生物化學(xué)第7章酶引論課件

生物化學(xué)第7章酶引論酶的早期利用公元前21世紀(jì)，我國(guó)人民就會(huì)釀酒19世紀(jì)中葉對(duì)發(fā)酵本質(zhì)的探討1833年P(guān)ayen和Persoz：淀粉糖化酶〔diastase〕19世紀(jì)70年代Pasteur：發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果1878年kühne:Enzyme-—“在酵母中〞1897年Büchner兄弟：用酵母提取液實(shí)現(xiàn)發(fā)酵〔1907年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)〕關(guān)于酶的化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)1926年，Sumner從刀豆種子中別離、純化得到了脲酶結(jié)晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)?！?949年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)〕1982年Cech從四膜蟲發(fā)現(xiàn)rRNA的自身催化作用，并提出了核酶〔ribozyme〕的概念?！?989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)〕酶反響機(jī)制的研究1894年Fisher，鎖鑰學(xué)說(shuō)。1903年Henri，中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)。1913年，Michaelis和Menten提出了酶促動(dòng)力學(xué)原理—米氏學(xué)說(shuō)。1925年，Briggs和Handane對(duì)米氏學(xué)說(shuō)做了一項(xiàng)重要修正，提出穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)。鄒承魯60年代初，提出酶蛋白必需基團(tuán)的化學(xué)修飾和活性喪失的定量關(guān)系公式和確定必需基團(tuán)數(shù)的方法，分別被稱為“鄒氏公式〞、“鄒氏作圖法〞。還提出了酶活性部位的柔性學(xué)說(shuō)主要內(nèi)容酶催化作用的特點(diǎn)酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的命名和分類酶的專一性酶的活力測(cè)定核酶酶分子工程9.1、酶催化作用的特點(diǎn)一、酶是催化劑——降低酶促反響活化能。9.1、酶催化作用的特點(diǎn)二、酶是生物催化劑反響條件溫和，常溫常壓，中性PH，酶易失活。酶具有很高催化效率，比非催化反響一般可提高108－1020倍。酶具有高度專一性〔反響專一性，底物專一性〕。酶活性受調(diào)節(jié)控制。酶活力受到調(diào)節(jié)和控制調(diào)節(jié)酶濃度激素控制反響調(diào)節(jié)抑制劑或激活劑調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)控、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)、酶原激活等。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成一、酶的化學(xué)本質(zhì)：目前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)酶符合蛋白質(zhì)的特性，是蛋白質(zhì)。有些酶的成分是RNA，稱為核糖酶。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成二、酶的化學(xué)組成簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)：除蛋白質(zhì)外，不含其它物質(zhì)。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。綴合蛋白質(zhì)：除蛋白質(zhì)外，還包含了非蛋白組分〔輔助因子〕。如細(xì)胞色素、丙酮酸氧化酶等。幾個(gè)概念：脫輔酶〔酶蛋白，apoenzyme，apoprotein〕、輔助因子〔cofactor〕、全酶(holoenzyme)、輔基(prostheticgroup)、輔酶(coenzyme)。9.2、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成三、單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體單體酶：通常由一條肽鏈組成，如溶菌酶。寡聚酶：二個(gè)或以上的亞基組成，亞基可以是一樣的，也可不同；通常是偶數(shù)個(gè)亞基，亞基之間以次級(jí)鍵結(jié)合；如蘋果酸脫氫酶、過(guò)氧化氫酶。多酶復(fù)合體：由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成。如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、脂肪酸合成酶復(fù)合體等。9.3、酶的命名與分類習(xí)慣命名：根據(jù)底物或作用性質(zhì)來(lái)進(jìn)展命名如淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、過(guò)氧化氫酶。國(guó)際系統(tǒng)命名：明確酶催化反響的底物與反響性質(zhì)，如：乙醇：NAD+氧化復(fù)原酶丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶脂肪：水解酶9.3、酶的命名與分類酶的國(guó)際系統(tǒng)分類1.氧化復(fù)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.合成酶〔連接酶〕類EC2.2.2.2酶的大類酶的亞類酶的亞亞類酶的流水號(hào)氧化-復(fù)原酶類Oxido-reductases氧化-復(fù)原酶催化氧化-復(fù)原反響。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反響：轉(zhuǎn)移(移換)酶類Transferases轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反響，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。

例如，谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反響。水解酶類hydrolases水解酶催化底物的水解反響。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，胰蛋白酶(trypsin)催化的肽鏈的水解反響：裂合〔裂解〕酶類Lyase主要包括醛縮酶、水化酶〔脫水酶〕及脫氨酶等。裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子而形成雙鍵的反響及其逆反響。例如，丙酮酸脫羧酶催化的反響：異構(gòu)酶類Isomerases異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。

例如，丙氨酸消旋酶催化的反響。合成酶類LigasesorSynthetases合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反響。這類反響必須與ATP分解反響相互偶聯(lián)。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi例如，谷氨酰胺合成酶催化的反響。9.4、酶的專一性酶的專一性即特異性〔substratespecificity〕指酶對(duì)它所作用的底物有嚴(yán)格的選擇性。一種酶只能作用于某一種或某一類構(gòu)造性質(zhì)相似的物質(zhì)。酶的專一性類型：構(gòu)造專一性和立體異構(gòu)專一性。構(gòu)造專一性〔１〕絕對(duì)專一性〔Absolutespecificity)有些酶對(duì)底物的要求非常嚴(yán)格，只作用于一個(gè)特定的底物。這種專一性稱為絕對(duì)專一性〔Absolutespecificity)。例如：脲酶、麥芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡索酸水化酶〔只作用于反丁烯二酸〕等。構(gòu)造專一性〔２〕相對(duì)專一性(RelativeSpecificity)：對(duì)象不是一種底物，而是一類化合物或一類化學(xué)鍵。包括：族(group)專一性〔對(duì)鍵兩端的基團(tuán)要求的程度不同，只對(duì)其中一個(gè)基團(tuán)要求嚴(yán)格〕。如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所構(gòu)成的糖苷水解，但對(duì)于糖苷的另一端沒(méi)有嚴(yán)格要求。胰蛋白酶，水解鹼性氨基酸的羧基形成的肽鍵。鍵(Bond)專一性。如酯酶催化酯的水解，對(duì)于酯兩端的基團(tuán)沒(méi)有嚴(yán)格的要求。立體異構(gòu)專一性StereochemicalSpecificity，stereospecificity〔１〕旋光異構(gòu)專一性酶的一個(gè)重要特性是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反響。即當(dāng)?shù)孜锞哂行猱悩?gòu)體時(shí)，酶只能作用于其中的一種。例如，淀粉酶只能選擇性地水解D－葡萄糖形成的1，4－糖苷鍵；L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化；乳酸脫氫酶只對(duì)L-乳酸是專一的。立體異構(gòu)專一性StereochemicalSpecificity，stereospecificity〔２〕幾何異構(gòu)專一性

geometricalspecificity有些酶只能選擇性催化某種幾何異構(gòu)體底物的反響，而對(duì)另一種構(gòu)型那么無(wú)催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸即反－丁烯二酸水合生成蘋果酸，對(duì)馬來(lái)酸〔順－丁烯二酸〕那么不起作用。酶作用專一性的假說(shuō)鎖鑰學(xué)說(shuō)〔1894年EmilFischer〕—lockandkey或模板學(xué)說(shuō)〔temolate〕：認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性構(gòu)造的，酶外表具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。酶作用專一性的假說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)〔1958年D.Koshland)inducedfit：該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶外表并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀,從而有利于底物的結(jié)合?！菜膫€(gè)要點(diǎn)〕誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)酶有其原來(lái)的形狀，不一定一開場(chǎng)就是底物的模板底物能誘導(dǎo)酶蛋白的形狀發(fā)生一定變化〔專一性結(jié)合〕當(dāng)酶的形狀發(fā)生變化后，就使得其中的催化基團(tuán)形成正確的排列。在酶反響過(guò)程中，酶活性中心構(gòu)象的變化是可逆的。即酶與底物結(jié)合時(shí)，產(chǎn)生一種誘導(dǎo)構(gòu)象，反響完畢時(shí)，產(chǎn)物從酶外表脫落，酶又恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。InducedFitInducedFitInducedFitcatalyzesphosphorylationofglucosetoglucose6-phosphateduringglycolysissuchalargechangeinaprotein’sconformationisnotunusualBUT:notallenzymesundergosuchlargechangesinconformationnotonlyenzymeschangetheirconformations;manystructural/’motor’proteinsundergolargeconformationalchangesduringtheir‘cycles’hexokinase9.5、酶的活力測(cè)定和別離純化酶活力(Enzymeactivity)酶活力是指酶催化某一反響的能力，通常用反響產(chǎn)物的增加速率來(lái)表示。測(cè)定時(shí)通常測(cè)定反響初速率。(以底物濃度的變化在5%以內(nèi)的速率為初速率)9.5、酶的活力測(cè)定和別離純化酶的活力單位〔U-activityunit〕1961年，提出用“國(guó)際單位〞〔IU〕表示酶活力，即：1個(gè)酶活力單位，是指在特定條件下，1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾有關(guān)基團(tuán)的酶量。(25C,最適底物濃度和最適pH〕1IU=mol/min1972年，提出新的酶活力國(guó)際單位：最適條件下，每秒鐘能催化1mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量，定為1Kat=1mol/s所以：1Kat=60X106IU酶的比活力：酶的比活力用來(lái)表示酶的純度，即每mg蛋白質(zhì)所含的酶活力單位。比活力=活力U/mg蛋白質(zhì)=總活力U/總蛋白mg有時(shí)也用單位酶制劑中含有的活力單位來(lái)表示，如U/g,U/mL。9.5、酶的活力測(cè)定和別離純化酶活力測(cè)定方法〔1〕分光光度法〔spectrophotometry〕：多利用產(chǎn)物在紫外或可見光局部的光吸收性質(zhì)，選擇適當(dāng)波長(zhǎng)，測(cè)定反響過(guò)程的進(jìn)展情況。簡(jiǎn)便、節(jié)約時(shí)間和樣品，可以檢測(cè)nmol/L水平的變化。〔2〕熒光法(fluorometry)：主要利用底物或產(chǎn)物的熒光性質(zhì)。靈敏度高，但易受到干擾?！?〕同位素測(cè)定法：同位素標(biāo)記底物，反響后經(jīng)別離，檢測(cè)產(chǎn)物的脈沖數(shù)，即可換算成酶的活力單位。靈敏度最高?！?〕電化學(xué)方法：pH計(jì)、氧電極法農(nóng)藥殘留分析——分光光度法測(cè)乙酰膽堿酯酶活性9.6、核酶核酶有些RNA具有生物催化功能，統(tǒng)稱為ribozyme。1982年，Cech等以原生動(dòng)物嗜熱四膜蟲為材料，研究rRNA的基因轉(zhuǎn)錄問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)：rRNA前體在鳥苷和Mg2+存在下,切除自身的內(nèi)含子，使兩個(gè)外顯子拼接起來(lái)，成為成熟的rRNA分子。進(jìn)一步研究證明，這個(gè)內(nèi)含子RNA分子具有特定的三維構(gòu)造，可以再進(jìn)展催化反響。9.6、核酶核酶作用的特點(diǎn)化學(xué)本質(zhì)：RNA，DNA底物：RNA，肽鍵，葡聚糖，DNA反響特異性(專一性〕：堿基催化效率：低9.6、核酶核酶的分類剪切型核酶剪接型核酶根據(jù)催化反應(yīng)錘頭核酶I內(nèi)含子II內(nèi)含子發(fā)夾核酶丁型肝炎病毒（HDV)核酶RNaseP9.7、酶工程簡(jiǎn)介化學(xué)酶工程天然酶化學(xué)修飾酶固定化酶人工模擬酶〔抗體酶〕9.7、酶工程簡(jiǎn)介酶固定的方法有：1、交聯(lián)法：使酶分子依靠雙功能基團(tuán)試劑交聯(lián)聚合成“網(wǎng)狀〞構(gòu)造。2、偶聯(lián)法：使酶通過(guò)共價(jià)鍵連接于適當(dāng)?shù)牟蝗苡谒妮d體上。3、包埋法：使酶包埋在凝膠的格子中或聚合物半透膜小膠囊中。4、吸附法：使酶被吸附于惰性固體的外表，或吸附于離子交換劑上。9.7、酶工程簡(jiǎn)介抗體酶本質(zhì)上是免疫球蛋白，但是在可變區(qū)被賦予了酶的屬性，稱為抗體酶。思路：根據(jù)中間復(fù)合物學(xué)說(shuō)，酶要與其底物形成過(guò)渡態(tài)中間復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物中的底物處于一種舊鍵將斷未斷、新鍵將成未成的狀態(tài)，叫做過(guò)渡態(tài)底物。然后，產(chǎn)物才被釋放。反過(guò)來(lái)，如果有一種物質(zhì)能夠與過(guò)渡態(tài)底物專一接合，那它是否能成為該底物的酶呢？抗體酶的制造方法：首先要設(shè)計(jì)出過(guò)渡態(tài)底物的類似物。將其注入動(dòng)物體內(nèi)，誘導(dǎo)出抗體，提取抗體，將