生物化学 第三章 酶化学

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 酶化学,Enzymology,研究历史,1.1833,年佩延（,Payen,）和,Persoz,从麦芽中抽提出一种对热敏感的物质，这种物质能将淀粉水解成可溶性糖，被称为淀粉糖化酶（,diastase,）,2.,巴斯德提出“酵素”一词，认为只有活的酵母细胞才能进行发酵。现在日本还经常使用“酵素”一词（,ferment,）。,3.1878,年德国人库恩（,Kuhne,）,提出“,Enzyme”,一词，意为“在酵母中”。,4.1896,年德国人巴克纳（,Buchner,）,兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，得到了能催化发酵的无细胞滤液，证明发酵是一种化学反应，与细胞的活力无关。,5.1913,年米凯利斯（,Michaelis,）,和门顿（,Menten,）,利用物理化学方法提出了酶促反应的动力学原理,米氏学说，使酶学可以定量研究。,6.1926,年美国人,J. B. Sumner,从刀豆中结晶出脲酶（第一个酶结晶），并提出酶是蛋白质的观点。后来陆续得到多种酶的结晶，证明了这种观点，萨姆纳因而获得,1947,年诺贝尔奖。,7.,进入,80,年代后，核糖酶（,ribozyme,）、,抗体酶、模拟酶等相继出现，酶的传统概念受到挑战。,1982,年,Cech,等发现四膜虫,26S,rRNA,前体具有自我剪接功能，并于,1986,年证明其内含子,L-19 IVS,具有多种催化功能。,此后陆续发现多种具有催化功能的,RNA,，,底物也扩大到,DNA,、,糖类、氨基酸酯。,第一节 通论（,General Introduction,）,一 酶是生物催化剂,1,酶的概念：酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。它具有高度的专一性、高效的催化性、活性的可调性和代谢性等催化特点。,2,酶概念的提出及目前的内涵问题（,Enzyme/,Ribozyme,）,1982,年，,Cech,首先发现,RNA,也具有酶的催化活性，并提出核酶（,ribozyme,）的概念。,1995,年,Cuenoud,等发现,DNA,也有酶的活性。,3,酶是蛋白质的证据（酶的化学本质）,遇热、两性、变性、胶体性质、蛋白酶降解、测序、合成,二 酶的催化特征,1,与一般催化剂的相同点,反应前后不变；热力学上允许的反应；缩短到达平衡点的时间,;,降低分子活化能。,2,催化特征（与一般催化剂的相同点）,高效的催化性,(10,8,-10,12,/10,3,),；高度的专一性；活性的可调性；代谢性；对环境非常敏感。,3,专一性特点,专一性：对底物的选择性要求。,类型,结构专一（键专一、基团专一、底物专一）,立体异构的专一（几何异构；旋光异构）,催化剂,每,摩尔需活化能,无,18 000J,胶态钯,11 700J,过氧化氢酶,2 000J,过氧化氢分解反应所需活化能,锁钥学说（,Lock and key model),Fisher,首次提出,(1894,德国）,三点附着学说,(Three point attachment theory),A.,Ogster,首次提出,酶与底物结合的诱导契合学说示意图,诱导契合学说,(Induced fit theory),Koshland,首次提出（,1958,）,第二节 酶的分类和命名,一 酶的命名,-,ase,EC,：,Enzyme commission,1,习惯名（,Recommended name,）,1961,年以前,底物（淀粉酶）；催化性质（脱氢酶）；来源（胃蛋白酶）,2,系统名（,Systematic name,）,底物：底物 性质 酶,例子：谷丙转氨酶,=L-,丙氨酸：,-,同戊二酸氨基转移酶,蛋白（：水）水解酶,3,编号,乳酸脱氢酶；乳酸：,NAD,+,脱氢酶,;EC,：,1.1.1.27,二 酶的国际系统分类法,1,原则,大类,-,亚类,-,亚亚类,-,序号,分类,按反应的类型,（,1,）氧化还原酶,（,2,）转移酶,（,3,）水解酶,（,4,）裂合酶,（,5,）异构酶,（,6,）合成酶,按酶的结构,按酶的组成,单体酶,寡聚酶,多酶体系,多酶融合,(,复合,),体,单纯酶,结合酶,1.,氧化还原酶,催化氧化还原反应，量最大的一类酶，具氧化、产能、解毒功能。,通式：,AH,2,+BBH,2,+A,系统命名可分为,19,亚类，习惯上可分为,4,个亚类：,(1),脱氢酶：,受体为,NAD,或,NADP,，,不需氧。,(2),氧化酶：,以分子氧为受体，产物可为水或,H,2,O,2,，,常需黄素辅基。,(3),过氧化物酶：,以,H,2,O,2,为受体，常以黄素、血红素为辅基。,(4),氧合酶（加氧酶）：,催化氧原子掺入有机分子，又称羟化酶。按掺入氧原子个数可分为单加氧酶和双加氧酶。,2.,移换酶类,催化功能基团的转移反应， 也叫转移酶,通式：,AR+BBR+A,按转移基团性质，可分为,8,个亚类，较重要的有：,(1),一碳基转移酶：转移一碳单位，与核酸、蛋白质甲基化有关,(2),磷酸基转移酶：常称为激酶，多以,ATP,为供体。少数蛋白酶也称为激酶（如肠激酶）,(3),糖苷转移酶：与多糖代谢密切相关，如糖原磷酸化酶。,(4),氨基转移酶：转移氨基，如,AST ALT,3,、水解酶类,催化底物的水解反应，如蛋白酶、脂肪酶等。,通式：,AB+H,2,OAH+BOH,起降解作用，多位于胞外或溶酶体中。有些蛋白酶也称为激酶。可分为水解酯键、糖苷键、肽键、碳氮键等,11,亚类。,4,、裂合酶类,催化从底物上移去一个小分子而留下,双键,的反应或其逆反应。,通式：,ABA+B,包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶等。共,7,个亚类。,5,、异构酶类,催化同分异构体之间的相互转化。,通式：,AB,其中：,A,、,B,为同分异构,包括消旋酶、异构酶、变位酶等。共,6,个亚类。,6,、合成酶类,催化由两种物质合成一种物质，必须与,ATP,分解相偶联。也叫连接酶，如,DNA,连接酶。,通式：,A+B+ATPAB+ADP+Pi,或,A+BAB+AMP+PPi,共,5,个亚类。,归纳,：氧 转 水 裂 异 合,（二）按酶的结构分类,1.,单体酶,由,一条肽链,构成的酶称为单体酶,2.,寡聚酶：,由多条肽链以,非共价键,结合而成的酶,3.,多酶体系：,一些,功能相关的酶,组织在一起，形成一个酶系,4.,多酶融合,(,复合,),体：,一条肽链上有,多种酶活性,，称为多酶复合体,（三）按化学组成,单纯酶及结合酶,单纯酶：完全由蛋白质（氨基酸）组成，无辅助因子。属简单蛋白质，如水解酶,结合酶,：属结合蛋白，除蛋白质外，还有非蛋白部分,辅助因子,：金属离子或有机小分子,酶蛋白决定酶的专一性；辅助因子决定催化反,应性质和基团电子等传递,辅助因子分类,（按其,与酶蛋白结合的紧密程度,）,辅酶,(coenzyme):,与酶蛋白结合,疏松，可用,透析或超滤的方法除去。,辅基,(prosthetic group):,与酶蛋白结合,紧密，不能用,透析或超滤的方法除去,。,第三节 酶催化作用的结构基础,一 酶分子结构的特征,1,酶的活性部位,活性部位（中心）：,与底物结合并与酶的催化作用直接相,关的部位称为酶的活性部位（中心）。,必需基团：,利用化学修饰将其改变能破坏酶活性的相关基,团称为必需基团,酶分子结构特征,酶蛋白,非必需基团,必需基团,活性中心,活性中心,以外基团,结合基团,催化基团,酶活性中心的示意图,酶的活性中心,酶的活性中心,活性中心的氨基酸按功能可分为：,结合部位,：,负责识别特定的底物并与之结合。它们决定了酶的底物专一性。,催化部位,：,起催化作用的，底物的敏感键在此被切断或形成新键，并生成产物。,Asp,His,Ser,胰凝乳蛋白酶的活性中心,活性中心重要基团,:,His,57, Asp,102, Ser,195,3,活性中心的研究方法,1.,酶分子侧链基团修饰法,(1),非共价特异修饰法：,(2),特异性共价修饰法,(3),亲和标记法,2.,动力学参数测定方法,3.X,射线晶体结构分析法,4.,定点诱变法,二 酶原及酶原的激活,没有催化活性的酶的前体称为酶原（,zymogen,）。,由酶原转变成具有催化作用的酶的过程称为酶原的激活（,activation,）。,这是一个化学变化过程，实质是形成活性中心的过程。,第四节 酶催化作用机理,一 酶催化作用机理,降低分子的活化能。,有效碰撞,-,活化分子,-,活化能,中间产物学说,中间产物,-,过渡态,E+S=ES=EP P+S,过渡态,中间产物学说及活化能,1903,年,Henri,Wurtz,提出,如何降低活化能？高效催化的因素,邻近定位效应,张力与形变,一般酸碱催化,共价催化,金属离子催化,底物与酶的邻近效应及定向效应,邻近效应：,指酶与底物形成中间复合物,(ES),后，使催化基团与底物结合成同一个分子而使有效浓度得到极大的提高。,定向效应：,指酶的催化基团与底物的反应基团之间,正确取位,所产生的效应,包括,反应基团之间、酶催化基团和底物反应基,团之间。活性中心内定向使反应变成,分子,内,反应,底物的形变及诱导契合,酸碱催化,狭义：,H,+,OH,-,参与的催化,广义：,H,+,OH,-,的供体或受体参与的催化,机制,在机体内，多数处于中性条件，所以狭义酸碱催化所以占比例很小，多数是弱酸弱碱参与的反应,共价催化：,又称亲核催化或亲电子催化,亲核试剂或亲电子试剂能分别,释放电子,或,汲取电子,并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速形成不稳定的,共价中间复合物,常见的亲核基团有：,Ser-OH,Cys,-OH His-OH,典型的亲电子中心有：磷酰基、酰基、糖基,金属离子催化,提高水的亲核性能,五 几种酶结构事例（略）,第五节 酶促反应的动力学,有哪些因素影响酶促反应呢？,酶浓度、底物浓度、温度、,pH,、激活剂、抑制剂,一 酶浓度的影响,底物浓度足够的情况下：,v=,kE,V=,kEt,二 底物浓度对反应速度的影响,（一）酶催化单底物反应（多底物非常复杂）,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,Vmax,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,。,S,V,Vmax,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,S,V,Vmax,S,初,速,度,v,0,V,m,a,x,K,m,1,/,2,V,m,a,x,_,图,5,-,1,4,底,物,浓,度,对,酶,促,反,应,速,度,的,影,响,b,c,a,在酶促反应起始时阶段反应速率迅速增高呈,这种反应速率与底物浓度呈正比的反应为一级反应（,a,段,）。,直线上升，,当反应体系中酶分子大部分与底物结合时，反应速率的增高则渐渐变缓，即反应的第二阶段为混合级反应,(b,段,),。,S,初,速,度,v,0,V,m,a,x,K,m,1,/,2,V,m,a,x,_,图,5,-,1,4,底,物,浓,度,对,酶,促,反,应,速,度,的,影,响,b,c,a,底物浓度继续增加，所有的酶分子均被底物饱和，反应速率不再增加，此时反应速率与底物浓度的增加无关,反应为零级反应,(c),，,曲线出现平坦。,S,初,速,度,v,0,V,m,a,x,K,m,1,/,2,V,m,a,x,_,_,图,5,-,1,4,底,物,浓,度,对,酶,促,反,应,速,度,的,影,响,b,c,a,酶促反应速度,V,与底物浓度,S,的关系,（二）,Michaelis-Menten,方程和米氏常数,米氏方程式推导来源于中间产物学说,解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理的学说是中间产物学说。该学说认为酶促反应形成酶底物复合物（,ES,），,即中间产物，然后此复合物再分解为产物和游离的酶。,E,+,S,E,S,E,+,P,k,1,k,2,k,3,酶,底,物,中,间,产,物,产,物,酶,米氏方程式（,Michaelis,equation,）：,V,max,为最大反应速率（,maximum,velocity,）,S,为底物浓度,K,m,为米氏常数（,Michaelis,constant,）,V,为不同,S,时的反应速率,V,m,a,x,S,K,m,+,S,V,=,米氏方程式的推导以两个假设为前提：,稳态观念，当酶促反应趋于稳态时,ES,的生成速率与分解速率相等。,酶促反应中,S,大大高于,E,，,因此,S,的变化在反应过程可忽略不计。,（三）,K,m,和,V,max,的意义,1.,当反应速率为最大速率一半时，米氏方程为：,K,m,=S,这表示,K,m,值等于酶促反应速率为最大速率一半时底物浓度。,2.,一些酶的,K,2,K,3,，即,ES,解离成,E,和,S,的速率明显超过分解成,E,和,P,的速率，,K,3,可忽略不计，即此时,m,近似,ES,的解离常数,K,s,。,在这种情况下,K,m,可表示酶和和底物的亲和力。,3.,K,m,值是酶的特征性常数，它与酶结构，酶所催化的底物和反应环境如温度、,pH,、,离子强度等有关，而与酶浓度、底物浓度无关。,实际意义：,判断最适底物；推测天然底物；推断正逆向催化反应效率。,（,四）,K,m,和,V,max,的测 定,Lineweaver,和,Burk,将米氏方程作双倒数变换处理，将矩形双曲线变成直线作图，便可较容易地用该直线求得,V,max,和,K,m,。,2,双底物酶促反应动力学,顺序机制,有序顺序机制,随机顺序机制,乒乓机制,三 温度对酶促反应的影响,酶促反应速率最大时的环境温度称为酶促反应的最适温度（,optimum temperature,）。,温度对酶促反应速率的影响,四,pH,对酶促反应速率的影响,酶催化活性最大时的环境的,pH,称为酶促反应的最适,pH( optimum pH),。,各种酶的最适,pH,不同。,动物体内酶最适,pH,在,6.5,8,之间，少数酶也有例外，如胃蛋白酶的最适,pH,为,1.8,，精氨酸酶的最适,pH,为,9.8,。,植物为,4.5,6.5,。,最适,pH,不是酶的特征性常数，它受底物浓度，缓冲液的浓度和种类及酶的纯度等影响。,pH,对酶促反应速率的影响,典型,非典型,温度对酶促反应速率的影响,pH,对酶促反应速率的影响,典型,五 激活剂的影响,凡是能提高酶活性加速酶促反应的物质都称为激活剂（,activator,）。,1,无机离子,金属离子：,K,+,Na,+,Ca,2+,Mg,2+,Zn,2+,Fe,2+,阴离子：,Br,-,Cl,-,I,-,CN,-,PO,3,4-,2,小分子有机化合物,还原剂（抗坏血酸、,GSH,等）、,EDTA,3,生物大分子,蛋白激酶系统；霍乱毒素激活腺苷酸环化酶,激活剂的作用具有选择性。,六 抑制剂的影响,抑制剂（,inhibitor,）,使酶活力下降，但不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用。,能引起抑制作用的物质叫做酶的抑制剂。,抑制剂与酶分子上的某些必需基团反应，引起酶活力下降，甚至丧失，但并不使酶变性。,凡使蛋白质,变性,而引起酶活力丧失的作用称为失活作用。蛋白变性都可以失去活性，,变性剂,没有选择性，而抑制剂一般有选择性。,抑制作用的类型,非专一性不可逆抑制,不可逆抑制作用 专一性不可逆抑制,抑制作用 竞争性抑制,可逆抑制作用 非竞争性抑制,反竞争性抑制,1,不可逆抑制,(irreversible inhibition),此类抑制剂通常以,共价键,与酶结合，不能用透析、超滤等方法除去。多为非生物物质。,按抑制剂的选择性，又可分为：,专一性与非专一性不可逆抑制剂。常见：,（,1,）重金属离子、有机汞、有机砷化合物,多与活性中心,-SH,结合，抑制含,-SH,酶。,（,2,）有机磷化合物,能与酶活性中心的丝氨酸共价结合而使酶失去活性。如有机磷农药、敌敌畏、敌百虫等。称为神经毒剂。,胆碱酯酶与中枢神经传到有关。分解乙酰胆碱为乙酰和胆碱,（,3,）氰化物和一氧化碳 抑制呼吸链,2,可逆抑制作用（,reversible inhibition,）,分成三种情况：,竞争性抑制作用（,competitive inhibition,）,非竞争性抑制作用（,noncompetitive inhibition,）,反竞争性抑制作用（,uncompetitive inhibition,）,（,1,）竞争性抑制,抑制剂和底物竞争性与酶结合产生的竞争作用。,v,=,Vmax,S,Km(1+ ),I,Ki,+,S,特点,抑制剂结构与底物类似，结合部位相同,与,活性中心,结合，酶活性降低,Km,增大。抑制剂浓度与其抑制程度成正比。,Vmax,不变。可以通过增加底物浓度的方法克服抑制。,双倒数直线相交于,纵,轴,草酸盐,草酰乙酸,丙二酸,戊二酸,（,2,）非竞争性抑制,底物和抑制剂与酶都可以结合，形成三元复合物。,E,E,E,E,E,E,E,v,=,Vmax,(1+ ),I,Ki,+,S,Km,S,特点：,酶可以同时与底物和抑制剂结合，两者结构不同，没有竞争。,与,酶活性中心以外,的基团结合，,(,大部分与巯基结合,),抑制剂浓度与其抑制程度成正比，但,不能,通过增加底物浓度使抑制程度减小,动力学参数：,K,m,不变,V,max,变小，,双倒数直线相交于,横,轴,非竞争性抑制双倒数曲线,（,3,）反竞争性抑制,v,=,Vmax,(1+ ),I,Ki,+,S,Km,S,(1+ ),I,Ki,反竞争性抑制作用,特点：,酶必须与底物结合后才能与抑制剂结合,与,酶活性中心以外,的基团结合,抑制程度与,I,及,S,均成正比，,不能,通过增加底物浓度使抑制程度减小,.,相反，底物浓度越大，抑制作用越强。,动力学参数：,K,m,、,V,max,均变小，,双倒数直线是一组平行线,反竞争性抑制作用,七 过渡态类似物,潜在抑制剂,E +S=ES-P+E,第六节 重要酶类及其活性调节,一 多酶体系（,multible,enzyme,）,功能上相关的一个酶按照一定顺序组合在一起形成的组合体。效率高，方便调节。,二、同工酶（,Isoenzyme,）,功能相同但分子结构不同的酶称谓同工酶。,同一种属中由不同基因或等位基因编码的多肽链所形成的单体、纯聚体和杂交体，能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构、性质及至免疫学性质均不相同的一组酶。,存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中，甚至同一组织、同一细胞中。,H,H,H,H,H,H,H,M,H,H,M,M,H,M,M,M,M,M,M,M,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),乳酸脱氢酶的同工酶,用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；,同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；,同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,三、抗体酶,也叫催化性抗体（,catalytic antibody,），,是一种具有催化功能的抗体分子。,四、,模拟酶,模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。,五 固定化酶,六 酶的活性调节,可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为,限速酶或关键酶。,限速酶,/,关键酶,(rate-limiting enzyme / key enzyme),1.,催化非可逆反应,特点,2.,催化效率低,3.,受激素或代谢物的调节,4.,常是在整条途径中催化初始反应的酶,5.,活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向,酶活性调节方式：,酶的,活性,调节,(,快,),酶的,数量,调节,(,慢,),一、酶活性的调节,（一）,别构,(,变构,),调节,1.,定义：酶分子的,非催化部位,与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进行改变酶的活性状态，称为别构调节。,别构酶：具有别构作用的酶。,别构剂：能使酶发生别构作用的物质,2.,分类：,相同（均为底物）：同促效应（,homotropic,effect,）,不同（效应调节物）：异促效应,（,heterotropic,effect,）,根据配体结合后对,后继,配体的影响,根据,配体,性质,正,协同,效应,（,positive cooperative effect,）,负,协同,效应,（,negative cooperative effect,）,当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变,相邻亚基,的,构象,而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的,协同效应,。,别构激活剂,别构抑制剂,3,判断,用饱和比值,Rs,（,CI,：,协同指数）来表示：,Rs,81,1/n,n:,代表协同系数（,Hill,系数,）,正协同效应,:n1 R,S,81,负协同效应,:n81,位点被,90%,饱和时的底物浓度,位点被,10%,饱和时的底物浓度,4.,别构酶的特点,（,1,）一般是,寡聚酶,，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位，即,活性中心,和,别构中心,（,2,）具有别构效应。,指酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以,影响,酶和另一个配体（底物）的结合能力,。,（,3,）,位于代谢的关键分子点上,（,4,）动力学：,S,形曲线,别构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具 有别构效应，动力学曲线为,形。,变构激活,变构抑制,变构酶的形曲线,S,V,无变构效应剂,别构模型,（,1,）协同模型,（对称模型、齐变、,WMC,模型）,1965,年由,Monod,、,Wyman,和,Changeux,提出。,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,T,状态（对称亚基）,R,状态（对称亚基）,S,S,S,S,对称亚基,对称亚基,齐步变化,113,要点：,亚基组成数目确定，地位相同，对称,每个亚基只有一个结合位点,每种亚基有两种状态，无杂合状态,变构后,对称,不变,序变模型,（,KNF,模型）,1966,年由,Koshland,、,Nemethy,和,Filmer,提出。,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,亚基全部处于,R,型,亚基全部处于,T,型,依次序变化,要点：,配体与亚基结合后才诱导状态的改变,配 体不在时只有一种构象状态,构象改变,序变,进行，存在杂合态,效应可正可负,举例：天冬氨酸转氨甲酰酶,(,ATCase,),ATCase,的结构及其催化链的别构过度作用,无催化活性构象,(T-,型,),C,C,C,C,C,C,R R R R R R,有催化活性构象,(R-,型,),C,C,C,C,C,C,R R R R R R,ATP,（,正效应剂）,CTP,（,负效应剂）,（二）共价调节,在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生,可逆,的,共价,结合，,从而使酶在,活性,形式与,非活性,形式之间相互转变,，此过程称为共价修饰。,常见类型,磷酸化与脱磷酸化,（最常见）,乙酰化和脱乙酰化,甲基化和脱甲基化,腺苷化和脱腺苷化,共价调节特点：,放大效应,酶处于活性及相对非活性状态,（三）酶原激活,酶原从前体蛋白质变成活性酶的过程称为酶原激活,糜蛋白质酶,胃蛋白酶,胰蛋白酶,凝血酶,二、酶数量的调节,（一）合成速度调节,诱导酶：,在正常细胞中含量极少或没有，当细胞中加入特定诱导物后，诱导产生的酶，含量在,诱导物,存在下显著增高，诱导物往往是该酶的底物或底物类似物,结构酶：指正常细胞内存在的酶，它的含量较稳定，受外界因素影响很小。,主要受,基因,和,代谢,双重调控,（二）降解速度的调控：,第七节酶活力及酶工程,一,酶活力和测定,1.,定义：,用在一定条件下，酶催化某一反应的,反应速度,表示。反应速度快，活力就越高。,表示方法：单位时间、单位体积中底物的减少量或,产物,的增加量。,2.,国际酶学会标准单位：,(1)IU,在特定条件下，,1,分钟内能转化,1,mol,底物所需的酶量，称一个国际单位（,IU,）。,特定条件：,25,pH,及底物浓度采用最适条件,(2),Kat,(,也称催量单位,),1972,年,在最适条件下，每秒钟能催化,1mol,底物转化为产物所需的酶量规定为,1 Kat,单位,Kat,和,IU,的关系：,1Kat=6x10,7,IU,3.,其他表示方法,(1),酶的比活力,(Specific activity),每毫克酶蛋白所具有的酶活力。酶的比活力是分析酶的纯度是重要指标。,单位：,U/mg,蛋白质。,有时用每,克,酶制剂或每,毫升,酶制剂含有多少个活力单位表示。,(2),酶的转换数,(TN),亚基或催化中心活性定义：每,mol,的活性亚基或 活性中心 在,一秒,内转化的底物 的,mol,数，称为转换数,TN,也叫催化常数,K,cat,二、酶活力测定方法：,（一）终点法：,测反应完成所需要的时间,（二）动力学方法,1.,比色法,2.,量气法,3.,滴定法,4.,分光法,5.,放射法,6.,酶偶联分析法,7.,电化学法,三、酶的纯度,：,比活力,=,活力单位数,/,毫克蛋白（氮）,纯化倍数,= ,每次比活力,第一次比活力,产率,%,（回收率）,= 100,每次总活力,第一次总活力,四、酶的分离纯化,酶分离的一般原则,（胞内、胞外；低温）,具体过程,选材破碎抽提分离纯化,方法,1.,根据溶解度不同,:,（盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、选择性沉淀法）；,2.,根据酶与杂蛋白分子大小的差别：,（凝胶过滤法、超离心法）；,3.,根据酶和杂蛋白与吸附剂之间吸附与解吸附性质的不同（吸附分离法）；,4,.,根据带电性质（离子交换层析法、电泳分离法、等电聚焦层析法）；,5.,根据酶与杂蛋白的稳定性差别（选择性变性法）；,6.,根据酶与底物、辅因子或抑制剂之间的专一性亲和作用（亲和层析法）。,五、酶工程,主要内容：研究酶生产、纯化、固定化技术、酶分子的修饰和改造及工农业、医药卫生等领域的应用,分化学酶工程及生物酶工程,（一）化学酶工程,天然酶,化学修饰酶,固定化酶,酶的固定化就是把水溶性酶经,物理（吸附法与包埋法）,或,化学方法（共价偶联法与交联法）,处理后，使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶于水的状态。,吸附法,：使酶被吸附于惰性固体的表面，或吸附于离子交换剂上。,包埋法,：使酶包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。,偶联法,：使酶通过共价键连接于适当的不溶于水的载体上。,交联法,：使酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成“网状”结构。,固定化酶,将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物,(,或载体,),上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形式，称固定化酶,(immobilized enzyme),。,包埋法,吸附法,共价偶联法,交联法,化学酶工程 亦称初级酶工程,主要由酶学与化学工程技术相互结合而形成,化学修饰,固定化处理 化学合成法,自然酶化学修饰酶固定化酶 化学人工酶,改善酶的性质以及提高催化效率及降低成本,研究和应用,固定化酶,-,指被结合到特定的支持物上并能发挥作用的一类酶。是化学酶工 程中具有强大生命力的主干。,四种方法,吸附 交联 共价结合 包埋,优点：,（,1,）、可以用离心法或过滤法很容易地将酶与反应液,分离开来。在生产中十分 方便有利,（,2,）、可以反复使用,达上千次,节约成本（,3,）、稳定性能好,人工酶,-,模拟酶的生物催化功能，用化学半合成法或化学全合成法合成的酶称人工酶,生物酶工程,在化学酶工程基础上发展起来的，是以酶学和,DNA,重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物。,亦称高级酶工程。,三个方面：,（,1,）用,DNA,重组技术大量地生产酶（,克隆酶,）（,2,）对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶（,突变酶,）（,3,）设计新的酶基因，合成自然界不曾有过的能稳定,催化效率更高的新酶,人体来源药物的种类,（一）血液制品,人血液制品可分为：,1.,全血制品,2.,血液成分制品,3.,血浆成分制品,4.,体液细胞内成分,红细胞,白细胞,血小板,血浆,细胞因子,凝血因子,蛋白质,补充：,血型,ABO,Rh,等,输血原则,主侧凝集反应,副侧凝集反应,生物技术血液代作品研究进展,1.,扩容剂,2.,携氧剂,高分子化合物全氟炭化合物,血红蛋白血红蛋白为基质的携氧剂,红细胞类,（,1,）血红蛋白类血液代用品,天然,HB,化学修饰,a:,交联,HB,b:,多聚,Hb,C:,共轭,Hb,脂质体包封血红蛋白 （,LEH,）,基因重组血红蛋白,a:,基因工程,Hb,b:,人,Hb,转基因动物,C:,人,Hb,转基因植物,（,2,）红细胞类血液代用品的研制,万能型红细胞,改型法,酶切法,抗原封闭法,造血干细胞定型培养法,