酶學(xué)基礎(chǔ)知識課件

關(guān)于酶學(xué)基礎(chǔ)知識第1頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第二章酶學(xué)基礎(chǔ)知識

第一節(jié)

酶的分類與命名第二節(jié)

酶（蛋白類酶）的結(jié)構(gòu)與功能第2頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)

酶的分類與命名大腸桿菌細胞中，3000種酶高等真核生物細胞中，5000種酶國際酶學(xué)委員會已知的酶見表1：第3頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三表1已知酶歷年增長統(tǒng)計資料來源與年份已知酶數(shù)量ReportoftheEnzymeCommission(1961)712EnzymeNomenclature(1964)874EnzymeNomenclature(1972)1770EnzymeNomenclature(1978)2122Supplements1-42252EnzymeNomenclature(1984)2477Supplements1-3(Eur.J.Biochem.)(1990)2966EnzymeNomenclature(1992)3169Supplements1-4(Eur.J.Biochem.)(1997)3702第4頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三酶的分類命名原則

分類命名方法：對于蛋白類酶現(xiàn)在普遍接受的是國際酶學(xué)委員會1961年制定的酶分類與命名法。對于核酸類酶由于其研究歷史不長，對于分類和命名還沒有統(tǒng)一的原則和規(guī)定。

第5頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三蛋白類酶與核酸類酶按照分子中起催化作用的主要組分不同，酶可以分為蛋白類酶（proteozyme，P酶）和核酸類酶（ribozyme，R酶，核酶）兩大類。兩者的顯著區(qū)別之一是蛋白類酶只能催化其他分子進行反應(yīng)，而核酸類酶卻可以催化酶分子本身也可以催化其他分子進行反應(yīng)。第6頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三一、蛋白類酶（P酶）的分類（1）

氧化還原酶類（2）

轉(zhuǎn)移酶類（3）

水解酶類（4）

裂合酶類（5）

異構(gòu)酶類（6）

連接或合成酶類1961年國際酶學(xué)委員會（EnzymeCommittee,EC）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型和機理，把酶分成6大類：第7頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（1）

氧化還原酶類催化氧化-還原反應(yīng)。供體：受體氧化還原酶主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和還原（氧化）酶(Oxidase)。例如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。第8頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（2）

轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶催化基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個底物分子的基團或原子轉(zhuǎn)移到另一個底物的分子上。供體：受體某基團轉(zhuǎn)移酶例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。第9頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（3）

水解酶類水解酶催化底物的加水分解反應(yīng)。底物名稱反應(yīng)集團位置水解酶主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應(yīng)。第10頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（4）

裂合酶類裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。底物裂解基團裂合酶主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反應(yīng)。第11頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（5）

異構(gòu)酶類催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)變。即底物分子內(nèi)基團或原子的重排過程。按異構(gòu)化類型分為6個亞類，異構(gòu)、消旋、變位、表異構(gòu)、順反異構(gòu)底物名稱亞類酶例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。第12頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（6）

合成酶類合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S

鍵的形成反應(yīng)。這類反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。A+B+ATP===AB+ADP+Pi

底物：底物連接酶

例如，谷氨酰胺合成酶催化的反應(yīng)。L－谷氨酸+氨+ATP===

L－谷氨酰胺+ADP+Pi第13頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三蛋白類酶的系統(tǒng)名、慣用名系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應(yīng)類型。乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+乳酸：NAD+氧化還原酶慣用名：只取一個較重要的底物名稱和反應(yīng)類型。乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶對于催化水解反應(yīng)的酶一般在酶的名稱上省去反應(yīng)類型。第14頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三EC.X.X.X.X乳酸脫氫酶

EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號蛋白酶的系統(tǒng)編號第15頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三編號系統(tǒng)命名習(xí)慣命名催化的反應(yīng)EC.1.1.1.27乳酸：NAD+氧化還原酶乳酸脫氫酶乳酸

+NAD+

→丙酮酸

+NADHEC2.6.1.1L-天冬氨酸：a-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶L-天冬氨酸+-酮戊二酸→草酰乙酸

+L-谷氨酸EC3.1.3.9D-葡萄糖-6-磷酸磷酸水解酶葡萄糖-6-磷酸酶D-葡萄糖-6-磷酸

+H2O→葡萄糖

+H3PO4EC4.1.2.13D-果糖-1，6-二磷酸：D-甘油醛-3-磷酸裂合酶醛縮酶D-果糖-1，6-二磷酸

→

磷酸二羥丙酮

+D-甘油醛-3-磷酸EC3.1.3.9D-葡萄糖-6-磷酸酮醇異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶D-葡萄糖-6-磷酸

D-果糖-6-磷酸EC6.3.1.2L-谷氨酸：氨連接酶谷氨酰胺合成酶ATP+L-谷氨酸

+NH3

→L-谷氨酰胺

+ADP+H3PO4第16頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三三、其他習(xí)慣歸類命名法單體酶和寡聚酶單純酶和結(jié)合酶恒態(tài)酶和調(diào)節(jié)酶胞內(nèi)酶、胞外酶

第17頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1.

單體酶和寡聚酶根據(jù)酶蛋白質(zhì)組成特點可將已知酶分為單體酶和寡聚酶。（1）

單體酶單體酶僅由單條肽鏈組成，相對分子質(zhì)量13000～35000，不能再解離成更小的組成單位。其中許多是催化水解反應(yīng)的酶，一般不需輔助因子。在單體酶中有一些是蛋白水解酶，它們多以無活性的酶原形式合成，在需要時再水解除去部分肽鏈轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。?8頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（2）

寡聚酶已知的酶絕大多數(shù)是寡聚酶，由相同或者不同的亞基組成，它們包含兩條或多條肽鏈，相對分子質(zhì)量通常超過35000。例如，糖酵解有關(guān)的酶都是包含2~4個亞基的寡聚酶。在寡聚酶中有許多是代謝途徑中的關(guān)鍵酶，它們的活性可通過多種方式，特別是通過別構(gòu)機制進行調(diào)節(jié)。第19頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2.單純酶和結(jié)合酶從酶的成分組成上看，可將酶分為單成分酶和雙成分酶兩種。或稱為單純酶和結(jié)合酶。單成分酶（單純酶）在催化過程中不需要輔酶，除了蛋白質(zhì)外不含其他成分。如：水解酶類的胃蛋白酶、胰蛋白酶、脲酶、核酸酶等。雙成分酶（結(jié)合酶）：又稱全酶，在催化反應(yīng)中需要有輔助因子，由蛋白和非蛋白兩部分組成。其中非蛋白部分稱為輔助因子，單純的輔助因子不呈現(xiàn)酶活力，只有兩者結(jié)合在一起形成全酶才顯示活力。如氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類中的許多酶。

全酶＝酶蛋白＋輔助因子第20頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3.

恒態(tài)酶和調(diào)節(jié)酶根據(jù)酶在代謝中所處的地位、含量與活性情況，也可以分成恒態(tài)酶與調(diào)節(jié)酶。恒態(tài)酶是構(gòu)成代謝途徑和物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系的基本組成成分，在細胞中恒態(tài)酶的含量相對恒定，其活性僅受反應(yīng)動力學(xué)系統(tǒng)本身的組成因素調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)酶是指在代謝途徑和物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系中起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶，它們的含量與活性常因機體的機能狀況而不同。按照其活性調(diào)節(jié)方式又可分為三種類型:潛態(tài)酶，別構(gòu)酶和多功能酶。第21頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（1）

潛態(tài)酶潛態(tài)酶是指那些通常以無活性的酶原狀態(tài)存在，而在機能需要時再轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)的酶。這種激活調(diào)節(jié)一般以級聯(lián)催化方式進行。包括兩種類型：一是不可逆的共價調(diào)節(jié)，即所謂的酶原激活。除了前述的消化性蛋白水解酶外，也包括那些具有生理功能的蛋白酶，例如凝血酶、溶血纖蛋白酶等都是通過這種方式調(diào)節(jié)的；二是可逆共價調(diào)節(jié)。第22頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（2）

別構(gòu)酶別構(gòu)酶，這些酶在結(jié)構(gòu)上除了具有能和底物相結(jié)合、并催化底物進行反應(yīng)的活性中心外，還具有能和效應(yīng)物相結(jié)合的調(diào)節(jié)中心。

第23頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（3）多功能酶多功能酶指具有一種以上催化活性的酶，他們有的是由不同亞基組成，還有一些別構(gòu)酶也是多功能酶。第24頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三4.

胞內(nèi)酶、胞外酶生物合成的酶有兩種類型:存在于胞內(nèi)或轉(zhuǎn)位通過細胞質(zhì)膜到胞外。第25頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（1）

胞內(nèi)酶胞內(nèi)酶是指在合成后仍留在細胞內(nèi)發(fā)揮作用的酶。酶在細胞內(nèi)存在部位是不同的，有些酶是“可溶的”，并不直接與細胞中任何特定結(jié)構(gòu)組分相連接；另一些酶則是“不溶的”,他們與細胞膜或細胞器結(jié)合，較難與細胞的組分分開，如線粒體上的酶。為從胞內(nèi)提取某種酶，一般要通過破壁、抽提、離心等步驟。

第26頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（2）

胞外酶胞外酶(又可稱為分泌型酶)是指可以穿過質(zhì)膜的任何酶，大多數(shù)是水解酶，多數(shù)工業(yè)用酶都是胞外酶。如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等。胞外酶優(yōu)點明顯，它比胞內(nèi)酶容易回收、純化，不必將細胞破碎，也不用去核酸，容易獲得高產(chǎn)(因為胞外酶生產(chǎn)不受可獲得的生物量的限制)。胞外酶的分泌位置由細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)所決定。第27頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三革蘭氏陽性菌的外殼由細胞質(zhì)膜和包圍在膜外面的壁組成。對革蘭氏陽性菌來說有兩類胞外酶：一類是合成后分泌到培養(yǎng)基中的胞外酶，如芽胞桿菌產(chǎn)生的淀粉酶、蛋白酶；另一類是分泌蛋白穿過膜后，結(jié)合于膜外表面的胞外酶。第28頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三革蘭氏陰性菌的細胞壁是由附著在細胞質(zhì)膜外的一層薄的粘肽組成，壁外面還有一層膜——外膜。兩層疏水膜之間是親水空間——周質(zhì)。陰性菌中有四種不同位置的分泌型酶，即分泌酶結(jié)合在內(nèi)膜外表面、分布在周質(zhì)中、結(jié)合在外膜上和分泌到培養(yǎng)基中，前三類均可用滲透壓沖擊法或用溶菌酶把細胞處理成球狀體釋放酶。第29頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三四、核酸類酶（催化核酸）核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應(yīng)和一些其它反應(yīng)。第30頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三核酸類酶的分類（1）根據(jù)酶作用的底物是其本身RNA分子還是其他分子，將核酸類酶分為分子內(nèi)催化R酶和分子間催化R酶兩大類。（2）在每個大類中根據(jù)酶的催化類型不同，將R酶分為若干亞類。第31頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1、分子內(nèi)催化R酶 分子內(nèi)催化酶是催化本身RNA分子進行反應(yīng)的一類核酸類酶。（1）自我剪切酶：在一定條件下催化本身RNA分子進行剪切反應(yīng)的R酶。它們都是RNA前體，可以在一定條件下進行自我催化，使RNA前體生成成熟的RNA分子和另一個RNA片斷。（2）自我剪接酶：在一定條件下催化本身RNA同時進行剪切反應(yīng)和連接反應(yīng)的R酶。它們也都是RNA前體。第32頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、分子間催化R酶分子間催化酶是催化其它分子進行反應(yīng)的核酸類酶。（1）RNA剪切酶：催化其他RNA分子進行剪切反應(yīng)的核酸類酶。（2）DNA剪切酶：催化DNA分子進行剪切反應(yīng)的核酸類酶。（3）多肽剪切酶：催化多肽剪切作用的核酸類酶。（4）多糖剪接酶：催化多糖剪切和連接反應(yīng)的核酸類酶。（5）多功能R酶：催化其他分子進行多種反應(yīng)的核酸類酶。第33頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)

酶（蛋白類酶）

的結(jié)構(gòu)與功能第35頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三一.蛋白類酶的基本組成單位－氨基酸蛋白類酶（P-酶）主要由蛋白質(zhì)組成。蛋白質(zhì)是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子化合物。氨基酸：分子中含有氨基（-NH2）和羧基（-COOH）的有機化合物。組成蛋白質(zhì)的氨基酸主要有20種。第36頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2.輔助因子

酶反應(yīng)的專一性取決于酶蛋白本身，而輔助因子則直接對電子、原子或某些化學(xué)基團起傳遞作用，決定反應(yīng)的性質(zhì)。酶的輔助因子可以是無機輔助因子——金屬離子（激活劑），也可以是小分子有機化合物（輔酶）。第37頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（1）無機輔助因子無機輔助因子主要是指各種金屬離子，尤其是各種二價金屬離子。1.鎂離子（Mg2+）2.鋅離子（Zn2+）3.鐵離子（Fe2+）4.銅離子（Cu2+）5.錳離子（Mn2+）6.鈣離子（Ca2+）第38頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三（2）有機輔助因子有機輔助因子是指雙成分酶中相對分子質(zhì)量較小的有機化合物。它們在酶催化過程中起著傳遞電子、原子或基團的作用。包括：煙酰胺核苷酸、黃素核苷酸、鐵卟啉、硫辛酸、核苷三磷酸、鳥苷、輔酶Q、谷光甘肽、輔酶A、生物素、硫胺素焦磷酸、磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。生物體內(nèi)B族維生素幾乎都是作為酶的輔助因子，參與細胞的代謝過程第39頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三二、酶的空間結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)功能決定于其結(jié)構(gòu)，不僅與其氨基酸組成（一級結(jié)構(gòu)）有關(guān)，而且還與其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)（二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)）。酶蛋白空間結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位：螺旋結(jié)構(gòu)、折疊結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)和卷曲結(jié)構(gòu)等。具有酶活性的蛋白質(zhì)都是球蛋白，球蛋白分子結(jié)構(gòu)有以下特征：第40頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1、空間結(jié)構(gòu)特征：(1)在球蛋白分子中一條肽鏈往往是通過一部分α-螺旋、一部分β-折疊、一部分β-轉(zhuǎn)角和一部分無規(guī)卷曲形成緊密的球狀構(gòu)象。(2)在球蛋白分子中，大多數(shù)非極性側(cè)鏈總是埋藏在分子內(nèi)部形成疏水內(nèi)核，而大多數(shù)極性側(cè)鏈總是暴露在小分子的表面上，形成一些親水區(qū)。第41頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(3)球蛋白的分子表面，往往有一個內(nèi)陷的空穴，往往是疏水區(qū)，對酶分子而言，此空穴正好容納一個或兩個小分子底物或大分子底物的一部分，即酶活性部位。(4)有些球蛋白具有四級結(jié)構(gòu)，這類球蛋白的分子中含兩條或多條多肽鏈，這些多肽鏈彼此以非共價鍵相連，每一條肽鏈都有自己的二、三級結(jié)構(gòu)。第42頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第43頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2.維持酶蛋白分子構(gòu)象的力蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是通過各種副價鍵聯(lián)結(jié)而成主要有：氫鍵、鹽鍵、二硫鍵、疏水作用、金屬鍵和范德華力等。

第44頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3.酶的活性中心

在酶分子上，并不是所有氨基酸殘基，而只是少數(shù)氨基酸殘基與酶的催化活性有關(guān)。這些氨基酸殘基雖然在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，該區(qū)域與底物相結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心(activecenter)或活性部位(activesite)。酶的活性中心一旦被破壞，酶將失去其催化活性。

第45頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

單純酶中，活性中心常由一些極性氨基酸殘基的側(cè)鏈基團所組成，如His的咪唑基、

Ser的羥基、Cys的巰基、Lys的ε-氨基、

Asp和Glu的羰基等；而對結(jié)合酶，除上述基團以外，輔酶或輔基上的一部分結(jié)構(gòu)往往也是活性中心的組成部分。第46頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三S-S活性中心外必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心必需基團底物肽鏈活性中心酶活性中心示意圖第47頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三氨基酸殘基的分類1960年，考施蘭德（Koshland）將酶分子中的氨基酸殘基分為以下四類：接觸殘基輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基非貢獻殘基