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Enzyme第一节酶的概念及特点第一节酶通论提问：什么是酶？•酶是生物催化剂•生物体内一切生化反应都需要酶的催化才能进行！•性能远远超过人造催化剂。一、酶的概念生物体内的反应是在很温和的条件（如温和的温度、接近中性的pH）下进行的，而同样的反应若在非生物条件下进行，则需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件。酶的概念—酶是由生物细胞产生的以蛋白质为主要成分的生物催化剂。酶催化作用并不局限于活细胞内，在许多情况下，细胞内产生的酶需分泌到细胞外或转移到其它组织器官中发挥作用，如胰蛋白酶、脂酶、淀粉酶等水解酶。把由细胞内产生并在细胞内发挥作用的酶称为胞内酶，而将细胞内产生后分泌细胞外起作用的酶叫胞外酶。一、酶的概念在本章节中把酶所催化的反应称作酶促反应，发生化学反应前的物质称底物（substrate），而反应后生成的物质称产物（product）。一、酶的概念1.酶具有共同于一般催化剂的特征用量少;只能催化热力学上允许的反应;不改变反应的平衡点，而只能缩短时间。催化机理都是降低反应所需的活化能。二、酶的特性一般催化剂反应活化能反应总能量变化酶促反应活化能非催化反应活化能初态终态能量改变活化过程酶促反应降低活化能过渡态酶促反应的速度比非酶促反应通常要快105~1017倍如此高的催化效率使生物体内含量甚微的酶能催化大量的物质转化。2.酶不共同于一般催化剂的特征催化效率极高二、酶的特性用简单的实验证明酶的催化效率：铁屑肝糜肝糜(煮)2H2O22H2O+O21000109二、酶的特性2.酶不共同于一般催化剂的特征铂：催化许多反应，包括有机反应H+：淀粉、脂肪、蛋白质、蔗糖等酶：只作用于结构近似的分子，甚至只催化一种化合物。专一性很强二、酶的特性2.酶不共同于一般催化剂的特征酶对环境条件极为敏感酶活性可以调控需要辅因子二、酶的特性酶催化的专一性(specificity):是指酶对它所催化的反应及其底物具有的严格的选择性。通常一种酶只能催化一种或一类化学反应。1.绝对专一性—除一种底物外，酶都不能催化其它反应的特性三、酶的专一性及其类型H2NNH2CO2NH3+CO2脲酶H2O2相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。A基团专一性(groupspecificity)—在催化A-B化合物中，酶对其中的一个基团具有高度甚至是绝对专一性，而对另一个基团则具有相对专一性的特性。OCH2OHOHOHOHOR葡萄糖苷三、酶的专一性及其类型a-葡萄糖苷酶2相对专一性—酶能催化在结构上类似的一系列化合物反应特怔。B键专一性(bondspecificity)—在催化A-B化合物中，酶对A,B基团的结构要求不严，而要求有一定的化学键便能进行催化反应特性。三、酶的专一性及其类型C立体专一性(stereospecificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。a.立体异构专一性:三、酶的专一性及其类型C立体专一性(stereospecificity)—一种酶只能对一种立体异构体起催化作用，对其对映体则全无作用的特性。B.几何异构专一性:HOOCCHHCCOOH延胡索酸延胡索酸酶CH2COOHCHCOOHHO苹果酸三、酶的专一性及其类型Summry绝对专一性一种酶只能催化一种底物。如6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶。立体专一性一种酶只能对一种立体异构体起催化作用。相对专一性键专一性一种酶只作用于一定的化学键，对键两侧的基团无要求。如酯酶。基团专一性不仅要求底物具有一定的化学键，还对键某一侧的基团有选择性。如磷酸单酯酶。三、酶的专一性及其类型迄今为止所发现的4000多种酶中，现已有2500余种酶被鉴定出来，用于生产实践的酶有近200种，其中半数用于临床。1.习惯命名法1961年以前，人们根据酶作用的底物名称、反应、性质及酶来源，对该酶冠名。四、酶的命名如己糖激酶、蛋白酶、脲酶底物名+“酶”1.习惯命名法如己糖激酶、乳酸脱氢酶、DNA聚合酶反应类型+“酶”1.习惯命名法如胃蛋白酶酶的来源1.习惯命名法这种命名法缺乏科学系统性，易产生“一酶多名”或“一名多酶”问题。如分解淀粉的酶，若按这种命名法则有三种名称，如淀粉酶、淀粉水解酶和细菌淀粉酶。对于淀粉酶来说，强调的是底物；对淀粉水解酶来说，既强调底物又指出酶催化反应的性质；而细菌淀粉酶强调的是酶的来源和作用的对象。问题1.习惯命名法该命名法规定，每种酶的名称应明确标明底物及所催化反应的特征，即酶的名称应包含两部分：前面为底物，后面为所催化反应的名称。2.国际系统命名法若前面底物有两个，则两个底物都写上，并在两个底物之间用“：”分开，若底物之一是水，则可略去。2.国际系统命名法酶的国际习惯用名和系统命名的应用实例习惯用名系统命名催化的反应乙醇脱氢酶乙醇∶NAD+氧化还原酶乙醇NAD+乙醛NADH+H+谷丙转氨酶(GPT)丙氨酸∶α-酮戊二酸氨基转移酶丙氨酸α-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸过氧化物酶H2O2∶邻甲氧基酚氧化酶H2O2邻甲氧基酚H2O四邻甲氧基酚国际酶学委员会规定，每个酶都有唯一的特定标码，其书写方式是：EC数字.数字.数字.数字酶的分类序号亚类亚亚类顺序号2.国际系统命名法乙醇脱氢酶的编码是：EC1.1.1.1第一个“1”——第1大类，即氧化还原酶类；第二个“1”——第1亚类，供氢体为CHOH；第三个“1”——第1亚亚类，受氢体为NAD+；第四个“1”——在亚亚类中的顺序号。乳酸脱氢酶的编码是：EC1.1.1.272.国际系统命名法国际系统命名法看起来科学而严谨，但使用起来不太方便.2.国际系统命名法国际酶学委员会建议：每个酶都给予2个名称习惯名系统名五.酶的分类国际酶学委员会（EnzymeCommission,EC）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。酯酶、蛋白酶、淀粉酶水解酶类(hydrolase)3谷丙转氨酶、已糖激酶转移酶类(transferase)2脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、加氧酶氧化还原酶类(oxidoreductase)1举例催化反应的性质酶的类型分类序号AH2+BA+BH2AR+BA+BRAB+H2OAOH+BH五.酶的分类国际酶学委员会（EnzymeCommission,EC）将所有的酶按它们所催化的反应的性质分为六大类。羧化酶、氨酰-tRNA合成酶、天冬酰胺合成酶合成酶类(连接酶类)(ligase)6差向异构酶、顺反异构酶、酮醛异构酶异构酶类(isomerase)5醛缩酶、水合酶、脱氨酶、脱羧酶裂解酶类(lyase)4举例催化反应的性质酶的类型分类序号A－BXYAB＋X－YAA'A＋BABATPADP＋Pi•氧化-还原酶催化氧化-还原反应，催化氢的转移或电子传递。•主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。•如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。1、氧化-还原酶OxidoreductaseCH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADHAH2+B（O2）A+BH2（H2O2，H2O）（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应AH2+BA+BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ）（2）氧化酶类①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：AH2+O2A+H2O2（需FAD或FMN）②催化底物脱氢，氧化生成H2O：2AH2+O22A+2H2O（3）过氧化物酶ROO+H2O2RO+H2O+O2（4）加氧酶（双加氧酶和单加氧酶）O2+OHOHC=OC=OOHOH（顺，顺-已二烯二酸）RH+O2+还原型辅助因子ROH+H2O+氧化型辅助因子（又称羟化酶）•转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。•根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。•例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。2、转移酶TransferaseCH3CHCOOHNH2HOOCCH2CH2CCOOHOHOOCCH2CH2CHCOOHNH2CH3CCOOHOA·X+BA+B·X•水解酶催化底物的加水分解反应。•主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。•例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：3、水解酶hydrolaseH2OCOOCH2CH3RRCOOHCH3CH2OHAB+H2OAOH+BH•裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。•主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。•例如，延胡索酸水合酶催化的反应。4、裂解酶LyaseHOOCCH=CHCOOHH2OHOOCCH2CHCOOHOH•异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。•例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应5、异构酶IsomeraseOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHCH2OHOHOHOHAB•合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。•例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2草酰乙酸6、合成酶LigaseorSynthetaseA+B+ATPA·B+ADP+Pi六.酶的分离与提取酶提取基本的方法1.由细胞内产生后分泌到胞外发挥作用的酶，称为细胞外酶。这类酶大部分属于水解酶。2.在细胞内合成后并不分泌到细胞外，而在细胞内起催化作用，称为细胞内酶，该类酶在细胞内往往与细胞器结合，不仅有一定的区域性，而且催化的反应具有一定顺序性。A.了解所分离酶在细胞中分布B.材料的获取在提取某一酶时，首先应当根据需要，选择含此酶最丰富的材料。由于从动物内脏或植物果实中提取酶制剂受到原料限制，成本又很大，因此，目前工业上大多采用培养微生物的方法来获得大量的酶制剂。六.酶的分离与提取C.酶分离纯化的主要步骤1.主要步骤为：抽提、纯化、结晶抽提：破碎细胞，动植物组织一般可用组织捣碎器；或者加石英砂研磨，将材料做成丙酮粉或进行冰冻融解；对细菌，常采用加砂或加氧化铝研磨和超声波振荡方法破碎。大多数酶一般都用缓冲液进行抽提，缓冲液的类型决定于酶的种类和理化特性，抽提液pH最好远离等电点。六.酶的分离与提取C.酶分离纯化的主要步骤1.主要步骤：抽提、纯化、结晶浓缩：抽提液或发酵液中酶浓度往往很低，必须浓缩富集。常用的浓缩方法有：加中性盐或冷乙醇沉淀后再溶解，胶过滤浓缩以及超过滤浓缩法等。纯化：纯化过程就是去除杂质的过程。原则：一方面是要提高酶的纯度，另一方面却也使酶的总量不可避免有所损失。六.酶的分离与提取C.酶分离纯化的主要步骤1.主要步骤为：抽提、纯化、结晶结晶：浓缩液经过各种方法的纯化，可得到较纯的结晶产品。六.酶的分离与提取C.酶分离纯化的主要步骤2.选择分离纯化方法a.盐析法（如硫酸胺）b.有机溶剂沉淀法c.层析纯化法（葡聚糖凝胶、离子交换层析）d.等电点法e.吸附分离法六.酶的分离与提取七、酶与疾病的发生：酶的数量、结构、位置及其调节改变酶缺乏或异常引起的疾病酶疾病苯丙氨酸羟化酶苯丙酮酸尿症6-磷酸葡萄糖脱氢酶蚕豆病酪氨酸酶白化病细胞色素氧化酶氰化物中毒胆碱酯酶有机磷中毒蛋白酶炎症酶与疾病的诊断：血清酶活性测定临床诊断部分常用酶酶主要临床应用谷丙转氨酶肝实质疾患谷草转氨酶心肌梗塞、肝实质疾患胆碱酯酶有机磷中毒乳酸脱氢酶心肌疾患、肝实质疾患淀粉酶胰腺疾病碱性磷酸酶骨病、肝胆疾患胰蛋白酶(原)胰腺疾病肌酸激酶心肌梗塞、肌肉疾患醛缩酶肌肉疾病酸性磷酸酶前列腺癌、骨病γ谷氨酰转移酶肝实质病变、酒精中毒5′核苷酸酶肝胆疾患山梨醇脱氢酶肝实质病变第二节酶的作用机理据酶分子组成分类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质辅助因子金属离子金属有机物小分子有机物据酶蛋白特征分类单体酶寡聚酶多酶复合体1.酶的组成成分一、酶的组成及多样性1.酶的组成成分结合酶——除蛋白质外，还有非蛋白质成分。全酶=酶蛋白+辅因子根据组成成分，酶可分为两类：单纯酶——仅由蛋白质组成的酶。辅基——与酶蛋白结合较紧密，常常以共价键结合，包括小分子有机物及金属离子。辅因子有两种：辅酶——与酶蛋白结合较松弛的小分子有机物。2.酶的聚合状