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第三章 酶

第三章 酶. 第一节 酶的概念及特点. Enzyme. 一、 酶的概念. 酶的概念 — 酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。. 生物体内的反应是在很温和的条件（如温和的温度、接近中性的 pH ）下进行的，而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件 。. 一、 酶的概念. 酶 催化作用并不局限于活细胞内，在许多情况下，细胞内产生的酶需分泌到 细胞外或转移到其它组织器官中发挥作用 ，如胰蛋白酶、脂酶、淀粉酶等水解酶。把由细胞内产生并在细胞内发挥作用的酶称为胞内酶，而将细胞内产生后分泌细胞外起作用的酶叫胞外酶。.

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第三章 酶

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Presentation Transcript

  1. 第三章 酶 第一节 酶的概念及特点 Enzyme

  2. 一、 酶的概念 酶的概念—酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。 生物体内的反应是在很温和的条件（如温和的温度、接近中性的pH）下进行的，而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件。

  3. 一、 酶的概念 酶催化作用并不局限于活细胞内，在许多情况下，细胞内产生的酶需分泌到细胞外或转移到其它组织器官中发挥作用，如胰蛋白酶、脂酶、淀粉酶等水解酶。把由细胞内产生并在细胞内发挥作用的酶称为胞内酶，而将细胞内产生后分泌细胞外起作用的酶叫胞外酶。

  4. 一、 酶的概念 在本章节中把酶所催化的反应称作酶促反应，发生化学反应前的物质称底物（substrate），而反应后生成的物质称产物（product）。

  5. 二、 酶的特性 1. 酶具有共同于一般催化剂的特征 • 用量少; • 只能催化热力学上允许的反应; • 不改变反应的平衡点，而只能缩短时间。催化机理都是降低反应所需的活化能。

  6. 过渡态 非催化反应活化能 能 量 改 变 一般催化剂 反应活化能 酶促反应活化能 初 态 反应总能量变化 终 态 活 化 过 程 酶促反应降低活化能

  7. 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征 • 催化效率极高 酶促反应的速度比非酶促反应通常要快 105~1017 倍 如此高的催化效率使生物体内含量甚微的酶能催化大量的物质转化。

  8. 二、 酶的特性 2 H2O2 2H2O + O2 用简单的实验证明酶的催化效率： 铁屑 肝糜 肝糜(煮) 1000 109

  9. 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征 • 专一性很强 铂：催化许多反应，包括有机反应 H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等 酶：只作用于结构近似的分子，甚至 只催化一种化合物。

  10. 二、 酶的特性 2. 酶不共同于一般催化剂的特征 • 酶对环境条件极为敏感 • 酶活性可以调控

  11. 三、酶的专一性及其类型 酶催化的专一性(specificity):是指酶对它所催化的反应及其底物具有的严格的选择性。通常一种酶只能催化一种或一类化学反应。 1. 绝对专业性—除一种底物外，酶都不能催化其它反应的特性

  12. 三、酶的专一性及其类型 2 相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。 A 基团专一性(group specificity)—在催化A-B化合物中，酶对其中的一个基团具有高度甚至是绝对专一性，而对另一个基团则具有相对专一性的特性。

  13. 三、酶的专一性及其类型 2 相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。 B 键专一性(bond specificity)—在催化A-B化合物中，酶对A,B基团的结构要求不严，而要求有一定的化学键便能进行催化反应特性。

  14. 三、酶的专一性及其类型 C 立体专一性(stereo specificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。a.立体异构专一性:

  15. 三、酶的专一性及其类型 C 立体专一性(stereo specificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。B.几何异构专一性:

  16. 三、酶的专一性及其类型 Summry

  17. 四、酶的命名 1. 习惯命名法 迄今为止所发现的4000多种酶中，现已有2500余种酶被鉴定出来，用于生产实践的酶有近200种，其中半数用于临床。 1961年以前，人们根据酶作用的底物名称、反应、性质及酶来源，对该酶冠名。

  18. 1. 习惯命名法 底物名 + “酶” 如 己糖激酶、蛋白酶、脲酶

  19. 1. 习惯命名法 反应类型 + “酶” 如 己糖激酶、乳酸脱氢酶、DNA聚合酶

  20. 1. 习惯命名法 酶的来源 如 胃蛋白酶

  21. 1. 习惯命名法 问题 这种命名法缺乏科学系统性，易产生“一酶多名”或“一名多酶”问题。如分解淀粉的酶，若按这种命名法则有三种名称，如淀粉酶、淀粉水解酶和细菌淀粉酶。 对于淀粉酶来说，强调的是底物；对淀粉水解酶来说，既强调底物又指出酶催化反应的性质；而细菌淀粉酶强调的是酶的来源和作用的对象。

  22. 2. 国际系统命名法 该命名法规定，每种酶的名称应明确标明底物及所催化反应的特征，即酶的名称应包含两部分：前面为底物，后面为所催化反应的名称。 若前面底物有两个，则两个底物都写上，并在两个底物之间用“：”分开，若底物之一是水，则可略去。

  23. 2. 国际系统命名法 酶的国际习惯用名和系统命名的应用实例

  24. 2. 国际系统命名法 EC 数字.数字.数字.数字 酶的分类序号 亚类 亚亚类 顺序号 国际酶学委员会规定，每个酶都有唯一的特定标码，其书写方式是：

  25. 2. 国际系统命名法 乙醇脱氢酶的编码是： EC1.1.1.1 第一个“1”——第1大类，即氧化还原酶类； 第二个“1”——第1亚类，供氢体为CHOH； 第三个“1”——第1亚亚类，受氢体为NAD+； 第四个“1”——在亚亚类中的顺序号。 乳酸脱氢酶的编码是： EC1.1.1.27

  26. 2. 国际系统命名法 国际系统命名法看起来科学而严谨，但使用起来不太方便.

  27. 习惯名 系统名 国际酶学委员会建议： 每个酶都给予 2 个名称

  28. 五. 酶的分类 AH2+B A+BH2 AR+B A+BR AOH+BH AB+H2O 国际酶学委员会（Enzyme Commission, EC）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。 分类序号 酶的类型 催化反应的性质 举 例 1 氧化还原酶类(oxidoreductase) 脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、加氧酶 2 转移酶类(transferase) 谷丙转氨酶、已糖激酶 3 水解酶类(hydrolase) 酯酶、蛋白酶、淀粉酶

  29. 五. 酶的分类 A－B A B＋X－Y X Y ATP ADP＋Pi AB A＋B A A' 国际酶学委员会（Enzyme Commission, EC）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。 分类序号 酶的类型 催化反应的性质 举 例 4 裂解酶类(lyase) 醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶 5 异构酶类(isomerase) 差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶 6 合成酶类(连接酶类)(ligase) 羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶

  30. AH2 + B（O2） A + BH2（H2O2，H2O） 1、氧化-还原酶 Oxidoreductase • 氧化-还原酶催化氧化-还原反应，催化氢的转移或电子传递。 • 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 • 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。

  31. AH2 +B A +BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ） AH2 + O2 A + H2O2（需FAD或FMN） 2AH2 + O2 2A + 2H2O ROO + H2O2 RO + H2O + O2 （1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应 （2）氧化酶类 ①催化底物脱氢，氧化生成H2O2： ②催化底物脱氢，氧化生成H2O： （3）过氧化物酶

  32. （顺，顺-已二烯二酸） RH + O2 + 还原型辅助因子 ROH + H2O + 氧化型辅助因子 （又称羟化酶） OH OH O2 + C=O OH C=O OH （4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）

  33. A·X+ B A +B·X 2、转移酶 Transferase • 转移酶催化基团转移反应，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。 • 根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。 • 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。

  34. AB + H2O AOH + BH 3、水解酶 hydrolase • 水解酶催化底物的加水分解反应。 • 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。 • 例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：

  35. 4、裂解酶 Lyase • 裂合酶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。 • 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 • 例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。

  36. A B 5、异构酶 Isomerase • 异构酶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。 • 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应

  37. A + B + ATP A·B + ADP +Pi 6、合成酶 Ligase or Synthetase • 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。 • 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2  草酰乙酸

  38. 六.酶的分离与提取 酶提取基本的方法 A. 了解所分离酶在细胞中分布 • 由细胞内产生后分泌到胞外发挥作用的酶，称为细胞外酶。这类酶大部分属于水解酶。 • 在细胞内合成后并不分泌到细胞外，而在细胞内起催化作用，称为细胞内酶，该类酶在细胞内往往与细胞器结合，不仅有一定的区域性，而且催化的反应具有一定顺序性。

  39. 六.酶的分离与提取 B. 材料的获取 在提取某一酶时，首先应当根据需要，选择含此酶最丰富的材料。由于从动物内脏或植物果实中提取酶制剂受到原料限制，成本又很大，因此，目前工业上大多采用培养微生物的方法来获得大量的酶制剂。

  40. 六.酶的分离与提取 C. 酶分离纯化的主要步骤 1.主要步骤为：抽提、纯化、结晶 抽提：破碎细胞，动植物组织一般可用组织捣碎器；或者加石英砂研磨，将材料做成丙酮粉或进行冰冻融解 ；对细菌，常采用加砂或加氧化铝研磨和超声波振荡方法破碎。 大多数酶一般都用缓冲液进行抽提，缓冲液的类型决定于酶的种类和理化特性，抽提液pH最好远离等电点 。

  41. 六.酶的分离与提取 C. 酶分离纯化的主要步骤 1.主要步骤：抽提、纯化、结晶 浓缩：抽提液或发酵液中酶浓度往往很低，必须浓缩富集。常用的浓缩方法有：加中性盐或冷乙醇沉淀后再溶解，胶过滤浓缩以及超过滤浓缩法等。 纯化：纯化过程就是去除杂质的过程。原则：一方面是要提高酶的纯度，另一方面却也使酶的总量不可避免有所损失。

  42. 六.酶的分离与提取 C. 酶分离纯化的主要步骤 1. 主要步骤为：抽提、纯化、结晶 结晶：浓缩液经过各种方法的纯化，可得到较纯的结晶产品。

  43. 六.酶的分离与提取 C. 酶分离纯化的主要步骤 2. 选择分离纯化方法 a.盐析法（如硫酸胺） b.有机溶剂沉淀法 c.层析纯化法（葡聚糖凝胶、离子交换层析） d.等电点法 e.吸附分离法

  44. 七.酶活力及其测定 酶活力:是酶促反应的能力。酶活力大小就是指在一定条件所催化的某一化学反应速度的快慢，即酶催化的反应速度越快，酶活力越高，反之则表示该酶活力低。

  45. 七.酶活力及其测定 1. 酶活力概念 酶的定量并非对其蛋白质进行定量，而是对它的催化能力进行定量。 所以，酶的定量就是测定酶的活力，也即测定酶促反应的速度。

  46. 产物浓度 0 时间 七.酶活力及其测定 如何测定酶活力？ 以产物浓度对反应时间作图，可得到酶促反应速度曲线 注意：初速度的测定是关键，为什么？

  47. 产物浓度 0 时间 七.酶活力及其测定 可见，反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随着时间的延长，反应速度逐渐下降 原 因 • 底物浓度的降低、产物的增加造成的逆反应的加快 • 产物的抑制作用 • 酶本身逐渐失活

  48. 七.酶活力及其测定 2. 酶活力与单位 常用的酶活力单位有三种： A. 国际单位 (IU) 这种单位是由国际酶学委员会规定的。 在标准条件(25℃、最适pH、最适底物浓度)下，酶每分钟催化 1 mmol 底物转化，这样的速度所代表的酶的活力即酶的量定义为1个国际单位 (IU)。

  49. 七.酶活力及其测定 2. 酶活力与单位 B. Katal 是由国际酶学委员会于1972年规定的一种新单位 在最适条件下，酶每秒钟催化1 mol 底物转化，这样的速度所代表的酶的活力即酶的量定义为 1个Kat。 1 Kat = 60×106 IU

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