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生物化学第五章第五章 生物催化剂生物催化剂华东理工大学生物化学精品课程组上海市精品课程下一页上一页第五章第五章 生物催化剂生物催化剂 (Biocatalytics)酶的命名和分类酶的作用特性酶促反应动力学酶的抑制剂与与药物分子设计核酸酶和抗体酶寡聚酶、同功酶和固定化酶酶的应用生物催化剂的发现和发展酶活力的测定学习要求下一页上一页学习要求学习要求l了解酶的命名和分类l弄清酶的化学本质l掌握理解活性中心、酶活性、反应初速度、比活性、Km 最适PH、最适温度、酶原、竞争性抑制l弄清影响酶促作用的各种因素l掌握酶促作用的动力学和结构基础l对比酶的几种不同类型的抑制作用l酶的作用机制与药物分子的设计l了解核酸酶、抗体酶的相关知识l了解同功酶、诱导酶、别构酶、固定化酶的本质和应用章首章首下一页上一页5.1 生物催化剂的发现和发展生物催化剂的发现和发展l一、生物催化剂的发现一、生物催化剂的发现1、ferment2、淀粉糖化酶：淀粉糖化酶：18333、enzyme 1878年年4、1926年，脲酶结晶，提出酶的蛋白质的本质年，脲酶结晶，提出酶的蛋白质的本质5、1963年，牛胰核糖核酸酶的一级结构年，牛胰核糖核酸酶的一级结构 1965年，鸡卵清溶菌酶的三维结构年，鸡卵清溶菌酶的三维结构 1969年，人工合成核糖核酸酶年，人工合成核糖核酸酶下一页上一页二、生物催化剂的发展二、生物催化剂的发展1、Ribozyme 1982年年 2、抗体酶抗体酶（abzymes)3、生物酶工程生物酶工程4、人工酶、人工酶5、模拟酶、模拟酶酶的本质？酶的本质？章首章首下一页上一页5.2 酶的命名和分类酶的命名和分类国际系统命名法：国际系统命名法：1、名称由两部分组成：底物反应名称 如：ATP:己糖磷酸转移酶 2、不管酶催化正反应还是逆反应，都用同一名称。如：DH2:NAD氧化还原酶习惯名或常用名：习惯名或常用名：1、根据酶所作用的底物命名 如：淀粉酶，蛋白酶 2、根据酶所催化的反应命名 如：转氨酶，脱氢酶 3、在底物、反应基础上加上酶的来源或其它特点命名 如：胰蛋白酶、碱性磷酸酶 下一页上一页国际系统分类法酶的六大类酶的六大类：1.氧化还原酶类（氧化还原酶类（oxido-reductases)2.转移酶类（转移酶类（transferases)3.水解酶类（水解酶类（hydrolases)4.裂合酶类（裂合酶类（lyases)5.异构酶类（异构酶类（isomerases)6.合成酶类（合成酶类（ligases)如：如：SOD（超氧化物歧化酶）超氧化物歧化酶）EC1.15.1.1（Enzyme Commission)下一页上一页章首章首下一页上一页5.3 酶的作用特性酶的作用特性l酶的催化作用特性酶的催化作用特性l与酶的催化特性有关的因素与酶的催化特性有关的因素l酶的非蛋白组分酶的非蛋白组分辅酶和金属离子辅酶和金属离子章首章首下一页上一页酶的催化作用特性（一一）酶酶是是自自然然界界中中催催化化活活性性最最高高的的一一类催化剂类催化剂 比普通催化剂效能高1071013倍Movie.decrease energy下一页上一页（二）酶是具有高度选择性的催化剂（二）酶是具有高度选择性的催化剂反应专一性反应专一性(reaction specificity)只催化一种或一类反应，几乎不产生副反应底物专一性底物专一性(substrate specificity)(1)(1)结构专一性结构专一性(structure specificity)如：脲酶：只催化水解尿素 (2)(2)立体专一性立体专一性(stereo specificity)手性底物，如：淀粉酶只水解D葡萄糖形成的1,4-糖苷键(3)(3)几何专一性几何专一性(geometric specificity)只催化某种几何异构体底物的反应酶的催化作用特性返回下一页上一页酶的催化作用特性（三）酶促反应遵循米氏动力学方程（三）酶促反应遵循米氏动力学方程下一页上一页l1 酶分子的结构酶分子的结构l2 酶与底物分子之间的相互作用酶与底物分子之间的相互作用l3 酶与底物分子之间的定向效应酶与底物分子之间的定向效应l4 酶与反应过渡态的结合作用酶与反应过渡态的结合作用l5 酶与底物的手性选择性结合作用酶与底物的手性选择性结合作用与酶催化特性有关的因素返回下一页上一页（一）酶分子的结构酶的活性中心酶的活性中心l结合部位结合部位：专一性：专一性空间形状和氨基酸残基组成上，利于酶底物复合物的形成。l催化部位催化部位：高效性：高效性 与结合部位重叠或非常靠近；含有多种具有活性侧链的氨基酸残基；有的含有辅酶或金属离子；激活底物或降低过渡态活化能。Movie.ES complex下一页上一页下一页上一页酶分子的结构l必需基团必需基团：与酶的催化活性有关活性中心的必需基团：与底物结合非活性中心的必需基团：具有空间 支撑或结构维持作用l非必需基团非必需基团：与酶的其它活性有关，如识别、定位、免疫等Movie.enzyme reaction1下一页上一页下一页上一页返回下一页上一页（二）酶与底物分子相互作用l酶底物中间复合物（酶底物中间复合物（enzyme-substrate complex)E+S ES E+PMovie.Enzyme reaction2返回下一页上一页l1、静电引力l2、氢键l3、疏水键相互作用：活性中心是相对的疏水环境酶底物结合力下一页上一页（三）酶与底物的定向效应l底物分子结合到酶的活性中心：底物分子结合到酶的活性中心：1)底物在酶活性中心的有效浓度大大增加2)活性中心的立体构型和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定位3)是酶促反应具有高效率和专一性的原因返回下一页上一页（四）酶与反应过渡状态的结合作用l酶与反应过渡状态的亲和力远大于酶与底物或产物的亲和能力Movie.ES P curve返回下一页上一页（五）酶与底物的手性选择结合作用l不对称催化作用l大多数天然产物都具有旋光性l酶分子的活性中心部位，含有多个具有催化活性的手性中心，对底物分子起诱导和定向作用，使反应按单一的方向进行。下一页上一页下一页上一页返回下一页上一页三、酶的非蛋白组分 辅酶和金属离子返回下一页上一页（一）辅酶和辅基1、辅酶和辅基的区别、辅酶和辅基的区别 与酶蛋白结合的强弱透析2、辅酶和辅基的功能、辅酶和辅基的功能 本质：小分子有机化合物 具有氧化还原性或转移基团的能力3、辅酶和辅基的作用特点、辅酶和辅基的作用特点 直接参与反应“第二底物”全酶中的辅酶决定酶反应专一性同一辅酶或辅基可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。全酶中的酶蛋白决定底物专一性下一页上一页4、辅酶和维生素、辅酶和维生素大多数辅酶或辅基的前体是维生素，主要是水溶性B族维生素。（一）辅酶和辅基下一页上一页返回下一页上一页（二）酶分子中的金属离子l金属酶（mentalloenzymes)，如SOD1）酶蛋白与金属离子结合紧密2）过渡金属离子：如Fe2+/Fe3+,Cu2+/Cu+，Zn2+，Mn2+等3）通过配位健与氨基酸残基侧链基团相连 或作为酶的辅助因子l金属激活酶（metal-actived enzymes)1）结合较松散2）碱金属离子或碱土金属离子，如K+,Na+,Mg2+,Ca2+等返回下一页上一页l什么是酶促反应动力学什么是酶促反应动力学?l米氏方程米氏方程l米氏方程的米氏方程的推导推导l影响酶促反应的影响酶促反应的因素因素5.4 酶促反应动力学酶促反应动力学章首章首下一页上一页酶促反应动力学酶促反应动力学 研究酶促反应的速度以及各种因素对反研究酶促反应的速度以及各种因素对反应速度的影响，其中酶与底物之间的作用问应速度的影响，其中酶与底物之间的作用问题是研究酶促反应的核心问题。题是研究酶促反应的核心问题。返回下一页上一页酶促反应动力学酶促反应动力学l米氏方程（米氏方程（Michaelis Menten 方程）方程）Km的意义？的意义？返回下一页上一页米氏方程的推导酶促反应历程Movie.equation1ES降解速率Movie.equation2反应平衡时Movie.equation3米氏方程Movie.equation4米氏曲线Movie.double-curveES形成速率Movie.ES k1返回下一页上一页影响酶作用的因素(1)温度对酶作用的影响(2)pH对酶作用的影响(3)酶浓度对酶作用的影响(4)激活剂对酶作用的影响(5)抑制剂对酶作用的影响返回下一页上一页1)温度对酶作用的影响l酶的最适温度（optimum temperature,Tm）在一定范围内，反应速度达到最大时的温度称为酶的最适温度（optimum temperature,Tm）。最适温度不是酶的特征物理常数。返回下一页上一页2)pH对酶作用的影响l pH对酶促反应速度的影响，主要有下列原因：1 影响酶和底物的解离2 影响酶分子的构象下一页上一页下一页上一页返回下一页上一页3)酶浓度对酶作用的影响返回下一页上一页4)激活剂对酶作用的影响l凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都称为激活剂或活化剂(activator)。l一般认为，激活剂的作用主要有以下几个方面：1解除抑制剂的抑制作用 2辅酶和辅基是构成某些有活性的全酶的必要组成成份3无机离子激活许多酶类返回下一页上一页4.5 酶的抑制剂与药物分子设计酶的抑制剂与药物分子设计返回酶的作用机理movie下一页上一页l什么是抑制剂什么是抑制剂？l抑制剂的作用机理抑制剂的作用机理？l抑制剂的分类及特点抑制剂的分类及特点？l抑制剂的作用机理与药物分子设计抑制剂的作用机理与药物分子设计下一页上一页抑制剂定义能够降低酶的活性，使酶促反应速度减慢能够降低酶的活性，使酶促反应速度减慢的物质。的物质。下一页上一页抑制剂作用机理1.底物类似物活性中心结合底物类似物活性中心结合2.非底物类似物不与活性部位结合，非底物类似物不与活性部位结合，但和酶活性部位以外的必需基团结合，但和酶活性部位以外的必需基团结合，从而影响酶促反应过程。从而影响酶促反应过程。下一页上一页抑制作用分类抑制作用分类：抑制作用分类：根据抑制剂与酶作用方式的不同不可逆抑制可逆抑制下一页上一页不可逆抑制（irreversible inhibition)v概念概念：抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键结合，阻碍了底物的结合或破坏了酶的催化基结合，阻碍了底物的结合或破坏了酶的催化基团，不能用透析或超滤等方法去除抑制剂。团，不能用透析或超滤等方法去除抑制剂。v结合部位结合部位：活性中心必需基团活性中心必需基团v结合方式结合方式：共价键：共价键v分类分类：根据抑制剂对酶选择性的方式根据抑制剂对酶选择性的方式非专一性不可逆抑制非专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制专一性不可逆抑制下一页上一页非专一性不可逆抑制l概念：一种抑制剂可作用于酶分子上的概念：一种抑制剂可作用于酶分子上的不同基团或作用于几种不同的酶不同基团或作用于几种不同的酶例如：烷化剂类：碘乙酸例如：烷化剂类：碘乙酸 酰化剂类：酸酐、磺酰氯酰化剂类：酸酐、磺酰氯下一页上一页专一性不可逆抑制qKs型型：一种抑制剂只作用于酶分子中一种氨基酸：一种抑制剂只作用于酶分子中一种氨基酸侧链基团，该氨基酸残基属于酶的必需基团。侧链基团，该氨基酸残基属于酶的必需基团。如：有机汞：专一作用于巯基 有机磷农药：专一作用于丝氨酸羟基 如乐果、敌百虫等qKcat型型：结构及作用特点：结构及作用特点：抑制剂为底物的类似物，但其结构中潜藏着一种化学活性基团，在酶的作用下，潜在的化学活性基团被激活，与酶的活性中心发生共价结合，不能再分解，酶因此失活。下一页上一页用自杀性底物对付抗青霉素的菌株v青霉素分子v耐药性产生的原因v解决耐药性的方法下一页上一页青霉素分子青霉素分子诱导酶，耐药性内酰胺环内酰胺环与噻唑环融合与噻唑环融合下一页上一页对青霉素酶具有抑制作用的青霉素产品lclavulanic acid本身没有显著的抗菌活性，但它对青霉素酶来说，因此，将clavulanic acid与对青霉素酶敏感的青霉素可以组合成新的青霉素制剂。现在这种类型的青霉素产品己经被广泛应用。下一页上一页lcefoxitincefoxitin，先先锋锋霉霉素素(或或称称为为头头抱抱菌菌素素）类类抗生素，其结构为抗生素，其结构为:由链霉菌产生，稳定性好的原因主由链霉菌产生，稳定性好的原因主要是其分子中要是其分子中-内酰胺环上连接内酰胺环上连接的噻唑侧链基团和甲氧基的空间位的噻唑侧链基团和甲氧基的空间位阻作用，影响了与青霉素酶的结合。阻作用，影响了与青霉素酶的结合。对青霉素酶不敏感的青霉素新品种对青霉素酶不敏感的青霉素新品种下一页上一页可逆抑制（reversible inhibition)v概念：抑制剂与酶蛋白以非共价键结合，具有可逆性，可用透析、过滤等方法将抑制剂除去。v结合部位：活性中心，非活性中心v结合方式：非共价键v分类：下一页上一页可逆抑制的分类抑制剂与底物是否竞争与酶的结合抑制剂与底物是否竞争与酶的结合1.竞争性抑制竞争性抑制(Competitive inhibition)2.非竞争性抑制非竞争性抑制(uncompetitive inhibition)3.反竞争性抑制反竞争性抑制(anticompetitive inhibition)下一页上一页1.竞争性抑制(Competitive inhibition)概念：抑制剂的化学结构与底物相似，与底物竞争性的与酶的活性中心结合。下一页上一页下一页上一页概念：酶可以同时与底物及抑制剂结合，两者没有竞争作用。2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制(noncompetitive inhibition）下一页上一页下一页上一页3.3.反竞争性抑制反竞争性抑制(anticompetitive inhibition)概念：抑制剂能与酶与底物的复合物ES结合，不再分 解，从而降低形成产物的数量。下一页上一页下一页上一页Vmax减小，减小，Km不变不变下一页上一页磺胺类药物l显效结构对氨基苯磺酰胺l与对氨基苯甲酸产生竞争性拮抗节首 下一页上一页结构类似物结构类似物l对氨基苯磺酰胺l对氨基苯甲酸（PABA）节首 下一页上一页与与PABAPABA产生竞争性拮抗产生竞争性拮抗竞争酶表面返回 FH2 L-Glu+对氨基苯甲酸喋啶FH2 合成酶-FH4 FH2 还原酶安全：人体可从食物获取FH2，而微生物不能从外界环境获得，故磺胺类药物对人体无害。抗菌谱广：凡需自身合成FH2的微生物，均易受到磺胺药的抑制。下一页上一页6.6 酶活力的测定酶活力的测定概念：酶活力、比活力、酶活力单位掌握：测定酶活力时需要注意的问题下一页上一页酶活力及其测定l酶活力（酶活力（activity):酶催化一定化学反应酶催化一定化学反应 的能力的能力l酶活力测定中需要注意的问题酶活力测定中需要注意的问题1、最适条件、最适条件2、底物量、底物量3、反应初期测定，保持反应速度恒定、反应初期测定，保持反应速度恒定下一页上一页酶的活力单位（enzyme unit)定义定义：标准条件下，标准条件下，1min内催化内催化1微摩微摩尔底物转化为产物的酶量定义为一个酶尔底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位。活力单位。实质：酶所催化反应的实质：酶所催化反应的初始速度初始速度单位：单位：mol/min 返回下一页上一页酶的比活力（specific activity)定义：每毫克酶蛋白所含的酶活力单位定义：每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数数单位：单位：u/mg pr实质：表示实质：表示酶纯度酶纯度下一页上一页5.7 核酸酶和抗体酶核酸酶和抗体酶核酶核酶（RibozymeRibozyme）抗体酶抗体酶(abzymes)abzymes)下一页上一页核酶 返回核酶的发现核酶的发现核酶的催化性质核酶的催化性质核酶的研究中的两个问题核酶的研究中的两个问题下一页上一页核酶的发现核酶的发现lAltman发现RNase-P的蛋白部分不具催化功能，而RNA部分在有足够浓度Mg2+离子存在下，能起核酸水解酶的作用。lCech发 现 RNA原 生 动 物 四 膜 虫 的 Pre-rRNA是一种具有自催化性能的核酶。l证明了核酸既是信息分子，又是功能分子 节首 退回核酶结构图下一页上一页催化过程图 退回转酯作用转酯作用下一页上一页核酶的催化性质lRNA作用于RNAl核酸酶催化的反应主要包括:水解反应(RNA限制性内切酶活性)，连接反应(聚合酶活性)和转核苷酰反应等。l最近核酸酶的其他作用底物也已被发现，如多糖、DNA以及氨基酸酯等。返回 退回下一页上一页核酶的研究中的两个问题核酶的研究中的两个问题l核酶催化效率太低核酶催化效率太低l由由于于核核酶酶本本身身是是RNARNA，很很容容易易被被核核酸酸水水解解酶酶(RNase)RNase)所破坏所破坏因此，要将核酶应用于体内阻断基因表达或作为抗病毒的临床药物，还要做大量的研究工作。退回 节首下一页上一页抗体酶(abzymes)l本质是本质是免疫球蛋白免疫球蛋白(immunologlobulins)l人人工工的的方方法法使使其其获获得得了了酶酶的的属属性性，所所以以又又称为称为催化性抗体催化性抗体(catalytic antibody)。内容介绍内容介绍 返回下一页上一页抗体酶(abzymes)内容介绍 节首 返回抗体酶的理论基础抗体酶的理论基础抗体酶的制备抗体酶的制备抗体酶的发展前景抗体酶的发展前景下一页上一页抗体酶的理论基础抗体酶的理论基础 退回酶与底物形成过渡态理论酶与底物形成过渡态理论抗体蛋白的特性抗体蛋白的特性 节首下一页上一页抗体蛋白的特性抗体蛋白的特性l酶酶与与抗抗体体这这两两种种蛋蛋白白质质之之间间尽尽管管功功能能不不同同，但但它它们们与与各各自自的的配配基基(酶酶-底底物物、抗抗体体-抗抗原原)的的结结合合特特性性，如如结结合合方方式式、动动力学过程力学过程等都非常相似。等都非常相似。l从从2020世世纪纪6060年年代代起起，有有人人开开始始了了对对抗抗体体进行进行修饰修饰，并，并使其获得酶的属性使其获得酶的属性的研究。的研究。退回 节首下一页上一页酶与底物形成过渡态理论酶与底物形成过渡态理论l酶活性中心的活性基团与底物相互作用形成稳定的过渡状态，大大降低了反应的活化能。l构建一个对某种过渡状态具有最佳缔合状态的抗体，就有可能观察到抗体催化相应底物发生化学反应的效果。退回 节首下一页上一页抗体酶的制备专一性催化某种碳酸酯和羧酸酯水解的抗体酶的制备方法主要包括以下几个过程：过渡态类似物过渡态类似物(半抗原半抗原)的构建的构建抗原的制备抗原的制备应用单克隆抗体筛选技术制备抗体酶应用单克隆抗体筛选技术制备抗体酶 退回 节首下一页上一页过渡态类似物过渡态类似物(半抗原半抗原)的构建的构建 由于准确的过渡状态很难确定或难以合成，因此，制备抗体酶时用的半抗原（haptens)是一个结构比较稳定、在价键取向、电荷分布等都与过渡态相似的类似物(transition state analog)。退回 节首下一页上一页抗原的制备抗原的制备 将人工设计并构建的过渡态类似物(半抗原)，用化学方法经间隔基与载体蛋白相连，即形成一个抗原(antigen)。退回 节首下一页上一页应用单克隆抗体筛选技术制备抗体酶应用单克隆抗体筛选技术制备抗体酶l人们无法从血清中得到单一的抗体l动物脾脏中的淋巴细胞B(lymphocyte B)的细胞，它能产生并分泌出唯一的一种抗体。l1975年 单 克 隆 抗 体（monoclonal antibodies）技术发明 退回 节首下一页上一页单克隆抗体单克隆抗体（monoclonal antibodies）技术技术 单单克克隆隆抗抗体体技技术术的的关关键键是是将将分分离离纯纯化化的的骨骨髓髓瘤瘤细细胞胞（myeloma myeloma cellcell）在在培培养养条条件件下下与与淋淋巴巴细细胞胞B B融融合合生生成成一一种种特特殊殊的的杂杂交交瘤瘤细细胞胞（hybridoma hybridoma cellcell）。这这种种杂杂交交瘤瘤细细胞胞能能够够产产生生单单一一的的抗抗体体，又又能能在在细细胞胞培培养养条条件件下下快快速速繁繁殖殖，因因而而可可以以大量制备单一抗体。大量制备单一抗体。退回下一页上一页抗体酶的发展前景l用于研究酶的作用机制在抗体酶研究过程中，可以直接观察到过渡态理论对抗体酶设计所起的重要作用。l用于实现酶促反应的有机合成 退回 返回下一页上一页5.8 寡聚酶、同工酶和固定化酶寡聚酶、同工酶和固定化酶寡聚酶寡聚酶同工酶同工酶固定化酶固定化酶下一页上一页寡聚酶 由由两两个个或或两两个个以以上上，乃乃至至多多达达数数十十个个亚亚基基组组成成的的酶酶称称为为寡寡聚聚酶酶。其其分分子子量量从从3500035000到几百万，可分为几种到几百万，可分为几种不同的类型不同的类型：1）含相同亚基的寡聚酶含相同亚基的寡聚酶2）含不同亚基的寡聚酶含不同亚基的寡聚酶 节首下一页上一页含相同亚基的寡聚酶l目目前前，带带倾倾向向性性的的认认为为单单体体酶酶（仅仅含含一一条条肽肽链链，如如一一些些蛋蛋白白水水解解酶酶、核核糖糖核核酸酸酶酶等等）比比较较少少见见，而而更更普普遍遍的的是是以以寡寡聚聚酶酶的的形形式式存存在在。例例如如，在在糖糖酵酵解解（糖糖的的无无氧氧分分解解代代谢谢）中中的的许许多多酶酶都都是是寡寡聚聚酶酶，各有不同数目的亚基各有不同数目的亚基，见，见表表5 56 6。退回 节首下一页上一页含不同亚基的寡聚酶l双功能寡聚酶l含有专一性的、非酶蛋白亚基的寡聚酶l具有底物载体亚基的寡聚酶 退回下一页上一页双功能寡聚酶l有的寡聚酶所含的亚基结构不同，每种亚基表现不同的功能，因而整个酶分子催化两个相关的反应，这种寡聚酶称为双功能寡聚酶。示例 退回 节首下一页上一页大肠杆菌的色氨酸合成酶大肠杆菌的色氨酸合成酶l含含A A和和B B两种蛋白质两种蛋白质l蛋蛋白白质质A A含含有有一一个个亚亚基基，蛋蛋白白质质B B含含有有两个亚基两个亚基。l这两种蛋白质各自催化一个这两种蛋白质各自催化一个化学反应化学反应。退回 节首下一页上一页大肠杆菌色氨酸合成酶催化的大肠杆菌色氨酸合成酶催化的化学反应化学反应 吲哚甘油磷酸 吲哚 3磷酸甘油醛吲哚 L-丝氨酸 L-色氨酸当两个A蛋白与一个B蛋白结合形成、聚合体时，就构成了完整的色氨酸合成酶（以表示）。它能将上述两个反应偶联而催化总反应：吲哚甘油磷酸L-丝氨酸L-色氨酸3-磷酸甘油醛 退回 节首下一页上一页含有专一性的、非酶蛋白亚基的寡聚酶 这种寡聚酶含有两种亚基，一种有催化作用，另一种没有催化作用。后者为非酶蛋白，它能决定酶促反应的专一性。示例 退回 节首下一页上一页哺乳动物中的乳糖合成酶催化乳糖的合成反应UDP-半乳糖 葡萄糖 乳糖 UDP 此酶含有A及B两种蛋白质亚基，A具有催化活性，B为非酶蛋白。A蛋白单独存在时可催化下列反应：UDP-半乳糖N-乙酰葡萄糖胺 N-乙酰乳糖胺UDP但是B存在时才能催化乳糖生成的反应，可见A的专一性由B决定。退回 节首下一页上一页蛋白质A与蛋白质BlB蛋白就是-乳清蛋白，是一个特殊的非酶蛋白质。在A所催化的上述反应中加入B后，B与A联结，这时UDP-半乳糖与N-乙酰葡萄糖胺的反应受到抑制，而与葡萄糖的反应则加强。l蛋白质A广泛地存在于动物的各种组织中，而蛋白质B仅存在于乳腺之中，所以只有在乳腺中才能合成乳糖 退回 节首下一页上一页具有底物载体亚基的寡聚酶 在某些寡聚酶中，亚基作为底物载体而起作用。这种寡聚酶可以看作是由具有酶活性的蛋白部分和作为底物载体的蛋白部分组成。示例 退回 节首下一页上一页大肠杆菌的乙酰辅酶A羧化酶l三个蛋白质部分组成：三个蛋白质部分组成：两两个个具具有有催催化化活活性性的的蛋蛋白白生生物物素素羧羧化化酶酶及及转酰基酶转酰基酶一一个个具具有有专专一一性性的的生生物物素素羧羧基基载载体体蛋蛋白白亚亚基基（BCCP）。）。这三个部分联结起来这三个部分联结起来催化的反应催化的反应分两步进行：分两步进行：专一性地运载底物CO2 退回 节首下一页上一页三个部分联结起来催化的反应BCCP CO2 ATP CO2BCCP ADP PiCO2BCCP RH BCCP RCOOH 退回 节首下一页上一页同工酶l它它指指来来自自单单一一且且均均一一的的，或或甚甚至至全全然然不不同同的的生生物物来来源源的的两两种种或或两两种种以以上上的的酶酶群或酶型。群或酶型。l它它们们的的结结构构、性性质质不不同同，但却能催化相同的反应。但却能催化相同的反应。用凝胶电凝胶电泳技术可泳技术可从细胞抽从细胞抽提液中分提液中分离某些酶离某些酶的同工酶的同工酶乳酸脱氢酶 节首下一页上一页乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶是四聚体：LDH1LDH6l在多数组织中 由两个遗传位点所决定的两类亚基，即肌肉型亚基（A或M）和心脏型亚基（B或H）组成l在精囊和精子中 第三个遗传位点决定的C亚基组成 节首下一页上一页乳酸脱氢酶l每种组织LDH同工酶谱具有特定的相对百分率，若某一组织发生病变，必将释放其中LDH同工酶到血液中，导致血清酶谱的变化，这些变化常常是一特定疾病或该疾病特定阶段的特征。退回 节首下一页上一页血清LDH同工酶酶谱的变化规律l心心脏脏疾疾病病 LDHLDH1 1及及LDHLDH2 2上上升升，LDHLDH3 3及及 LDHLDH4 4下降。下降。l急急性性肝肝炎炎 LDHLDH5 5明明显显升升高高，随随病病情情好好转转 而逐渐恢复正常。而逐渐恢复正常。l慢慢性性肝肝炎炎 一一般般处处于于正正常常范范围围，部部分分病病例可见例可见LDHLDH5 5有所升高。有所升高。l肝硬变肝硬变 LDHLDH5 5,LDH,LDH1 1和和LDHLDH3 3均升高。均升高。节首下一页上一页血清LDH同工酶酶谱的变化规律l原发性肝癌原发性肝癌 LDHLDH3 3,LDH,LDH4 4,LDH,LDH5 5均上升，但均上升，但LDHLDH5 5LDHLDH4 4l转移性肝癌转移性肝癌 LDHLDH3 3,LDH,LDH4 4,LDH,LDH5 5均上升，但均上升，但LDHLDH4 4LDHLDH5 5 退回 节首下一页上一页固定化酶（不溶酶）l是由物理化学的方法连接到水不溶支持物，如琼脂糖、聚丙烯酰胺上而不破坏活性的酶。优点 节首下一页上一页固定化酶的优点l保持着酶的高度专一性及高催化效率还有类似于离子交换树脂的优点：有一定的机械强度可以充分洗涤，不带进杂质分离方便，可反复使用l稳定性大为提高，可较长期使用或贮藏 退回 节首下一页上一页5.9 酶的应用酶的应用蛋白酶蛋白酶淀粉酶淀粉酶酯酶酯酶纤维素酶纤维素酶下一页上一页一、蛋白酶蛋白酶的相关知识蛋白酶的应用 节首下一页上一页蛋白酶的相关知识l选选择择性性攻攻击击含含氮氮化化合合物物，特特别别是是蛋蛋白白质质的酶，属的酶，属肽类水解酶肽类水解酶。l凡凡能能水水解解蛋蛋白白质质的的酶酶，在在刚刚合合成成时时都都没没有活性，被称为有活性，被称为酶原酶原。l酶原通过酶原通过自催化自催化或或金属离子金属离子进行活化。进行活化。l分类分类 退回 节首下一页上一页蛋白酶的分类l按酶来源动物蛋白酶植物蛋白酶微生物蛋白酶l按蛋白酶作用的最适pH酸性蛋白酶中性蛋白酶碱性蛋白酶 退回 节首下一页上一页蛋白酶的应用酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动脱落。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散软化。加速蛋白质的分解染色温度降低消炎剂、助消化剂等皮革脱毛与软化皮革脱毛与软化加酶洗涤剂加酶洗涤剂生丝脱胶与羊毛染生丝脱胶与羊毛染酶法治疗酶法治疗食品工业食品工业 退回下一页上一页二、淀粉酶根根据据水水解解淀淀粉粉方方式式的的不不同同，主主要要的的淀淀粉酶可分为四大类：粉酶可分为四大类：-淀粉淀粉-淀粉酶淀粉酶异淀粉酶异淀粉酶葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶 节首下一页上一页-淀粉酶（液化酶）淀粉酶（液化酶）l能迅速切开1,4糖苷键但不能切开支链淀粉分支点的1，6糖苷键及其附近的-1，4糖苷键l水解产物中残留具有1,6键的极限糊精和含多个葡萄糖残基的带1，6键的低聚糖l淀粉酶主要用于淀粉糊化(如在葡萄糖、酒精生产中)和织物退浆等 退回 节首下一页上一页-淀粉酶淀粉酶l可从淀粉的l，4糖苷键的非还原性末端顺次切下麦芽糖单位，遇到1,6糖苷键的分支点，则停止不前。l直链部分则生成麦芽糖，而分支点附近及内侧因不能被分解而残留下来，其分解产物为麦芽糖及大分子极限糊精。l-淀粉酶主要用于麦芽糖生产 退回 节首下一页上一页葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶(糖化酶糖化酶)l葡葡萄萄糖糖淀淀粉粉酶酶的的底底物物专专一一性性很很低低，既既能能切切开开1,41,4糖糖苷苷键键，又又能能切切开开分分支支的的-1-1，6 6糖苷键，几乎糖苷键，几乎100%100%转变成葡萄糖转变成葡萄糖l广广泛泛应应用用于于酿酿酒酒、制制糖糖等等工工业业，是是重重要要的酶制剂的酶制剂 退回 节首下一页上一页异淀粉酶异淀粉酶l 专一性切开支链淀粉和糖原等分支点的-l，6糖苷键，剪下整个侧支，形成长短不一的直链淀粉。l将该酶与其它淀粉酶配合使用时，可使淀粉糖化完全。退回 节首下一页上一页三、酯酶l 作用催化酯键的断裂或合成反应l最常见的酯酶是脂肪酶 节首下一页上一页脂肪酶脂肪酶l将脂肪水解成脂肪酸和甘油l在非水或低水介质中催化脂肪的合成l生理功能外源脂肪同化是需经起消化作用的脂肪酶分解后才能透过细胞膜有机体内脂肪的储存和动用l食品工业的应用 退回 节首下一页上一页四、纤维素酶l纤纤维维素素酶酶是是降降解解纤纤维维素素生生成成葡葡萄萄糖糖的的一一组组酶酶的的总总称称，它它不不是是单单种种酶酶，而而是是起起协协同同作作用用的的多组分酶系多组分酶系。l农农副副产产品品中中纤纤维维素素资资源极其丰富源极其丰富对利用纤维素酶分解纤维素，使之转化为人类需要的物质，利用纤维素酶的催化反应代替高温高压的化学反应，节粮代粮，降低成本和革新工艺的研究意义重大 节首