、苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙稳定剂：稳定剂：硫酸铵、甘油、蔗糖或酶的底物硫酸铵、甘油、蔗糖或酶的底物辅基等辅基等12/29/202250ZhangJG-Biochemistry第二节第二节酶的命名与分类酶的命名与分类目前已发现目前已发现4000种酶。种酶。一、酶的命名一、酶的命名1、习惯命名法、习惯命名法（1）底物名称，）底物名称，脲酶、淀粉酶、蛋白酶脲酶、淀粉酶、蛋白酶（2）反应性质，）反应性质，脱氢酶、加氧酶、转氨酶脱氢酶、加氧酶、转氨酶（

45、3）两者结合，）两者结合，琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶（4）酶的来源，）酶的来源，胃蛋白酶、木瓜蛋白酶胃蛋白酶、木瓜蛋白酶混乱混乱12/29/202251ZhangJG-Biochemistry2.国际系统命名法国际系统命名法基本原则：明确标明酶的底物及催化反应基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。的性质（底物为水时可略去不写）。底物底物1：底物：底物2反应类型反应类型如：琥珀酸：如：琥珀酸：FAD氧化还原酶氧化还原酶12/29/202252ZhangJG-Biochemistry3、国际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（EC编号）编号）

46、（1）按反应性质分六大类，用）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。表示。（2）根根据据底底物物中中被被作作用用的的基基团团或或键键的的特特点点，将将每每一一大大类分为若干个亚类，编号用类分为若干个亚类，编号用1、2、3等。等。（3）每每个个亚亚类类又又可可分分为为若若干干个个亚亚一一亚亚类类，用用编编号号1、2、3等表示。等表示。每一个酶的编号由每一个酶的编号由4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”隔开。隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚表示亚-亚类，第四个数字表示在亚亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。

47、亚中的编号。可以上网（可以上网（www.expasy.org/enzyme/）查到酶的系）查到酶的系统名称和统名称和EC编号。编号。12/29/202253ZhangJG-Biochemistry例如：例如：乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶EC1.1.1.1，乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.27，苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37第一个数字表示大类：第一个数字表示大类：氧化还原氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：第三个数字表示电子受体：NAD+或或NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。果

48、酸。12/29/202254ZhangJG-Biochemistry（一）根据（一）根据酶酶蛋白蛋白结结构特点分构特点分类类可分可分为为：单体酶、寡聚酶、多酶复合体单体酶、寡聚酶、多酶复合体（1 1）单体酶单体酶由一条多肽链组成的酶分子，通常为水解酶。由一条多肽链组成的酶分子，通常为水解酶。相对分子量相对分子量1.31.31043.53.5104如：溶菌酶、羧肽酶等如：溶菌酶、羧肽酶等 牛胰牛胰RNaseRNase 124aa 124aa 单链单链 鸡卵清溶菌酶鸡卵清溶菌酶 129aa 129aa 单链单链二、酶的分类与常见酶实例二、酶的分类与常见酶实例12/29/202255ZhangJG-

49、Biochemistry12/29/202256ZhangJG-Biochemistry（2）寡聚酶寡聚酶含多条肽链、多个亚基。相对分子量含多条肽链、多个亚基。相对分子量3.5104。含相同亚基的寡聚酶：含相同亚基的寡聚酶：苹果脱胱氢酶（鼠肝），苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基个相同的亚基含不同亚基的寡聚酶：含不同亚基的寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），琥珀酸脱氢酶（牛心），、2个亚基个亚基寡寡聚聚酶酶中中亚亚基基的的聚聚合合，有有的的与与酶酶的的专专一一性性有有关关，有有的的与与酶酶活活性性中中心心形形成成有有关关，有有的的与与酶酶的的调调节节性性能能有有关。关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外

50、酶一般是单体酶。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。12/29/202257ZhangJG-Biochemistry12/29/202258ZhangJG-Biochemistry（3）多酶复合体（多酶体系）多酶复合体（多酶体系）由由两两个个或或两两个个以以上上的的酶酶，相相互互组组织织而而成成，其其中中每每一一个个酶酶催催化化一一个个反反应应，所所有有反反应应依依次次进进行行，构构成成一一个个代代谢谢途途径径或或代代谢途径的一部分。谢途径的一部分。例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E1），以二聚体存在以