生物化学酶学通论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章第四章酶酶enzyme第1页TheapplicationofenzymehasamuchlongerhistorythanthatofenzymaticresearchSeeatp319第2页第一节第一节酶学概论酶学概论第3页一、一、酶概念及其作用特点酶概念及其作用特点酶是一类含有高效率、高度专一性、活性可调整生物催化剂。生物催化剂：酶(enzyme)核酶(ribozyme)脱氧核酶(deoxyribozyme)第4页1、酶与非生物催化剂相比几点共性：酶与非生物催化剂相比几点共性：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。加紧反应速度但不改改变学反应平衡点。降低反应活化能。反应前后本身结构不变。活化能在一定温度下1摩尔底物全部进入活化状态所需自由能，单位为kj/mol。第5页催化剂改变了化学反应路径，使反应经过一条活化能比原路径低路径进行。催化剂效应只反应在动力学上（反应速度），不影响反应热力学（化学平衡）。非酶催化反应非酶催化反应过渡态过渡态酶催化反应酶催化反应底物底物产物产物第6页3、酶催化反应特点酶催化反应特点（1）、）、催化效率更高催化效率更高酶催化反应速度是对应无催化反应108-1020倍，而且高出非酶催化反应速度最少几个数量级。第7页转换数（TN)或催化常数（Kcat)表示酶最大最大催化效率Kcat是一定条件下（SKm）每秒钟每个酶分子转换底物分子数（数值上Kcat=K3）P322表8-2一些酶最大转换数第8页（2）.专一性高专一性高酶对反应底物和产物都有极高专一性，几乎没有副反应发生。（3）、易失活）、易失活反应条件温和反应条件温和常温、常压，中性pH环境。（4）、）、活性可活性可调调整整别构调整、酶共价修饰、酶合成、活化与降解等。第9页二、二、酶化学本质及其组成酶化学本质及其组成（一）（一）酶化学本质酶化学本质绝大多数酶是蛋白质绝大多数酶是蛋白质证据（1）酸水解产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；（2）含有蛋白质一切共性，凡是能使蛋白质变性原因都能使酶变性；（含有蛋白质颜色反应）少数酶是少数酶是RNA（核酶）（核酶）第10页ribozyme核酶核酶（含有催化功效（含有催化功效RNA）（1）80年代初，ThomasCech和SidneyAltman四膜虫L19RNA含有生物催化功效，催化rRNA前体剪接（2）1983年Atman和PaceE.ColiRNaseP中RNA含有加工tRNA前体催化功效第11页（二）（二）酶化学组成酶化学组成单纯酶类(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+）第12页酶辅助因子主要有金属离子和有机化合物酶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。第13页P324表8-4金属离子作为一些酶辅助因子P325表8-5基团转移反应中辅酶和辅基。酶酶蛋蛋白白决决定定酶酶专专一一性性，辅辅助助因因子子决决定定酶酶促促反反应应类类型型和和反应性质。反应性质。NAD+组成专一性强乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。第14页（三三）、单单体体酶酶、寡寡聚聚酶酶、多多酶酶复复合合体体、多多酶酶融合体融合体1、单体酶单体酶由一条或多条共价相连肽链组成酶分子牛胰RNase124a.a单链鸡卵清溶菌酶129a.a单链胰凝乳蛋白酶三条肽链第15页2、寡聚酶寡聚酶含相同亚基寡聚酶：苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同亚基含不一样亚基寡聚酶：琥珀酸脱氢酶（牛心），2个亚基寡聚酶中亚基聚合，有与酶专一性相关，有与酶活性中心形成相关，有与酶调整性能相关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶普通是单体酶。第16页3、多酶复合体多酶复合体由两个或两个以上酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，全部反应依次进行，组成一个代谢路径或代谢路径一部分。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：560万第17页4、多酶融合体（多功效酶）多酶融合体（多功效酶）一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性酶，往往是基因融合产物。比如：天冬氨酸激酶I-高丝氨酸脱氢酶I融合体（双功效酶）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脱氢酶第18页三、三、酶分类及命名酶分类及命名第19页（一）、（一）、习惯命名习惯命名1.依据底物来命名（绝大多数酶）：蛋白酶、淀粉酶2.依据催化反应性质命名：水解酶、转氨酶3结合上述两个标准命名：琥珀酸脱氢酶。4.有时加上酶起源胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶第20页（二）、（二）、国际系统命名国际系统命名基本标准：明确标明酶底物及催化反应性质（底物为水时可略去不写）。P327表8-8酶国际系统命名法举例第21页（三）（三）国际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（EC编号）编号）（1）按反应性质分六大类，用1、2、3、4、5、6表示。（2）依据底物中被作用基团或键特点，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-亚中编号。第22页乙醇脱氢酶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。第23页P327表8-9酶国际系统分类氧、转、水、裂、异、合氧化还原酶类氧化还原酶类转移酶类转移酶类水解酶类水解酶类裂合酶类裂合酶类异构酶类异构酶类连接酶类（也叫：合成酶）连接酶类（也叫：合成酶）第24页1、氧化还原酶类氧化还原酶类一类催化氧化还原反应酶，可分为氧化酶和脱氢酶一类催化氧化还原反应酶，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）六大酶类特征和举例第25页2、转转移移酶酶类类催化化合物一些基团转移，即将一个分子上某一基团转移到另一个分子上反应AX+B=A+BXAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），习惯名：谷丙转氨酶第26页3、水解酶类水解酶类催化水解反应，多为细胞外酶，包含淀粉酶、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。第27页4、裂合酶类（裂解酶）裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键反应或其逆反应ABA+B二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），习惯名：醛缩酶第28页5、异构酶（异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体相互转化，即分子内部基团重新排列AB6-磷酸Glc异构酶第29页6、合成酶（连接酶）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个物质反应。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连接酶第30页国际分类盲区：忽略了酶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+O2三类不一样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，其一级结构也有很大不一样。在讨论一个详细酶时，应对它起源与名称一并加以说明。第31页四、酶专一性四、酶专一性放在酶作用机理中讲第32页五、酶活力测定与分离纯化1、酶活力与酶促反应速度酶活力与酶促反应速度酶活力：在一定条件下，酶催化某一反应反应速度（普通测初速度）。酶促反应速度：单位时间、单位体积中底物降低许或产物增加量。单位：浓度/单位时间第33页研究酶促反应速度，以酶促反应初速度为准(底物消耗5%）。第34页2、酶活力单位（酶活力单位（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酶量，称Kat单位1Kat=60106IU第35页最适条件：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%sucroseV零级反应enzymeV一级反应第36页3、酶比活力酶比活力Specificactivity每毫克酶蛋白所含有酶活力。单位：U/mg蛋白质。酶比活力是分析酶含量与纯度主要指标。第37页4、酶活力测定方法、酶活力测定方法P336分光光度法荧光法同位素法电化学法第38页（二）酶分离和纯化大多数酶是蛋白质，所以酶分离提纯方法，也就是惯用来分离提纯蛋白质方法。酶提纯把酶制剂从很大致积浓缩到比较小体积把酶制剂中大量杂质蛋白和其它大分子物质分离出去判断分离提纯方法优劣，两个指标来衡量总活力回收表示提纯过程中酶损失情况比活力提升倍数表示提纯方法有效程度第39页酶分离和纯化中应注意几点：（1）选材酶含量丰富新鲜生物材料取得材料后马上开始，不然应低温保留（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下进行第40页一个酶分离纯化分为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酶提纯过程中，总蛋白降低，总活力降低，比活力增高。酶纯化倍数：酶回收率：100%第41页核酶抗体酶酶工程诱导酶同工酶后边讲第42页