《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第七章 酶及其动力学 4学时 掌握本质、组成：单体酶、寡聚酶、多酶复合物等概念： 酶专性：活力测定：反应速度及其测定：米氏方程： 学 抑制作用的类型：抑制类型鉴别：温度对酶促反应的影 夕 响：pH对酶促反应的影响：激活剂对酶促反应的影响 的 熟悉和化学催化剂相同之处：专性机理：分离与纯化： 和 核酶、抗体酶、同工酶概念。中间络合物学说 好 了解习惯命名法：国际系统命名法：国际系统分类法与 求 编号：化学酶工程：生物酶工程。反应级数：常见重要 抑制剂 酶专性：活力测定 教学 米氏方程：抑制作用的类型：温度对酶促反应的影响 重点 pH对酶促反应的影响。 教学 专性机理 难点 米氏方程推导：抑制类型鉴别 教学过程 讲授结合多媒体课件 P348习题之1、2、4、12、13 作业 P381习题之1、2、3
教学内容 导言 大家已知，具有催化能力的蛋白质是酶。作为酶，他和其他蛋白质有何不同？作为催 化利，他和其他催化制有何不同？ 大家已知，四大生物工程之一是酶工程，它是什么样的工程？ 大家已知，许多农药是酶的抑制剂，许多医药也是酶的抑制剂，怎么前者杀人，后者 不杀 大家还已知，加酶洗衣粉在使用时温度不能过低过高，时间不能过短过长，为什么？ 通过下面的讨论，你将茅塞领开. 第七章酶及其动力学 第一节通论 一、酶的概念（掌握） 定义：酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。 酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的 生物催化剂（生物产生的催化化学反应的物质，包括酶、核酶》 是山活细胞合成放，对其特异底物起高效催化作用的生物催化剂(biocatalyst).已发 现的有两类：主要的一类是蛋白质酶(enm),生物体内已发瑰4000多种，数百种腋得到 结品。芙国科学家C®h于1981年在研究原生动物四膜虫的RM前体1工成熟时发现德静 “boym肥为数不多，主要用于核酸(1959年的诺以尔化学奖) 生物学意义能在体内分温和的条件下高效率地起催化作用，并通过自我调节使 生物体内各种物质处于不断的有序的代谢之中， 有关概念酶促反应 底物(S) 产物(P) 途径 循环 原始底物 间产物 最终产物 表示方法：S一P 表示不可逆反应 表示可逆反应 S十s-→P1-→Pi-→Pm-→P 表示代谢途径 酶所具有的催化能力称为酶活性。 二、酶作用的特点（学握） 酶具有一般催化剂的特征：1只能进行热力学上允许进行的反应：2.可以缩短化学反应 到达平衡的时间，而个改变反应的Ψ衡点：3，通过降低活化能加快化学反应速度。 自山能 活化能：一定温度下，1摩 尔底物会部变成话化 态所需自由能 反应进程
酶的催化特点： 1高效性：具有很高的催化效率，通常要高出非生物催化剂催化活性的11013倍 催化效率用转换数表示： 一定条件下，每秒钟每个分子（摩尔）转化底物的分子 数（摩 2H02 →2H20 02 lmol过氧化红酶 5X 106molH2O2 1mol离子铁 6×104molH,02 2专一性，通对底物日有严格的洗怪性， 详见5 3敏感性： 对环境条件极为感，易于失活 变性 、被抑制、解聚、修饰等 更新 榜主要是蛋白质，儿能使蛋白质变性的耍化因素均可影啊傅活性，甚全使礴完全失 活。游催化作用一般需要比较温和的条件(37℃、1am,pH7)。 4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。 如诱导、阻通：抑制、激活；别构、修饰等详见10、22(39)章 促反应受多种因索的调控，通过成变的合成和降解速度可鸿节的含量：在 胞液和亚翔胞的隔高分布构成的区域化调节：代湖物浓度或产物浓度的变化 以 或激活游的活性：激素和冲经系统的信息，可通过对关梅的变构调节和共价修饰米影 啊整个酶促反应速度。所以陵是催化剂又是代谢调节元件，酶水半的调节是代谢调控的 基本方式. 三、酶的化学本质与组成（掌握） 1、牌的化学本质 蛋白质 1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出球酶结品，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就 是蛋白质的观点。 酶是蛋白质的证据：其组成、结构、性质与蛋白质一样 2、化学组成 单纯 只有氨基酸组分 结合 (全牌)·酶蛋白 轴因子 氨基酸组分 非氨基酸组分 单纯颜是X山队徒构成的郴。原做、一些消化蛋白惊、淀粉游、脂旋、核核酸膜等 原性合潮山蛋白质那分和非蛋白质帘分组成，前者称为蛋白即西 me，决定的特 异性和岛效率：后者称为辅助因 两者结合形成的有 合物称为全 两部分对于催化活性都是必需剂 辅因子 辅膺与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 辅基与膺蛋白结合得紧密的小分子有机物。 金属离子金属离子作为辅助因子。约23的脑含有金属离子， 常见的是,a、g、Cf”(Cif、Fe”(Fe")等。金属离子的作用是多方面的：参 与酶的活性中心：在酶蛋白与底物之起桥梁作用：持游分子发挥雁化作用所必需的构象： 中和阴离子，降低反应中的醉电斥力 酶的催化专一性主要决定于蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团 的载体。 3、单体酶、寡聚酶和多酶复合物
单体酶(monomeric enzyme):仪有一条具有活性部位的多队链，全部参与水解反应。 单体做，为数不多，均为水解腰，啖蛋白感、鹅核酸膜、溶曾脖 山几个或多个亚基组成，亚基牢周地联在 一起，单个亚基 没有催化活性。亚基之间以非共价健结合。 /磷酸化府，3-腾酸甘油醛脱氢游等。 多俯复合物(multienzyme system):儿个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化 为产蝴的一系列顺序反应」 丙酮酸脱氢牌系(E.coi):丙酮酸脱氢酶(E1)、硫辛酰转乙酰酶(EⅡ)和二氢硫辛 酰脱氢晦(E山)。 结构示意图 多萨体系利于一系列反应的连续进行，！丽酸脱氢脖体系、脂防酸合成樽复合体。在 多静体系中，能影啊条代谢途方向和速度的称为关能，能通常催化单向个半商 反应，或者是该多体系中催化活性最低的限速搬 四、酶的分类与命名（了解） 1、单的分类 1961年国际学委员会(Enzyme Committee,.EC)根据酶所催化的反应类型和机理，把 酶分成6大类 1,氧化还原喃类：主要足催化氢的转移或电了子传递的氧化还原反应. AH2+B (O)A+BH2 (H2O2,H2O) (1)脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。 AH+B一A+BH(需辅酶I或辅酶I) (2)氧化南类 ①催化底物脱氢，氧化生成H2O2: AH2+O2→A+H2O2(需FAD或FMN) ②催化底物脱氢，氧化生成H20: 2AH2+02→2A+2H0 (3)过氧化物悔 ROO+H2O2-RO+HO+O (4)加氧（双加氧酶和单加氧酶） 02十邻二粉一顺，顺-己二烯二酸 RH+O2+还原型辅助因子一ROH+H,O+氧化型辅助因子 (又称羟化酶) 2.转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。 A.X-B-A+BX 根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氯基、含碎基 和合硫基的酶 3.水解酶类：催化加水分解作用。 AB+H2O→AOH+BH
4.裂解酶类：催化非水解性地除去基团而形成双键的反应或逆反应。 CC键 丙酮酸=乙醛十二氧化碳 C0键 苹果酸=延胡骏酸十水 CN健 天冬氨酸=延胡羧酸十氨 5.异构酶：催化各种异构体之间的互变 A-B 常见的有消旋和变淀、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。 6.合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。 A+B+ATP→AB+ADP+P 编号EC:n1:2.n.n4 EC 风际酶学委员会 据反应性质分六大类 =16 下再分亚类 分亚亚类 1 n3=1 n4 在亚亚类中的排行n4=1i 乳酸脱氢酶ECL. 1. 1.27 第】大类，氧化还原面 第1亚类，氧化基团CH0OH(2是基/3是烷基/4是氢基等) 第1亚亚类，H受体为NAD (2是细胞色素/3是氧气 该南在亚亚类中的流水编号 EC:1.11x催化的反应都是 -C-OH+NAD (P)+--CO-H+NAD (P)H+H+ 黄嘌吟氧化两EC:1. 2 第1大类，氧化还原酶 第2亚类，氧化基团-C0 第3亚亚类，H受体为O 该面在亚亚类中的流水编号 2、睡的命名 有两种方法：系统名、惯用名 系统名：底物名称：底物名称十反应类型+聘 乳酸+NAD一→丙酮酸+NADH+H 乳酸：NAD氧化还原酶 惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型，有的加来源。 酸：NAD室化还原南 蛋白质水解酶 (胰、胃、木瓜)蛋白酶 对于催化水解反应的南一彀在南的名称上省去反应类型， 五、酶作用的专一性（重点、难点） 是指酶对催化的反应和反应物有严格的选择性 即一种酶只能催化一定的底物发生一定的变化 底物专一性 反应专一性 1、作用的专一性 狭义专一性指底物专一性，据对底物的选择方式，分
「族（基团）专一性 结构专一性 相对专一性 作用的专一性 绝对专一性 立体异构专一性 结构专一性指酶作用干一定的化学结构。选择键、基团 族专一性：可作用于一类或一些结构很相似的底物。 酯酶：RCO RCOO-+R OH+H+ 选择缄 葡萄糖甘梅 蛋白酶 选择键及一端基团 绝对专一性：只能作用于某一底物。 选择键及两端基团 联德蔗糖酶、麦芽糖酶 立松异构专一性 立体异构专一性指酶作用干一定的立体结构。选基团位置 旋光异构专 性 D 麦芽糖纤维二糖 几何异构专一性 、反 2、专一性机理 锁与钥匙学说 锁钥学说1894年，Fisher提出 碍的活性中心与底物结构就象锁孔与钥(y0)匙之间的相互嵌合关系 但它不能解释可逆反应、竞争性抑制，在此基础上提出诱导契合学说 诱导契合学说 详见底10 酶的活性中心与底物有相近吻合的结构，当二者接近时，底物诱导腾活性中心 构象变化，变得和底物结构契合， 六、酶活力测定及分离纯化（掌握） 1、活力的测定 (1)活力南活力是指悔催化某一化学反应的能力。 用在一定条件下所催化的某一化学反应的速度来表示。 和化学反应速度一样，为浓度变化量/时间变化量（摩尔/升·秒） 速彦浏定原测 测初速度 (△S/S>[E],条件最适，无抑制微活剂 (2)南（活力）单位：(U,U) 在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的座量。 国际单位在最适的反应条件(25℃)下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物 的南量定为一个南活力单位，即 lIU=lμmol/min 卡达尔在最适条件下，每秒钟内使1摩尔底物转化为产物所需的悔量定为1kt 单位， Ikat=6×107U 自定义 (3)比活力 表示酶制剂的纯度 单位南制剂中的活力单位数
活力单位数/毫克或摩尔酶制剂 (4)测定方法 求出速度，除以活力单位，即为单位数 速度测定常用方法 分光光度法 荧光光度法 同位素标记法 由化些寸 最常用分光光度法 直接比色分析 产物有特征吸攻峰如NAD一NADH A340nm 化学偶联分析法产物无，但可显色如淀粉→葡萄桔+C如“砖红色 酶偶联分析法 产物无，且不可显色，与另一酶促反应偶联 知萄萄糖→6砖酸葡萄糖 +NAD→6-磷酸葡萄糖酸+NAD 2、分离纯化 工业上大多采用微生物发酵的方法来杂得大量悔制剂。 优点：不受气候、地理条件的限制，动、植物体内的南大多可从微生物体内找到， 微生物繁殖快，产神量山丰富。还可以通过选育常种来提高酶的产量和用康价原料大量生产。 分离纯化的一个基太零，地纯化，结品成荆 方法：1.根据溶解度不同（盐析法、有机溶剂沉淀 等电点沉淀法 选择性沉淀法 2.根据南与杂蛋白分子大小的差别（凝胶过滤法、超离心法）：3.根据，和杂蛋白与吸附剂 之间吸附与解吸附性质的个同（吸附分离法）：4.根据带电性质（离子交换层折法、电泳分 离法、等电聚焦层析法)：5.根据酶与杂蛋白的稳定性差别（选择性变性法）：6，根据南梅与底 物、轴因子或抑制剂之间的专一性亲和作用（亲和层析法）。 酶的纯化倍数与产率计算 比活力■活力单位数毫克蛋白（氮》 纯化倍数=该次比活力/第一次比活力 产率%（回收率）=每次总活力/第一次总活力X100 酶的纯化鉴定： 聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法等 梅的保存：1、低温(04℃，-20℃)：2、高浓度较稳定： 3、加入稳定剂：4、固定化：5，干燥。 七、核酶、抗体酶、同工酶（熟悉） 1、核酶 具有催化功能的RNA, 应用前景用于破坏病毒及癌细胞的基因表达 理论意义提出了生物大分子和生命起源的新概念，促进进化研究。 (认为分子进化过程中有一个RNA时期，现在的核酶是活化石) 2、抗体梅 具有催化功能的免疫球蛋白（抗体） 由于抗体酶具有高度底物专一性，在临床上治疗和合成立体专一性化学物 质上具有重要应用价值
既是抗体又具有熊化功能的蛋白质称为“抗体脖或徒化性抗体：其本质是免爽球蛋白， 但是在易变区予了游的属性。1986年科学家根据过波态论和免度学原理，运用单克隆 抗体技术成功地制备 具有游活性的抗体。这加深了人们对作用原理的座 医学收制药业等方面有根好的应用。 3、同工梅 催化相同反应但组成、结构、调节、分布等木同的一组的 1959年发现的第一个同工足乳酸脱氢酶(（M),它在MM存在下，催化 丙丽酸的可逆转化生成乳酸。它是一个享聚顾，山两种不同类型的亚基组成5种分子形式： H、B队、H22、8、4,它们的分子结构、理化性质和电泳行为不同，但催化可一反应 因为它们的活性部位在结构上相同或非常佣似。M亚基主要存在骨骼肌和肝脏，而∥亚基主 要在心肌。心肌使死的情况可通过血液L州同工薇的类型的检测确定。 酸脱氢酸示意图 生物学功能1、作为遗传指标，用于资传分析 即同工酶鉴定、分类 2、作为个体发育阶段指标 不同发育阶段、不同组织有不同的同工酶 3、调节代谢 分枝代谢调节，穿梭作用（由于Km不同） 4、作为基因表达的指标 不同的基因表达伴随着一定的同工爵出现或消尖 5、用于杂种优势预测 6,用于疾病的诊新如M4肝、肌 H4 八、酶工程简介（了解） 四大生物工程之一（基因工程、细跑工程、酶工程、发酵工程 研究悔的生产、纯化、固定化、修饰和改造以及在工、农、医、科学等领域的应用的技 术。 1、化学酶工程 通过对酶的化学修饰、固定化处理，改善其性质（耐热性、耐酸碳性）以提高酶敦率和 降低成本，甚企人工合成梅的技术 天然 提取、纯化的南 修饰酶 给悔减基闭后性能改变的喜 与共价修饰酶区别：为人工化学行为，后者是细胞的生物行为 固定化静 不溶于水而保特活性的蘭 酶的固定化就是把水溶性酶经物理（吸附法与包埋法）或化学方法（共 价偶联法与交联法)处理后，使酶与惰性截体结合或将膊包埋起来成为 种不溶于水的状念。 吸附法：使牌被吸附于惰性固体的表面，或吸附于离子交换剂上。 包埋法：使悔包埋在凝胶的格子中或聚合物半透膜小胶囊中。 偶联法：使堕通讨共价连接于活当的不溶于水的截体上。 交联法：传 酶分子依靠双功能基团试剂交联聚合成状”结构 人工模拟悔 人工合成的有催化活性的有机分子
如把胰凝乳蛋白酶的催化基团连在环状精精分子上，以其环腔 为结合区，有胰凝乳蛋白酶的活性， 2、生物酶工程 用基因重组技术生产或对南基因修饰或设计新基因，从而生产性能稳定、具有新的生物 活性及催化效率史高的酶的技术。 克隆酶用基因重组技术山受体生物合成的隋 与天然酶区别：此生物合成彼生物的酶 突变酶 对他基因修饰后导入受体生物合成的两 有修饰酶区别： 生物依修 的基因合成，后者是人工化学行为 新酶 人工设计的基因导入受体生物合成的酶 九、酶的应用（了解） 工业上梅应用的优点 1.的催化效率高，专一性强，不发生副作用 2.作用条件温和 3.博及其反应产物大多无毒性。 早在19世纪术，戏有游制剂的商品生产，目前已有1干多种，在工业、衣业、医药以 及科学研究中(/益发挥它石大作用。 例淀粉梅用于纺织品的退浆，可节的大量的碱并提高棉布的质量。处理料以增加 茶价值。脂防用 食品州香 羊毛沁涤 或白用于皮革业的脱毛、蚕丝脱胶 化、酒类澄清、洗涤剂士污等。简萄异构游用来制造采葡糖浆，商糖氧化酶用来除士罐头 中饯余的氧。 廊可作为试剂用于胎床检验，游联免疫测定：作为药物用于临床治疗，1胃蛋户白隙、 陵蛋白感助消化，走激感、尿激灣治疗血栓的形成：基因工程中应用各种限制性核酸内切修 进行科研和生产。 的开发和利用是现代生物技术的重要内容。1971年命名了酶工程(emm engineering,这是把特学原理与化学工程技术及基因重组技术阴结合而形成的新型应用技 术。蘑工程可分为化学樽工程和生物薇工程。前者指天然膊、化学修饰糖.固定化酶及人工 模拟整的研究和生产：后者指克降整、突变梦和合成新整等内容的研究和成用。 第二节动力学有关概念 研究酶促反应速度以及影响速度的各种因素的科学。 因素：酶浓度、底物浓度、湿度、pH值、激活剂、抑制剂 酶促反应速度（掌握） 反应速度单位时间内底物或产物的变化量 单分子反应仪有一个底物分子参加的反应 y=-dc/dt=+dc/dt=kc -dc底物变化量+dc产物变化量 双分子反应有两个底物分子参加的反应 v=dc/dt= 二、反应级数（了解） 一级反应反应速率只与底物浓度的一次方成正比的反应
即单分子反应速度 二级反应反应速率与底物浓度二次方或两种底物浓度积成正比的反应 即双分子反应速度 但有些双分子反应的级数是一级。 水解反应，水是介质，参与反应的忽略。 零级反应反应速度与底物浓度无关的反应 第三节底物浓度对酶促反应速度的影响 当酬究某一因素对障促反应速度的影啊时，体系中的他因素特不变，而只变动所要 研究的因素。 底物浓度对梅反应速度的影响 速度对底物浓度图 从图中可见一级、混合级、0级，为解释这种现象，提出中间产物学说 、 中间产物学说 (熟悉》 Heni和Hurtz提出 示意图 S+E ES E+P 当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随者底物浓度的增加，中间络合物的浓 度不断增高。 当底物浓度较高时，溶液中的全部与底物结合成中间产物，增加底物浓度也不会有 史多的中间产物生成 即酶催化时与底物是一对一关系，有饱和现象。不是太阳普照 如搬桌子，一人一次搬一个，而不是有多少个可搬多少个 中间产物已得到许多实验证实，D3561,2、.3、4、5 二.米氏方程式(Michaelis-Menten equation) (重点、难点) (单底物反应) 191I3年，Michaelis和Menten根据中产物学说进行数学推导，得出V与S的数学方 程式，即米曼氏方程式。I925年Bggs和faldane是出稳念理论，对米氏方程做了一项西 要的修正。 底物浓度利促反应速度的影呈双曲线。当底物浓度较低时，V 与网呈正比关系( 级反应：随机的增高，的增遂步减慢（混合级反应增到一定程度，V不再增加而 是瞪于总定（零级反应）。 设Km=k2+k3/k1 v=V「s]/(Km+「s]) km>>[S].vS]: IS].vv 示意图 从图说明此方程的曲线 米切尔、曼顿平衡态米氏方程推导 S+E+--ES一k,→E+P 反应4路，因为研究初速度 设海总浓度为[Eo],底物总浓度为[S], 游离南浓度为[E]=[E]一[ES], 剩余底物浓度为[S]=[s]一 ]=[s] v=K[E][S]=K1([E] -[Es])[s] V2=K2 [ES]