第4章 酶.docx

酶
酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。
1957巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。
1分子Glc→2分子乙醇+2分子CO2从Glc开始，经过12种酶催化，12步反应，生成乙醇。
1897Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。
1913Michaelis和Menten提出米氏学说—酶促动力学原理。
1926Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具有蛋白质性质。
1969化学合成核糖核酸酶。
1967-1970从E.coli中发现第I、第II类限制性核酸内切酶。
1986Cech发现四膜虫细胞大核期间26SrRNA前体具有自我剪接功能。
ribozyme，deoxyribozyme
E.coRI
5’——GAATTC——3’
3’——CTTAAG——5’
限制作用修饰作用
5’——GAATTC——3’5’——GAATTC——3’
3’——CTTAAG——5’3’——CTTAAG——5’
酶学概论
酶的生物学意义
大肠杆菌生命周期20分钟，生物体内化学反应变得容易和迅速进行的根本原因是体内普通存在生物催化剂—酶。没有酶，生长、发育、运动等等生命活动就无法继续。
限制性核酸内切酶（限制-修饰）
酶的概念及其作用特点
酶是一种生物催化剂
酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。
生物催化剂：酶(enzyme)，核（糖）酶(ribozyme)，脱氧核（糖）酶(deoxyribozyme)
酶催化反应的特点
催化效率高
酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。
专一性高
酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。
反应条件温和
温度低于100℃，正常大气压，中性pH环境。
活性可调节
根据据生物体的需要，许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。
酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子
酶与非生物催化剂相比的几点共性：
①催化效率高，用量少（细胞中含量低）。
②不改变化学反应平衡点。
③降低反应活化能。

P234图4-1非催化过程及催化过程自由能的变化

④反应前后自身结构不变。
催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行，催化剂的效应只反映在动力学上（反应速度），不影响反应的热力学（化学平衡）。
酶的化学本质
酶的蛋白质本质
经典概念：所有的酶都是蛋白质，酶是具有催化功能的蛋白质，因此酶具有蛋白质的一切共性。
酶的蛋白质组成
有些酶仅由蛋白质组成，例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等
有些酶不仅含有蛋白质（酶蛋白），还含有非蛋白质成分（辅助因子），只有酶蛋白与辅助因子结合形成复合物（全酶）才表现出酶活性，如超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）
酶的专一性由酶蛋白的结构决定，辅助因子传递电子或某些化学基团。
酶的辅助因子
酶的辅助因子主要有金属离子（Fe2+、Fe3+、Cu+、Cu2+、Mn2+、、Mn3+、Zn2+、Mg2+、K+、Na+、Mo6+、Co2+等）和有机化合物。
辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。
辅基：与酶蛋白结合较紧。

酶辅助因子
CuZn-SODCu2+Zn2+
Mn-SODMn2+
过氧化物酶Fe2+或Fe3+
II型限制性核酸内切酶Mg2+
羧肽酶Zn2+

P235表4-1一些酶的辅助因子（金属离子）
P237表4-2基团反应中的辅酶和辅基。

酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如，NAD+可与多种酶蛋白结合，构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。
生物体内酶种类很多，而辅助因子种类却很少，原因是一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。
ribozyme核酶（具有催化功能的RNA）
1980以前，已知所有的生物催化剂，其化学本质都是蛋白质。
80年代初，美国科罗拉多大学博尔德分校的ThomasCech和美国耶鲁大学SidneyAltman各自独立发现RNA具有生物催化功能，此发现被认为是近十年生化领域最令人鼓舞的发现，此二人分亨1989诺贝尔化学奖。
ribozyme种类：①自我剪接ribozyme②自我剪切ribozyme③催化分子间反应ribozyme

后边细讲
按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类
单体酶
由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子
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
单体酶种类较少，一般多催化水解反应。
寡聚酶
由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。
①含相同亚基的寡聚酶