第四章酶 酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂 1957巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。 分子Gl→2分子乙醇+2分子CO2从Gl开始,经过12种酶催化,12步反应,生成乙醇。 1897 Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关,不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。 1913 Michaelis和 Menten提出米氏学说一酶促动力学原理 1926 Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶,并证明具有蛋白质性质。 1969化学合成核糖核酸酶。 1967-1970从Eco中发现第I、第Ⅱ类限制性核酸内切酶。 1986cech发现四膜虫细胞大核期间26 SIRNA前体具有自我剪接功能。 E coR 5-— GAATTC--3 3-— CTTAAO-—5 限制作用 修饰作用 GAATTC--3 gaattc- 3—— CTTAAG--5 CTTAAG---5 第一节酶学概论 醇的生物学意义 大肠杆菌生命周期20分钟,生物体内化学反应变得容易和迅速进行的根本原因是体内普通存 在生物催化剂一酶。没有酶,生长、发育、运动等等生命活动就无法继续。 限制性核酸内切酶(限制-修饰) 酶的概念及其作用特点 醇是一种生物催化剂 酶是一类具有髙效率、高髙度专一性、活性可调节的髙分子生物催化剂。 生物催化剂:酶( enzyme),核(糖)酶( ribozyme),脱氧核(糖)酶( deoxyribozyme) 2、酶催化反应的特点 1) 催化效率高 酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-100倍,并且至少高出非酶催化反应速度几个数量 级
１ 第四章 酶 酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。 1957 巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。 1 分子 Glc→2 分子乙醇+2 分子 CO2 从 Glc 开始，经过 12 种酶催化，12 步反应，生成乙醇。 1897 Buchner 兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。 1913 Michaelis 和 Menten 提出米氏学说—酶促动力学原理。 1926 Sumner 首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具有蛋白质性质。 1969 化学合成核糖核酸酶。 1967-1970 从 E.coli 中发现第 I、第 II 类限制性核酸内切酶。 1986 Cech 发现四膜虫细胞大核期间 26S rRNA 前体具有自我剪接功能。 ribozyme ， deoxyribozyme E.coRI 5’——GAATTC——3’ 3’——CTTAAG——5’ 限制作用 修饰作用 5’——GAATTC——3’ 5’——GAATTC——3’ 3’——CTTAAG——5’ 3’——CTTAAG——5’ 第一节 酶学概论 一、 酶的生物学意义 大肠杆菌生命周期 20 分钟，生物体内化学反应变得容易和迅速进行的根本原因是体内普通存 在生物催化剂—酶。没有酶，生长、发育、运动等等生命活动就无法继续。 限制性核酸内切酶（限制-修饰） 二、 酶的概念及其作用特点 1、 酶是一种生物催化剂 酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。 生物催化剂 ：酶(enzyme)，核（糖）酶(ribozyme)，脱氧核（糖）酶(deoxyribozyme) 2、 酶催化反应的特点 （1）、 催化效率高 酶催化反应速度是相应的无催化反应的 108 -1020 倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量 级
(2) 专一性高 酶对反应的底物和产物都有极高的专一性,几乎没有副反应发生 (3) 反应条件温和 温度低于100℃,正常大气压,中性pH环境。 (4) 活性可调节 根据据生物体的需要,许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节,包括:别构调节、酶的共 价修饰、酶的合成、活化与降解等 (5) 酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子 3、藤与非生物催化剂相比的几点共性: ①催化效率高,用量少(细胞中含量低)。 ②不改变化学反应平衡点。 ③降低反应活化能 P234图4-1非催化过程及催化过程自由能的变化 ④反应前后自身结构不变。 催化剂改变了化学反应的途径,使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行,催化剂的效应 只反映在动力学上(反应速度),不影响反应的热力学(化学平衡) 酶的化学本质 酶的蛋白质本质 经典概念:所有的酶都是蛋白质,酶是具有催化功能的蛋白质,因此酶具有蛋白质的一切共性。 1、酶的蛋白质组成 有些酶仅由蛋白质组成,例如,脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 有些酶不仅含有蛋白质(酶蛋白),还含有非蛋白质成分(辅助因子),只有酶蛋白与辅助因子 结合形成复合物(全酶)才表现出酶活性,如超氧化物歧化酶Cu、Zn2+)、乳酸脱氢酶(NAD+) 酶的专一性由酶蛋白的结构决定,辅助因子传递电子或某些化学基团。 2、醇的辅助因子 酶的辅助因子主要有金属离子(Fe2、Fe3*、Cu、Cu2+Mn2+、Mn3、Zn2+、Mg2+、K+、Na
２ （2）、 专一性高 酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。 （3）、 反应条件温和 温度低于 100℃，正常大气压，中性 pH 环境。 （4）、 活性可调节 根据据生物体的需要，许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：别构调节、酶的共 价修饰、酶的合成、活化与降解等。 （5）、 酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子 3、 酶与非生物催化剂相比的几点共性： ①催化效率高，用量少（细胞中含量低）。 ②不改变化学反应平衡点。 ③降低反应活化能。 P234 图 4-1 非催化过程及催化过程自由能的变化 ④反应前后自身结构不变。 催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行，催化剂的效应 只反映在动力学上（反应速度），不影响反应的热力学（化学平衡）。 三、 酶的化学本质 （一） 酶的蛋白质本质 经典概念：所有的酶都是蛋白质，酶是具有催化功能的蛋白质，因此酶具有蛋白质的一切共性。 1、 酶的蛋白质组成 有些酶仅由蛋白质组成，例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等 有些酶不仅含有蛋白质（酶蛋白），还含有非蛋白质成分（辅助因子），只有酶蛋白与辅助因子 结合形成复合物（全酶）才表现出酶活性，如超氧化物歧化酶 Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+） 酶的专一性由酶蛋白的结构决定，辅助因子传递电子或某些化学基团。 2、 酶的辅助因子 酶的辅助因子主要有金属离子（Fe 2+、Fe3+ 、Cu+、Cu2+、 Mn2+、、Mn3+、Zn2+、Mg2+ 、K+、 Na+
Mo+、Co2+等)和有机化合物。 辅酶:与酶蛋白结合较松,可透析除去。 辅基:与酶蛋白结合较紧。 辅助因子 CuZn-SOD Cu2+ Zn2 Mn-SOD Mn2+ 过氧化物酶 Fe2+或Fe3+ I型限制性核酸内切酶Mg2+ 羧肽酶 Zn- P235表4-1一些酶的辅助因子(金属离子) P237表4-2基团反应中的辅酶和辅基。 酶蛋白决定酶专一性,辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如,NAD可与多种酶 蛋白结合,构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。 生物体内酶种类很多,而辅助因子种类却很少,原因是一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。 (二) ribozyme核酶(具有催化功能的RNA 1980以前,已知所有的生物催化剂,其化学本质都是蛋白质。 80年代初,美国科罗拉多大学博尔德分校的 Thomas Cech和美国耶鲁大学 Sidney altman各自 独立发现RNA具有生物催化功能,此发现被认为是近十年生化领域最令人鼓舞的发现,此二人分 亨1989诺贝尔化学奖 ribozyme种类:①自我剪接 ribozyme②自我剪切 ribozyme③催化分子间反应rboz 后边细讲 四、按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类 单体藤 由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子 牛胰 RNase 124aa单链 鸡卵清溶菌酶12%aa单链 胰凝乳蛋白酶三条肽链 单体酶种类较少,一般多催化水解反应。 2、寡聚醵 由两个或两个以上亚基组成的酶,亚基可以相同或不同,一般是偶数,亚基间以非共
３ Mo6+ 、Co2+等）和有机化合物。 辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 辅基：与酶蛋白结合较紧。 酶 辅助因子 CuZn-SOD Cu2+ Zn2+ Mn-SOD Mn2+ 过氧化物酶 Fe2+或 Fe3+ II 型限制性核酸内切酶 Mg 2+ 羧肽酶 Zn2+ P235 表 4-1 一些酶的辅助因子（金属离子） P237 表 4-2 基团反应中的辅酶和辅基。 酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如，NAD+可与多种酶 蛋白结合，构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。 生物体内酶种类很多，而辅助因子种类却很少，原因是一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。 （二） ribozyme 核酶（具有催化功能的 RNA） 1980 以前，已知所有的生物催化剂，其化学本质都是蛋白质。 80 年代初，美国科罗拉多大学博尔德分校的 Thomas Cech 和美国耶鲁大学 Sidney Altman 各自 独立发现 RNA 具有生物催化功能，此发现被认为是近十年生化领域最令人鼓舞的发现，此二人分 亨 1989 诺贝尔化学奖。 ribozyme 种类：①自我剪接 ribozyme ②自我剪切 ribozyme ③催化分子间反应 ribozyme 后边细讲 四、 按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类 1、 单体酶 由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子 牛胰 RNase 124a.a 单链 鸡卵清溶菌酶 129a.a 单链 胰凝乳蛋白酶 三条肽链 单体酶种类较少，一般多催化水解反应。 2、 寡聚酶 由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共
价键结合。 ①含相同亚基的寡聚酶 苹果脱胱氢酶(鼠肝),2个相同的亚基 ②含不同亚基的寡聚酶 琥珀酸脱氢酶(牛心),aβ2个亚基 寡聚酶中亚基的聚合,有的与酶的专一性有关,有的与酶活性中心形成有关,有的与酶的调节 性能有关。 大多数寡聚酶是胞内酶,而胞外酶一般是单体酶 3、多酶复合体 由两个或两个以上的酶,靠非共价键结合而成,其中每一个酶催化一个反应,所有反应依次进 行,构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。 例如:大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成 ①丙酮酸脱氢酶(E1) 以二聚体存在2×9600 ②二氢硫辛酸转乙酰基酶(E2)70000 ③二氢硫辛酸脱氢酶(E3) 以二聚体存在2×56000 复合体:12个E1二聚体24×96000 24个E2单体24×70000 6个E3二聚体12×56000 总分子量560万 4、多酶融合体 一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶,这往往是基因融合的产物 例如:天冬氨酸激酶Ⅰ-高丝氨酸脱氢酶I融合体(双头酶) 该酶是四聚体α4,每条肽链含两个活性区域:N-端区域是Asp激酶,C端区域是高Ser脱氢酶 五、醇在细胞中的分布 个细胞内含有上千种酶,互相有关的酶往往组成一个酶体系,分布于特定的细胞组分中,因 此某些调节因子可以比较特异地影响某细胞组分中的酶活性,而不使其它组分中的酶受影响 分布于细胞核的酶 核被膜 酸性磷酸酶 染色质 三磷酸核苷酶 核仁 核糖核酸酶 核内可溶性部分 酵解酶系、乳酸脱氢酶 2.分布于细胞质的酶 参与糖代谢的酶 酵解酶系
４ 价键结合。 ①含相同亚基的寡聚酶 苹果脱胱氢酶（鼠肝），2 个相同的亚基 ②含不同亚基的寡聚酶 琥珀酸脱氢酶（牛心），αβ2 个亚基 寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节 性能有关。 大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。 3、 多酶复合体 由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进 行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。 例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成 ①丙酮酸脱氢酶（E1） 以二聚体存在 2×9600 ②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000 ③二氢硫辛酸脱氢酶（E3） 以二聚体存在 2×56000 复合体：12 个 E1 二聚体 24×96000 24 个 E2 单体 24×70000 6 个 E3 二聚体 12×56000 总分子量 560 万 4、 多酶融合体 一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，这往往是基因融合的产物。 例如：天冬氨酸激酶 I---高丝氨酸脱氢酶 I 融合体（双头酶） 该酶是四聚体α4，每条肽链含两个活性区域：N-端区域是 Asp 激酶，C 端区域是高 Ser 脱氢酶。 五、 酶在细胞中的分布 一个细胞内含有上千种酶，互相有关的酶往往组成一个酶体系，分布于特定的细胞组分中，因 此某些调节因子可以比较特异地影响某细胞组分中的酶活性，而不使其它组分中的酶受影响。 1. 分布于细胞核的酶 核被膜 酸性磷酸酶 染色质 三磷酸核苷酶 核仁 核糖核酸酶 核内可溶性部分 酵解酶系、乳酸脱氢酶 2. 分布于细胞质的酶 参与糖代谢的酶 酵解酶系
磷酸戊糖途径酶系 参与脂代谢的酶 脂肪酸合成酶复合体 参与aa蛋白质的酶Asp氨基转移酶 参与核酸合成的酶 核苷激酶核苷酸激酶 3.分布于内质网的酶 光滑内质网 胆固醇合成酶系 粗糙内质网蛋白质合成酶系 (细胞质一侧) 4.分布于线粒体的酶 外膜:酰基辅酶A合成酶 内膜:NADH脱氢酶 基质:三羧酸循环酶系 脂肪酸β-氧化酶系 5.分布于溶酶体的酶 水解蛋白质的酶 水解糖苷类的酶 水解核酸的酶 水解脂类的酶 6.标志酶 有些酶只分布于细胞内某种特定的组分中, 核:尼克酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶,功能:DNA、RNA生物合成 线粒体:琥珀酸脱氢酶(电子转移、三羧酸循环) 溶酶体:酸性磷酸酶(细胞成分的水解) 微粒体:(核蛋白体、多核蛋白体、内质网)Glc-6-磷酸酶 上清液:乳酸脱氢酶 第二节臨的国际分类及命名 习惯命名 1961年6以前使用的酶沿用习惯命名 1.(绝大多数酶)依据底物来命名 如:催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。 2.依据催化反应的性质命名 如:水解酶、转氨酶 3结合上述两个原则命名,琥珀酸脱氢酶。 4.有时加上酶的来源 如:胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶 习惯命名较简单,但缺乏系统性
５ 磷酸戊糖途径酶系 参与脂代谢的酶 脂肪酸合成酶复合体 参与 a.a 蛋白质的酶 Asp 氨基转移酶 参与核酸合成的酶 核苷激酶 核苷酸激酶 3. 分布于内质网的酶 光滑内质网 胆固醇合成酶系 粗糙内质网 蛋白质合成酶系 （细胞质一侧） 4. 分布于线粒体的酶 外膜：酰基辅酶 A 合成酶 内膜：NADH 脱氢酶 基质：三羧酸循环酶系 脂肪酸β-氧化酶系 5. 分布于溶酶体的酶 水解蛋白质的酶 水解糖苷类的酶 水解核酸的酶 水解脂类的酶 6. 标志酶 有些酶只分布于细胞内某种特定的组分中， 核： 尼克酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶，功能：DNA、RNA 生物合成 线粒体：琥珀酸脱氢酶（电子转移、三羧酸循环） 溶酶体：酸性磷酸酶（细胞成分的水解） 微粒体：（核蛋白体、多核蛋白体、内质网）Glc-6-磷酸酶 上清液：乳酸脱氢酶 第二节 酶的国际分类及命名 一、 习惯命名 1961 年 6 以前使用的酶沿用习惯命名 1.（绝大多数酶）依据底物来命名 如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。 2. 依据催化反应的性质命名 如：水解酶、转氨酶 3 结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。 4. 有时加上酶的来源 如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶 习惯命名较简单，但缺乏系统性