第四章酶 Enzyme

生物化学 第四章酶 Enzyme

酶的应用比酶的研究具有更长的历史 磨粉去糠打碎麦芽萌发浸润成酒发酵装瓶 Discovering Enzyme (1991) p.22

生物化学的产生 • 生物化学是在解决Liebig和Pasteur关于发酵本质的著名论中产生的。巴斯德（Pasteur）李比希（Leibig）

酶的发现 • 比希纳（Buchner)兄弟发现磨碎的酵母细菌或无细胞酵母抽提液也能和酵母细菌一样，将糖转变成酒精和二氧化碳，这样才把争论统一起来。 • 当时认为引起发酵的是酵母细胞中一种叫酵素的物质，现在称为酶（Enzyme)。

Sumner 对酵素的发现有重大贡献 进行酶反应的试管 Sumner 温度 Discovering Enzyme (1991) p.82 时间 Urease crystal(1926)

第一节酶学概论 • 一、酶的概念及其作用特点 • 酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质及核酸。 • 酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物催化剂。

1、酶可降低所催化反应的活化能 反应进行方向反应能量变化 ST 无酶时所需能量有酶时所需能量较低 EST S ES P EP T = Transition state Adapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.166

2、酶与非生物催化剂的共性： ① 催化效率高，用量少（细胞中含量低)。 ② 加快反应速度但不改变化学反应平衡点（不改变平衡常数）。 ③ 降低反应活化能。活化能：在一定的温度下，1mol分子全部进入其活化态所需要的自由能。 ④ 反应前后自身结构不变。

3、酶催化反应的特点 2H2O22H2O + O2 （1）、催化效率更高（高效性）酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且高出非酶催化反应速度至少几个数量级。 1 双氧水裂解 FeCl3 1,000 Hemoglobin 1,000,000 Catalase 1,000,000,000 S E 反应速率 P Juang RH (2004) BCbasics

（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（易失活）常温、常压，中性pH环境。 • （4）活性可调节 • 别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。 • （5）酶的催化活性需要辅酶、辅基、金属离子

酶活性可调节控制 上游反应物 + A B C X - Y Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.172 Z 下游生成物

（一）酶的化学本质 绝大多数酶是蛋白质证据（1）酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；（2）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）。少数酶是RNA（核酶）二、酶的化学本质及其组成

（二）酶的化学组成 酶是一类具有催化功能的蛋白质。酶的分类：单纯酶类(simple enzyme)：仅由蛋白质组成。脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等复（缀）合酶类(conjugated enzyme): 复合酶=蛋白质+非蛋白质成分全酶=酶蛋白（脱辅酶）+辅酶(酶因子)：超氧化物歧化酶(Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）

酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物 • 金属离子：Fe2+、Fe3+、 Zn2+、 Cu+、Cu2+、Mn2+、、Mn3+、Mg2+、K+、 Na+、Mo6+、Co2+等。 • 有机化合物：NAD，NADP，FAD，生物素，卟啉等 • 辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合较松，可透析除去。 • 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合较紧。 Apo- enzyme Prosthetic group 辅 Coenzyme 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。

许多酶要加上辅酶（辅基）才有活性 NADH binding domain NADH Gly-3-P Substrate binding domain Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase Kleinsmith & Kish (1995) Principles of Cell and Molecular Biology (2e) p.25

三、酶的类型 1、单体酶:由一条多肽链组成.分子量较小. 2、寡聚酶:由几个甚至十几个亚基组成,亚基可相同也可不同,亚基间不以共价键相连.分子量较大. 3、多酶体系:由几种酶彼此嵌合形成的复合体,催化一系列反应连续进行.这类酶复合体分子量很高,一般在几百万以上。如,丙酮酸脱氢酶复合体(三种酶,四种辅酶);脂肪酸合成酶复合体(六种酶,多种辅酶)

第二节酶的分类与命名 一、酶的命名二、酶的国际系统分类法及编号三、酶的分类四、酶的系统编号

一、酶的命名 习惯命名 1. 依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶、脲酶 2. 依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶、DNA 聚合酶 3. 结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。 4. 有时加上酶的来源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶酶的习惯命名法不够系统，不够准确，难免会出现一酶多名或一名多酶的现象。为此1961年国际酶学委员会（Enzyme Commission，EC）提出了系统命名法。

一、酶的命名 系统命名 • 系统名应包括底物名称,反应性质以及反应名称,最后加“酶”字。若作用的底物有两种,则须同时列出,并用":"将其隔开;若作用物之一为水,则可略去.底物的名称必须确切,L,D型及α,β型均应列出.

二、酶的国际系统分类法及编号（EC编号） 根据酶所催化反应的性质，由酶学委员会规定，将酶分为六大类： 1、氧化还原酶类:A.2H + B=A + B.2H 2、移换酶类: A.X + B=A + B.X 3、水解酶类: A-B + H2O=A.H + B.OH 4、裂合酶类: A-B=A + B 5、异构酶类: A=B 6、合成酶类: A + B + ATP=A-B + ADP + Pi

1.氧化还原酶类：催化氧化还原反应 通式：AH2+B→BH2+A 其中：A为质子供体，B为质子受体如：乳酸脱氢酶催化的反应：乳酸＋NAD+→丙酮酸＋NADH2 2.转移酶类：催化底物之间基团的转移反应. 通式：AR+B→BR+A 其中：R为转移基团，R不为2H 如：己糖激酶、转氨酶、脂酰转移酶、糖基转移酶等

3.水解酶类：催化底物的水解反应 通式：AB+H2O→AH+BOH 如：淀粉酶，脂肪酶，蛋白质酶等 4.裂合酶类：催化底物裂解或缩合反应（可逆），通式：AB→A+B 如：醛缩酶，水合酶，脱氨酶等。

5.异构酶类：催化同分异构体底物之间相互转换 5.异构酶类：催化同分异构体底物之间相互转换通式：A→B 其中：A、B为同分异构如：磷酸甘油酸变位酶、6磷酸葡萄糖异构酶等。

6.合成酶类：也称连接酶类，催化两种或两种以上化合物合成一种化合物的反应。反应需吸收能量，通常与ATP的分解相偶连，ATP分解产生能量用于合成反应。6.合成酶类：也称连接酶类，催化两种或两种以上化合物合成一种化合物的反应。反应需吸收能量，通常与ATP的分解相偶连，ATP分解产生能量用于合成反应。通式：A+B+ATP→AB+ADP+Pi 或 A+B→AB+AMP+PPi 如：乙酰辅酶A羧化酶催化的反应： CH3COC0A+CO2+ATP→HOOCCH2COC0A+AMP+PPi 国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异

二、酶的国际系统分类法及编号（EC编号） 酶的系统编号 • 根据上述酶的系统分类方法，国际酶学委员会还对每个酶做了统一编号，一个酶只有一个编号，因此不会混淆。 • 酶的系统编号由“EC”加四个阿拉伯数字组成，每个数字之间以“.”隔开。

二、酶的国际系统分类法及编号（EC编号） 乙醇脱氢酶 EC 1.1.1.1 乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27 苹果酸脱氢酶 EC 1.1.1.37 第一个数字表示大类：氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+ 第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。

第四章酶 Enzyme