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第四章酶,enzyme,TheapplicationofenzymehasamuchlongerhistorythanthatofenzymaticresearchSeeatp319,第一节酶学概论,一、酶的概念及其作用特点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。生物催化剂：酶(enzyme)核酶(ribozyme)脱氧核酶(deoxyribozyme),1、酶与非生物催化剂相比的几点共性：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。加快反应速度但不改变化学反应平衡点。降低反应活化能。反应前后自身结构不变。,活化能在一定温度下1摩尔底物全部进入活化状态所需的自由能，单位为kj/mol。,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）。,非酶催化反应,过渡态,酶催化反应,底物,产物,3、酶催化反应的特点（1）、催化效率更高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。,转换数（TN)或催化常数（Kcat)表示酶的最大催化效率Kcat是一定条件下（SKm）每秒钟每个酶分子转换底物的分子数（数值上Kcat=K3）,P322表8-2一些酶的最大转换数,（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）、易失活反应条件温和常温、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。,二、酶的化学本质及其组成（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）,ribozyme核酶（具有催化功能的RNA）（1）80年代初，ThomasCech和SidneyAltman四膜虫L19RNA具有生物催化功能，催化rRNA前体的剪接（2）1983年Atman和PaceE.ColiRNaseP中的RNA具有加工tRNA前体的催化功能,（二）酶的化学组成单纯酶类(simpleenzyme)：仅由蛋白质组成脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等缀合酶类（conjugatedenzyme):全酶（holoenzyme)=脱辅基酶（apoenzye)+辅因子(cofactor)：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(prostheticgroup)：与酶蛋白结合较紧。,P324表8-4金属离子作为一些酶的辅助因子P325表8-5基团转移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。NAD+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。,（三）、单体酶、寡聚酶、多酶复合体、多酶融合体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RNase124a.a单链鸡卵清溶菌酶129a.a单链胰凝乳蛋白酶三条肽链,2、寡聚酶含相同亚基的寡聚酶：苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基含不同亚基的寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），2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。大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成：丙酮酸脱氢酶（E1）以二聚体存在29600二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）70000二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以二聚体存在25600012个E1二聚体249600024个E2单体24700006个E3二聚体1256000总分子量：560万,4、多酶融合体（多功能酶）一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，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（双功能酶）该酶是四聚体4，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,三、酶的分类及命名,（一）、习惯命名1.依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶2.依据催化反应的性质命名：水解酶、转氨酶3结合上述两个原则命名：琥珀酸脱氢酶。4.有时加上酶的来源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶,（二）、国际系统命名基本原则：明确标明酶的底物及催化反应的性质（底物为水时可略去不写）。P327表8-8酶国际系统命名法举例,（三）国际系统分类法及编号（EC编号）（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。（2）根据底物中被作用的基团或键的特点，将每一大类分为若干个亚类，编号用1、2、3。（3）每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1、2、3表示。每一个酶的编号由4个数字组成，中间以“”隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。,乙醇脱氢酶EC1.1.1.1，乳酸脱氢酶EC1.1.1.27，苹果酸脱氢酶EC1.1.1.37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。,P327表8-9酶的国际系统分类,氧、转、水、裂、异、合氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂合酶类异构酶类连接酶类（也叫：合成酶）,1、氧化还原酶类一类催化氧化还原反应的酶，可分为氧化酶和脱氢酶（1）氧化酶类催化底物脱氢，并氧化生成H2O2或H2OA2H+O2=A+H2O2（2）脱氢酶类催化直接从底物上脱氢的反应A2H+B=A+B2H这类酶需要辅酶（NAD）或辅酶（NADP）作为氢供体或氢受体起传递氢的作用。乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27），习惯名：乳酸脱氢酶以NAD为辅酶将乳酸氧化成丙酮酸,（四）六大酶类的特征和举例,2、转移酶类催化化合物某些基团的转移，即将一种分子上的某一基团转移到另一种分子上的反应AX+B=A+BXAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），习惯名：谷丙转氨酶,3、水解酶类催化水解反应，多为细胞外酶，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。AB+HOHAOH+BH亮氨酸氨基肽水解酶（EC3.4.1.1），习惯名：Ile氨肽酶。,4、裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应ABA+B二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），习惯名：醛缩酶,5、异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体相互转化，即分子内部基团的重新排列AB6-磷酸Glc异构酶,6、合成酶（连接酶）催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。A+B+ATPAB+ADP+Pi或A+B+ATPAB+AMP+PPiUTP：氨连接酶（CTP合成酶）,L-酪氨酸：tRNA连接酶（酪氨酰tRNA合成酶）T4DNA连接酶,国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异SOD：EC1.15.1.1，只有一个名称和编号2O2-+2H+H2O2+O2三类不同的SOD：CuZn-SOD真核生物细胞质中Mn-SOD真核生物线粒体中Fe-SOD同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结构也有很大不同。在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。,四、酶的专一性放在酶的作用机理中讲,五、酶的活力测定与分离纯化1、酶活力与酶促反应速度酶活力：在一定条件下，酶催化某一反应的反应速度（一般测初速度）。酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物的减少量或产物的增加量。单位：浓度/单位时间,研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准(底物消耗5%）。,2、酶的活力单位（U）国际单位（IU单位）：在最适反应条件下，每分钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量，称一个国际单位（IU），1IU=1mol/min国际单位（Katal,Kat单位）：在在最适反应条件下，每秒钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量，称Kat单位1Kat=60106IU,最适条件：最适温度（25或37）,最适pH、最适缓冲液离子强度、最适底物浓度。底物浓度（1）通常很大，使酶饱和（2）底物消耗5%,3、酶的比活力Specificactivity每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位：U/mg蛋白质。酶的比活力是分析酶的含量与纯度的重要指标。,4、酶活力的测定方法P336分光光度法荧光法同位素法电化学法,（二）酶的分离和纯化,大多数酶是蛋白质，因此酶的分离提纯方法，也就是常用来分离提纯蛋白质的方法。,酶的提纯,把酶制剂从很大体积浓缩到比较小的体积,把酶制剂中大量的杂质蛋白和其他大分子物质分离出去,判断分离提纯方法的优劣，两个指标来衡量,总活力的回收表示提纯过程中酶的损失情况,比活力提高的倍数表示提纯方法的有效程度,酶分离和纯化中应注意的几点：,（1）选材酶含量丰富的新鲜生物材料获得材料后立即开始，否则应低温保存（2）破碎（3）抽提低温下，以水或低盐缓冲液，抽提（4）分离及纯化操作条件要温和，05下进行,一个酶的分离纯化分为4步。步骤1234总活力（U）6432总蛋白质（mg）201052比活力（U/mg）6/204/103/52/2酶的提纯过程中，总蛋白减少，总活力减少，比活力增高。酶的纯化倍数：酶的回收率：100%,核酶抗体酶酶工程诱导酶同工酶后边讲,
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