第四章酶 【目的与要求】 1、掌握酶的概念、化学本质、分子结构与功能。 2、熟悉酶促反应特点、活性中心、酶促反应动力学、酶的调节（变构、共价修饰、 酶原激活、同工酶)。 3、熟悉影响酶促反应各个因素对酶促反应的作用及机制： 4、了解酶催化反应机理及酶活性的测定、酶的命名、分类。 【教学内容】 1、酶的概念、分类，酶促反应特点。 2、酶分子结构与功能，作用机制。 3、酶促动力学。 4、酶的分离、提纯及活性测定 5、重要的藤类。 6、维生素与辅酶。 【重点与难点】 1、酶的结构与功能。 2、酶的作用机制。 3、酶促反应的动力学， 4、辅酶 【教学方法】 课堂讲解 【教学时数】 6学时
第四章 酶 【目的与要求】 1、掌握酶的概念、化学本质、分子结构与功能。 2、熟悉酶促反应特点、活性中心、酶促反应动力学、酶的调节（变构、共价修饰、 酶原激活、同工酶）。 3、熟悉影响酶促反应各个因素对酶促反应的作用及机制。 4、了解酶催化反应机理及酶活性的测定、酶的命名、分类。 【教学内容】 1、 酶的概念、分类，酶促反应特点。 2、 酶分子结构与功能，作用机制。 3、 酶促动力学。 4、 酶的分离、提纯及活性测定。 5、 重要的酶类。 6、 维生素与辅酶。 【重点与难点】 1、酶的结构与功能。 2、酶的作用机制。 3、酶促反应的动力学。 4、辅酶 【教学方法】 课堂讲解 【教学时数】 6 学时
第一节概述 公元前2000多年，我国己有酿酒记载：1877年，Kuhne首次提出enzyme一词：1926 年，Sumner首次从刀豆中提取出脲酶结晶。 一、酶的概念 酶是由生物细胞产生，以蛋白质为主要成分，具有催化能力的生物大分子。 酶具有一般催化剂的特征： 1、自身不被消耗： 2、可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点： 3、通过降低活化能加快化学反应速度。 二、酶的催化特点： 1、条件温和：常温、常压、pH=7 2、高效性：例：酶促反应速度是非酶促反应速度的1016倍。 1g淀粉酶可催化2吨淀粉发生水解反应。 3、专一性：酶对所催化的反应和底物具有严格的选择性。一般可分为绝对专一性、 相对专一性和立体异构专一性三类。 (1)绝对专一性具有绝对专一性的酶仅作用于一种底物，催化一种反 应。例：脲酶。 (2)相对专一性有些酶的专一性较低，它们能作用于一类化合物或一类化学键。 这种专一性称为相对专一性。其又可分为键专一性和基团专一性，后者对底物化学键两 端的基团有要求。例： >健专一性：酯酶要求底物有酯键 >基团专一性：胰蛋白酶要求底物有肽键并且左侧羰基是由精或赖氨酸提供的。 (3)立体异构专一性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 旋光异构专一性：酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类 底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择性地水解D一葡萄糖形成的1,4一 糖苷键 >几何专一性：有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种 构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合 生成苹果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。 >潜手专一性：有机化学观点属于等同的两个原子或基团，只催化其中一个发生 反应。如：甘油激酶催化甘油生成1-P甘油的反应。 (4)专一性的机理 >锁钥学说(Fischer,1894): 将酶的活性中心比作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性 中心，酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物
第一节 概述 公元前 2000 多年，我国已有酿酒记载；1877 年，Kuhne 首次提出 enzyme 一词；1926 年，Sumner 首次从刀豆中提取出脲酶结晶。 一、酶的概念 酶是由生物细胞产生，以蛋白质为主要成分，具有催化能力的生物大分子。 酶具有一般催化剂的特征： 1、自身不被消耗； 2、可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3、通过降低活化能加快化学反应速度。 二、酶的催化特点： 1、条件温和：常温、常压、pH=7 2、高效性：例：酶促反应速度是非酶促反应速度的 1016 倍。 1g 淀粉酶可催化 2 吨淀粉发生水解反应。 3、专一性：酶对所催化的反应和底物具有严格的选择性。一般可分为绝对专一性、 相对专一性和立体异构专一性三类。 （1）绝对专 一性 具有 绝对专一 性的酶仅作 用于一种 底物，催 化一种反 应。例：脲酶。 （2）相对专一性 有些酶的专一性较低，它们能作用于一类化合物或一类化学键。 这种专一性称为相对专一性。其又可分为键专一性和基团专一性，后者对底物化学键两 端的基团有要求。例： ➢ 键专一性：酯酶要求底物有酯键 ➢ 基团专一性：胰蛋白酶要求底物有肽键并且左侧羰基是由精或赖氨酸提供的。 （3）立体异构专一性 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 ➢ 旋光异构专一性：酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类 底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择性地水解 D －葡萄糖形成的 1 ， 4 － 糖苷键 ➢ 几何专一性：有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种 构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合 生成苹果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。 ➢ 潜手专一性：有机化学观点属于等同的两个原子或基团，只催化其中一个发生 反应。如：甘油激酶催化甘油生成 1-P-甘油的反应。 （4）专一性的机理 ➢ 锁钥学说（Fischer，1894）： 将酶的活性中心比作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性 中心，酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物
不能解释可逆反应。 >三点附着学说： 立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同，这就可能出现这些基团 与酶分子活性中心的结合基团能否互补匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才 作用于这个底物，如果因排列不同，则不能三点匹配，酶不能作用于它，这可能是 酶只对L型（或D型）底物作用的立体构型专一性的机理。 诱导契合学说(Koshland,1958): 酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合 时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合 基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结 合成中间产物。 >酶促反应的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需 要。其中包括三方面的调节。 令对酶生成与降解量的调节 令随催化效力的调节 令通过改变底物浓度对酶进行调节等 4、可调控性。 5、易爱外界环境影响而变性失活。 三、酶的分类与命名 1、分类： 1961年国际酶学委员会(Enzyme Committee,EC)根据酶所催化的反应类型和机理 把酶分成6大类： (1)氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。 (2)转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。各种激酶、磷酸酶 (3)水解酶类：催化加水分解作用。淀粉酶、脂肪酶等。 (4)裂解酶类：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物 的酶类。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。 (5)异构酶：催化各种异构体之间的互变。常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反 异构和变位酶类。 (6)合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。如各种连接酶。 2、酶的标码： 为了对酶进行有效的分类和查询，国际酶学委员会对每一种酶都编有一个号，其形 式是：EC口口口o,其中EC=En②yme Commission,第一个o为6大类之一，第 二个口为该大类中的亚类，依此类推
不能解释可逆反应。 ➢ 三点附着学说： 立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同，这就可能出现这些基团 与酶分子活性中心的结合基团能否互补匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才 作用于这个底物，如果因排列不同，则不能三点匹配，酶不能作用于它，这可能是 酶只对 L 型(或 D 型)底物作用的立体构型专一性的机理。 ➢ 诱导契合学说（Koshland，1958）： 酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合 时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合 基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结 合成中间产物。 ➢ 酶促反应的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需 要。其中包括三方面的调节。 对酶生成与降解量的调节 酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等 4、可调控性。 5、易爱外界环境影响而变性失活。 三、酶的分类与命名 1、分类： 1961 年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理， 把酶分成 6 大类： （1） 氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。 （2） 转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。各种激酶、磷酸酶。 （3）水解酶类：催化加水分解作用。淀粉酶、脂肪酶等。 （4） 裂解酶类：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物 的酶类。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。 （5） 异构酶：催化各种异构体之间的互变。常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反 异构和变位酶类。 （6） 合成酶类：催化有 ATP 参加的合成反应。如各种连接酶。 2、酶的标码： 为了对酶进行有效的分类和查询，国际酶学委员会对每一种酶都编有一个号，其形 式是： EC □·□·□·□，其中 EC ＝ Enzyme Commission ，第一个 □为 6 大类之一，第 二个 □ 为该大类中的亚类，依此类推
如乙醇脱氢酶 EC 27 大类亚类亚亚类序号 3、酶的命名： ()习惯命名法： >根据其催化底物来命名：如淀粉酶、蛋白酶等 >根据所催化反应的性质来命名：如脱氢酶、转移酶等 >结合上述两个原则来命名：如丙酮酸脱氢等 >根据酶的来源或其它特点来命名。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。 (2)国际系统命名法： 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如 习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称：L-丙氨酸：Qα-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应： 丙氨酸+-酮戊二酸→一丙酮酸+谷氨酸 第二节酶的结构与功能 一、酶的不同形式 【、单体酶(monomeric enzyme):仅具有三级结构的酶。如胰蛋白酶。 2、寡聚酶(oligomeric enzyme):由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单 个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。如荧光素酶。 3、多酶体系(multienzyme system):由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合 物。前一种反应的产物是后一种反应的底物。如丙酮酸脱氢酶。 4、多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme):一些多酶体系在进 化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多 功能酶。 二、酶的化学本质 1、大多数酶是蛋白质 1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结品，证明其为蛋白质，并提出酶的本 质就是蛋白质的观点 1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNA一-ribozyme(核酶)，1995 年，Cuenod报道了DNA具有磷酸酯酶和连接酶活性。 核酶的发现表明酶不一定都是蛋白质 近年来又出现了模拟酶、抗体酶等。 2、酶的辅因子
如乙醇脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 大类 亚类 亚亚类 序号 3、 酶的命名： (1) 习惯命名法： ➢ 根据其催化底物来命名；如淀粉酶、蛋白酶等 ➢ 根据所催化反应的性质来命名；如脱氢酶、转移酶等 ➢ 结合上述两个原则来命名；如丙酮酸脱氢等 ➢ 根据酶的来源或其它特点来命名。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等 。 (2) 国际系统命名法： 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如： 习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称：L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应： 丙氨酸 + -酮戊二酸→⎯丙酮酸 + 谷氨酸 第二节 酶的结构与功能 一、酶的不同形式 1、单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。如胰蛋白酶。 2、寡聚酶(oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单 个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。如荧光素酶。 3、多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合 物。前一种反应的产物是后一种反应的底物。如丙酮酸脱氢酶。 4、多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进 化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多 功能酶。 二、酶的化学本质 1、大多数酶是蛋白质 1926 年 J.B.Sumner 首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本 质就是蛋白质的观点 1982 年 T.Cech 发现了第 1 个有催化活性的天然 RNA——ribozyme（核酶），1995 年，Cuenod 报道了 DNA 具有磷酸酯酶和连接酶活性。 核酶的发现表明酶不一定都是蛋白质 近年来又出现了模拟酶、抗体酶等。 2、酶的辅因子
单纯酶：酶蛋白 酶 结合酶（全酶)=酶蛋白+辅因子 各部分在催化反应中的作用 >酶蛋白决定反应的特异性 >辅助因子决定反应的种类与性质 (1)按与酶蛋白的结合牢固程度： 锁因子了给酯：与酵蛋白结合流松，可用透折或超造的方法除去。 儿辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去 (2)按化学本质： 金属离子：铁、铜、镁等。 小分子有机化合物：B族维生素或其衍生物、铁卟啉等。 基团转移蛋白：又称蛋白质辅酶，自身不起催化作用，但为某些酶所必需。 (3)辅因子的的作用： >稳定酶的构象： >参与催化反应，传递电子： >在酶与底物间起桥梁作用： >中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 三、酶的结构与功能的关系 1、酶的活性中心： 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心(active center)或活性部位(active site), 参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团 了结合部位—一专一性 厂活性中心 必需基团 催化部位→催化能力、反应类型 活性中心以外一维持酶的空间结构 组成酶活性中心的基团主要包括：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪 唑基
各部分在催化反应中的作用 ➢ 酶蛋白决定反应的特异性 ➢ 辅助因子决定反应的种类与性质 （1）按与酶蛋白的结合牢固程度： （2）按化学本质： 金属离子：铁、铜、镁等。 小分子有机化合物：B 族维生素或其衍生物、铁卟啉等。 基团转移蛋白：又称蛋白质辅酶，自身不起催化作用，但为某些酶所必需。 （3）辅因子的的作用： ➢ 稳定酶的构象； ➢ 参与催化反应，传递电子； ➢ 在酶与底物间起桥梁作用； ➢ 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 三、酶的结构与功能的关系 1、酶的活性中心： 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）， 参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团 组成酶活性中心的基团 主要包括：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪 唑基。 必需基团 活性中心 活性中心以外—维持酶的空间结构 催化部位 专一性 催化能力、反应类型 酶 单纯酶：酶蛋白 结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅因子 辅因子 辅酶 ：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 ：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。 结合部位