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1、Enzyme,第 七 章 酶,1,2022/11/30,酶在生物体内的重要性,新陈代谢是生命活动的基础，是生命活动最重要的特征。而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化，都是在酶（enzyme）催化下进行的。生物的生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关，可以说，没有酶的参与，生命活动一刻也不能进行。,2,生活中的酶,SOD加酶洗衣粉唾液淀粉酶谷丙转氨酶（谷草转氨酶）,3,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载,曲作“媒”（通假酶）催化谷物淀粉发酵。一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。1833-1835年 Payen和P
2、ersoz从麦芽抽提物中制备出使淀粉糖化的物质，后来称为淀粉酶1836年 Theodor Schwann发现消化酶-胃蛋白酶1839-1897年 60年关于酵母的争论，认为只有完整的活酵母才有发酵功能1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。1894年 加酶食品的第一次商业化生产1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。1890年， Emil Fischer建立钥匙-锁理论,4,谢谢观赏,2019-6-16,1908-1913年 在皮革软化过程中酶取代粪便1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶，科学家发现酶是蛋白质 。1941-1943年 生产胰岛素和
3、胰蛋白酶的新方法 1963年 碱性蛋白酶-洗涤剂用酶的突破 1965-1974年 淀粉工业的重大突破 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1984-1986年 第一个由基因修饰的微生物 (GMO) 生产的酶 1992年 建立用于酶工业生产的克隆表达1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。,5,谢谢观赏,2019-6-16,酶的应用,工业农业生活医学,6,谢谢观赏,2019-6-16,酶的研究意义,酶的高效和专一性是普通化学催化剂无法比拟的，对酶研究的
4、成果将给催化理论、催化剂设计、药物设计、药理、疾病诊断和治疗以及遗传变异等提供理论依据和新的认识。,7,谢谢观赏,2019-6-16,第一节 酶的概念,目前将生物催化剂分为两类蛋白质 、 核酸,酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用生物大分子，绝大部分酶是蛋白质。,8,谢谢观赏,2019-6-16,关于酶化学本质的分歧,上世纪80年代初，Cech和Altman分别发现了具有催化活性的RNA，这引起了对酶定义的分歧。有人认为，“酶是具有催化活性的蛋白质”，所以具有催化活性的RNA属于一类新发现的具有催化活性的生物大分子，应该给它们起一个新的名字。也有人认为，“酶是具有催化活性的生物
5、大分子”，具有催化活性的RNA是酶新发现的成员，以前认为酶的化学本质都是蛋白质的概念是错误的。,9,谢谢观赏,2019-6-16,对RNA型催化剂的命名,Cech等人取RNA的词头（ribonucleic acid）和酶的词尾（enzyme）将具有催化活性的RNA命名为“ribozyme”。从这个名称来看，ribozyme是和enzyme并列的一类物质，而不是属于enzyme的一类物质。在英汉生物学词汇（第二版）中，对ribozyme的翻译是这样的：“核酶，核糖核酸拟酶，酶性核糖核酸”。ribozyme至今还没有一个得到大家公认的准确译名,目前最常用的是“核酶”。曾经有人提出造一个新字来翻译r
6、ibozyme，即“ ”，但没有得到大家的认可。,10,谢谢观赏,2019-6-16,抗体酶(Abzymes),1986年，Schulz和Lerner两个实验室同时报道他们成功地得到了具有酶催化活性的抗体。这就是抗体酶。抗体酶是用过渡态底物的类似物作为半抗原，免疫动物得到的抗体，这种抗体就可能具有酶活力。,11,谢谢观赏,2019-6-16,酶的催化特点The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction,12,谢谢观赏,2019-6-16,酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能
7、加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点;用量少而催化效率高能降低反应活化能,13,谢谢观赏,2019-6-16,催化过程与非催化过程自由能的变化,14,谢谢观赏,2019-6-16,（一）酶促反应具有极高的效率,一、 酶促反应的特点,比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍。,15,谢谢观赏,2019-6-16,一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。,* 酶的特异性(specificity),（二）酶促反应具有高度的专一性,16,谢谢观赏,2019-6-16,根据酶对其底物结构选择的严格程
8、度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：,绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。 相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体异构体中的一种，包括旋光异构专一性和几何异构专一性,17,谢谢观赏,2019-6-16,相对专一性,族专一性或基团专一性： 它们只对反应键一侧的基团有严格要求，而对反应键的另一侧基团没有要求，如-D-葡萄糖苷酶水解葡萄糖的糖苷键，而不管糖苷配基是什么。键专一性： 它们只对反
9、应的键有要求，对键两侧的基团都没有要求，如酯酶催化酯键的水解，而不管是乙酸乙酯还是丙酸甲酯。,18,谢谢观赏,2019-6-16,-葡糖苷酶,19,谢谢观赏,2019-6-16,（三）酶促反应的可调节性,对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等,酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。,20,谢谢观赏,2019-6-16,（四）反应条件温和，易失活,反应都是在常温常压下进行由于酶是蛋白质，凡能使蛋白质变性的因素都能使酶失活。失活因素：高温、强酸、强碱等,21,谢谢观赏,2019-6-16,（五）无副反应,淀粉酶
10、催化淀粉水解只产生麦芽糖和葡萄糖，而无其他化合物。,22,谢谢观赏,2019-6-16,第二节 酶的命名与分类The Naming and Classification of Enzyme,23,谢谢观赏,2019-6-16,一、酶的命名1. 习惯命名法推荐名称 1）根据作用的底物命名 2）根据催化反应的类型命名2. 国际系统命名法系统名称系统名称底物（两种底物用“：”隔开）催化反应的类型,24,谢谢观赏,2019-6-16,一些酶的命名举例,25,谢谢观赏,2019-6-16,二、酶的分类1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类 (transferases )3.水解酶
11、类 (hydrolases)4.裂解酶类 (lyases)5.异构酶类( isomerases)6.合成酶类 (ligases, synthetases),26,谢谢观赏,2019-6-16,氧化还原酶类（oxido-reductases）,氧化还原酶类是催化氧化还原反应的酶，又可分为氧化酶和脱氢酶两类。（1）氧化酶类催化O2氧化底物的反应，生成H2O2或H2O。 AH2 + O2 A + H2O2 2AH2 + O2 2A + 2H2O（2）脱氢酶类需要辅酶（NAD+）或辅酶（NADP+）作为受氢体，催化底物氧化脱氢反应。 AH2 + NAD(P)+ A + NAD(P)H + H+,27,
12、谢谢观赏,2019-6-16,转移酶类（transferases）,转移酶类催化基团从一个底物上转到另一个底物上的反应。 AX + B A + BX,28,谢谢观赏,2019-6-16,水解酶类（hydrolases）,水解酶类催化水解反应。 A-B + H2O A-OH + BH,29,谢谢观赏,2019-6-16,裂合酶类（lyases）,裂合酶类催化从底物上移去一个基团，而留下双键的反应或其逆反应。 A-B A + B,30,谢谢观赏,2019-6-16,异构酶类（isomerases）,异构酶类催化各种同分异构体之间的转变。此类酶包括消旋酶、差向异构酶、顺反异构酶、分子内氧化还原酶、分
13、子内转移酶和分子内裂解酶等。 A B,31,谢谢观赏,2019-6-16,合成酶类（ synthatases）,合成酶类催化一切必须与ATP分解相偶联，并由两种物质（双分子）合成一种物质的反应。 A + B + ATP A-B + ADP +Pi 或 A + B + ATP A-B + AMP +Pii,32,谢谢观赏,2019-6-16,命名：EC a.b.c.d表示含义：EC enzyme commisiona. 表示六大类中的某一类b. 每类酶中的亚类c. 表示亚亚类d. 在亚亚类中的排序按照系统分类命名法，一个酶只有一个名称和编号,33,谢谢观赏,2019-6-16,第三节酶的分子结构
14、与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme,34,谢谢观赏,2019-6-16,酶的不同形式,单体酶：仅具有三级结构的酶。寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶或串联酶：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。,35,谢谢观赏,2019-6-16,一、 酶的分子组成,36,谢谢观赏,2019-6-16,*各部分在催化反应中的作用,酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质,金属酶(metalloenz
15、yme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。,37,谢谢观赏,2019-6-16,金属离子的作用稳定酶的构象；组成酶的活性中心； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,小分子有机化合物的作用-Vit B 族、VitC 族在反应中起载体的作用，传递电子、质子或其它基团。,38,谢谢观赏,2019-6-16,小分子有机化合物在催化中的作用,39,谢谢观赏,2019-6-16,辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）,辅酶 (coenz
16、yme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。,辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。,40,谢谢观赏,2019-6-16,二、酶的活性中心,必需基团(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团，包括COOH、-NH2、OH、-SH。,41,谢谢观赏,2019-6-16,或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。,酶的活性中心(active center),42,谢谢观赏,2019-6-
17、16,溶菌酶的活性中心,* 谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；,* 色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；,* AF为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。,43,活性中心内的必需基团,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。,活性中心外的必需基团,组氨酸残基的咪唑基、丝氨酸残基的羟基、半胱氨酸残基的巯基、谷氨酸残基的羧基是构成活性中心的常见基团。,44,谢谢观赏,2019-6-16,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,45,谢谢观赏,2019-6-16,（一）酶的催化作用与活化能活化能概念：加速化学反应的两条途径：1.提
18、高反应温度2.降低化学反应的能阈,三、酶促反应的机理,46,（二）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说,酶底物复合物,中间产物学说,1902年，Henri和Wurtz提出了酶底物复合物学说，该学说认为，当酶催化反应时，酶首先与底物结合，生成酶底物复合物，然后生成产物，并释放出酶。反应用下式表示：,47,谢谢观赏,2019-6-16,中间产物学说,48,谢谢观赏,2019-6-16,酶底物中间复合物存在的证据,电子显微镜和X光衍射直接观察到酶与底物的复合物。酶与底物结合后光谱发生变化。酶的溶解度或热稳定性在加入底物后发生变化。分离到了酶底物复合物。超离心沉降过程中，可观察到酶和底物共沉降的现象。平
19、衡透析时，观察到底物浓度在半透膜两侧浓度不相同。,49,谢谢观赏,2019-6-16,*诱导契合假说(induced-fit hypothesis),1958年，D.E. Koshland提出诱导契合假说，具体内容为：酶分子活性中心的结构原来并非和底物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔性的而非刚性的。酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。,50,谢谢观赏,2019-6-16,51,谢谢观赏,2019-6-16,羧肽酶的诱导契合模式,底物,52,谢谢观赏,2019-6-16,（三）,决定酶作用高效率的机制,1.底物的“接近”和“定向”效应2.诱导契合学说3.共价催
20、化4. 多元催化5. 表面效应,53,谢谢观赏,2019-6-16,第四节 酶促反应动力学,54,谢谢观赏,2019-6-16,概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。影响因素酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂和变构剂等。, 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,55,谢谢观赏,2019-6-16,研究酶促反应动力学的意义,在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要动力学提供实验证据.为了发挥酶催化反应的高效率，寻找最有利的反应条件.为了解酶在代谢中的作用和某些药物的作用机制等.,56,谢谢观赏,2019-6-16,一、底物浓度对反应速度的影响,单底物、单
21、产物反应酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5以内）时的反应速度底物浓度远远大于酶浓度,研究前提,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。,57,谢谢观赏,2019-6-16,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,58,谢谢观赏,2019-6-16,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,59,谢谢观赏,2019-6-16,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,60,谢谢观赏,2019-6-16,（
22、一）米曼氏方程式,中间产物,酶促反应模式中间产物学说,61,谢谢观赏,2019-6-16,米氏方程的推导,令：,将（4）代入（3），则：,ES生成速度：,，ES分解速度：,即：,则：,由于酶促反应速度由ES决定，即,将（2）代入（1）得：,(3),当酶反应体系处于恒态时：,当Et=ES时，,62,谢谢观赏,2019-6-16,1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。,S：底物浓度V：不同S时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximum velocity) m：米氏常数(Mich
23、aelis constant),63,谢谢观赏,2019-6-16,当反应速度为最大反应速度一半时,Km值的推导,KmS,Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。,64,谢谢观赏,2019-6-16,（二）Km与Vmax的意义,Km值 Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。 意义：a) Km是酶的特征性常数之一；b) Km可近似表示酶对底物的亲和力；c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。,65,谢谢观赏,2019-6-16,Vmax定义：Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。,意义：Vmax=K3 E如果酶的总浓度已知，可从Vm
24、ax计算 酶的转换数(turnover number)，即动力学常数K3。,66,谢谢观赏,2019-6-16,定义 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。意义 可用来比较每单位酶的催化能力。,酶的转换数,67,谢谢观赏,2019-6-16,Km与Vmax的测定,双曲线法双倒数作图法,68,谢谢观赏,2019-6-16,二、酶浓度对反应速度的影响,当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。关系式为：V = K3 E,69,谢谢观赏,2019-6-16,三、pH影响酶活力的机理,1、影响酶分子、底物分子、辅酶分子上 可解离基团，即影响基团的解离状态；
25、2、在最佳pH时，酶的活性中心、底物、辅酶的可解离基团的解离状态就是酶与底物结合并催化底物发生变化的最佳解离状态，酶的活力最高。,70,谢谢观赏,2019-6-16,四、温度对酶促反应速度的影响,温度与酶促反应速度的关系酶的最适温度应用：利用最适温度货避免最适温度,71,谢谢观赏,2019-6-16,五、抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性,72,谢谢观赏,2019-6-16,酶的抑制作用的意义,1、药物通过抑制酶的作用发挥治疗作用2、毒物中
26、毒就是对酶抑制的结果,73,谢谢观赏,2019-6-16,抑制作用的类型,不可逆性抑制 (irreversible inhibition),可逆性抑制 (reversible inhibition)：,竞争性抑制 (competitive inhibition)非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition),74,谢谢观赏,2019-6-16,(一) 不可逆性抑制作用,* 概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。这种抑制不能用透析 等方法去除。 * 举例有机磷化合物 羟基酶解毒 -
27、- - 解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物 巯基酶解毒 - - - 二巯基丙醇(BAL),75,谢谢观赏,2019-6-16,羟基酶的抑制,羟基酶以丝氨残基侧酸链上的OH为必需基团的一类酶。有机磷通过共价键与羟基不可逆地结合，使酶磷酰化而失去活性。,76,谢谢观赏,2019-6-16,巯基酶的抑制,巯基酶是以半胱氨酸残基侧酸链上的SH为必需基团的一类酶。重金属离子与巯基不可逆地结合，使酶失去活性。,77,谢谢观赏,2019-6-16,酶抑制的解除,失活酶,BAL,巯基酶,BAL与砷剂结合物,78,谢谢观赏,2019-6-16,（二） 可逆性抑制作用,* 概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物
28、复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。,竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制,* 类型,79,谢谢观赏,2019-6-16,. 竞争性抑制作用,反应模式,定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,80,谢谢观赏,2019-6-16,81,谢谢观赏,2019-6-16,* 特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；V,I与S结构类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。,抑制剂,82,谢谢观赏,2019-6-16,* 举例,丙二酸与琥珀酸竞
29、争琥珀酸脱氢酶,83,谢谢观赏,2019-6-16,磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶,84,谢谢观赏,2019-6-16,2. 非竞争性抑制,* 反应模式,85,谢谢观赏,2019-6-16,* 特点,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；,抑制程度取决于抑制剂的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。,抑制剂,86,谢谢观赏,2019-6-16,. 反竞争性抑制,* 反应模式,87,谢谢观赏,2019-6-16,* 特点：,抑制剂只与酶底物复合物结合；,抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；,动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。,抑
30、制剂,88,谢谢观赏,2019-6-16,各种可逆性抑制作用的比较,89,谢谢观赏,2019-6-16,六、激活剂对反应速度的影响,激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。 必需激活剂 (essential activator) 非必需激活剂 (non-essential activator),90,谢谢观赏,2019-6-16,七、变构酶的协同效应,变构酶的概念：变构酶活性的S形曲线,91,谢谢观赏,2019-6-16,第 五 节 酶 的 调 节The Regulation of Enzyme,92,谢谢观赏,2019-6-16,调节对象 关键酶的调节,93,
31、谢谢观赏,2019-6-16,一 、酶活性的调节,（一）酶原与酶原的激活,酶原 (zymogen)有些酶在合成后或初分泌时只是无活性的前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。,94,谢谢观赏,2019-6-16,酶原激活的机理,95,谢谢观赏,2019-6-16,胰蛋白酶原的激活过程,96,酶原激活的生理意义-自我保护功能,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,97,谢谢观赏,2019-6-16,（二）变构酶,变构效
32、应剂 (allosteric effector),变构调节 (allosteric regulation),变构酶 (allosteric enzyme),变构部位 (allosteric site),一些代谢物可与酶分子活性中心外的部位可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。,98,谢谢观赏,2019-6-16,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应,变构酶的形曲线,99,谢谢观赏,2019-6-16,天冬氨酸转氨甲酰酶,（aspartate transcarbamylase，ATCase）,ATCase是嘧啶生物合成途径的第一个酶，底物对酶的结合有正协
33、同性。该反应途径的终产物CTP是ATCase的反馈抑制剂，抑制程度可达90%，这种抑制是降低酶对底物的亲和力，但不影响最大反应速度。而ATP是ATCase的激活剂，可增加酶对底物的亲和力，也不影响最大反应速度。,100,谢谢观赏,2019-6-16,ATCase催化的反应式,101,谢谢观赏,2019-6-16,ATP和CTP对ATCase活性的影响曲线,ATP可阻遏CTP的抑制作用，它们竞争同一结合位点。,102,谢谢观赏,2019-6-16,（三） 酶的共价修饰调节,共价修饰(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可
34、逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。,常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化SH与SS互变,103,谢谢观赏,2019-6-16,酶的磷酸化与脱磷酸化,104,谢谢观赏,2019-6-16,二、 酶含量的调节,（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏诱导作用(induction)阻遏作用(repression)（二）酶降解的调控,细胞内酶蛋白处在不断更新中，是动态平衡的。,105,谢谢观赏,2019-6-16,三、同工酶,同工酶就是催化同一反应，但酶分子形式不同的一组酶。酶分子不同可以表现为肽链的氨基酸序列不同或寡聚酶的亚基组成不同。最典型的同工
35、酶是动物体内的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH），它是亚基组成不同的一组酶。 同工酶中的不同成员可在不同的组织中表达，或在不同的发育阶段表达。可用于遗传分析。虽然它们催化相同的反应，但它们的酶学性质可以不同，在代谢中发挥着不同的作用。,106,谢谢观赏,2019-6-16,乳酸脱氢酶同工酶,从各种组织中得到的LDH分子量都是140103，由4个亚基组成，亚基有两种，一种为肌肉型（M），一种为心肌型（H），这两种亚基在氨基酸组成上有较大差别，H型富含酸性氨基酸，M型富含碱性氨基酸，因此很容易利用电泳分开。,107,谢谢观赏,2019-6-16,乳酸脱氢酶催化的反应,
36、108,谢谢观赏,2019-6-16,* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5),109,谢谢观赏,2019-6-16,乳酸脱氢酶同工酶酶谱,110,谢谢观赏,2019-6-16,第六节 酶的活力测定和酶的分离纯化,111,谢谢观赏,2019-6-16,一、酶活力的测定和酶活性单位,酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。,酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。,酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、g、mol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,112
37、,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力,酶的定量是以其催化能力的大小来衡量的，称为酶活力。 在酶催化反应过程中，底物的量逐渐减少，产物的量逐渐增加，通过检测单位时间底物的减少量或产物的增加量，可以测出酶催化能力的大小，也就是酶活力的大小。,113,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力的指标,由于底物的初始量往往较大，在短时间内底物浓度变化的相对值很小，不容易准确测定。而产物是从无到有，在短时间内产物浓度变化的相对值很大，所以常以单位时间产物浓度的增加作为衡量酶活力的指标。,114,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力测定对反应时间的要求,在试管反应中，随着酶反应的进行，产物浓度逐渐增加，底物浓
38、度逐渐减少，逆反应逐减增强；酶由于变性，活力也会逐渐下降；反应条件也会逐渐偏离最适条件。因此，随着时间的推移，反应速率会逐渐下降。若经过较长时间的酶反应再测定产物的增加量，单位时间的产物增加量就会减少；而只经过短时间的反应就测定产物的增加量，单位时间的产物增加量就较高。后者才能反应出酶活力的实际水平。,115,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力测定对反应时间的要求,测定酶活力时，应测定其初速率。但反应的时间又不能太短，时间太短产物积累量太少，达不到检测灵敏度所要求的量。因此，一般要求在底物的转化率不超过5%的时间内测定反应的产物量，产物的积累量应能够较准确地测量出来。,116,谢谢观赏,20
39、19-6-16,（一） 酶的活力单位,酶的活力单位有多种定义，其共同的定义是：在一定条件下，单位时间内将一定量的底物转化成产物所需的酶量。这样，对于一个酶制剂来说，就可以用含有多少单位的酶来表示其酶活力。,117,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力的国际单位,国际单位（IU）的定义： 在最适反应条件（温度25）下，每分钟内催化1mol底物转化为产物所需的酶量为一个活力单位，即1IU = 1mol/min。,118,谢谢观赏,2019-6-16,酶活力的实用单位,在实际工作中，人们还是习惯用一些与国际单位不同的单位来表示酶活力。实际上，有些酶活力无法用国际单位来表示。如-淀粉酶的活力单位为每小
40、时催化1g可溶性淀粉液化所需要的酶量，也有用每小时催化1ml 2%的可溶性淀粉液化所需要的酶量为1个单位的。,119,谢谢观赏,2019-6-16,一种大的酶活力单位,1972年，为了方便工业上使用，国际酶学委员会又推荐了一个大的酶活力单位，即Katal，规定为：在最适条件下，每秒钟催化1mol底物转化为产物所需的酶量为1Katal。1Kat = 60106 IU,120,谢谢观赏,2019-6-16,（二） 酶的比活力,酶的比活力或称比活性，用每mg蛋白质所含的酶活力单位数表示，即U/mg protein。比活力是衡量酶纯度的指标。 酶制品的纯度一般都用比活力大小来表示，比活力越高，表明每越
41、纯。,121,谢谢观赏,2019-6-16,（三） 酶活性中心的转换数,定义：酶的转换数是指单位时间内（如每秒）每催化中心所转换的底物分子数，或每摩尔活性中心单位时间转换底物的摩尔数。意义：表示酶促反应的速度,122,谢谢观赏,2019-6-16,（四）酶活力的测定方法,分光光度法荧光法同位素法电化学法,123,谢谢观赏,2019-6-16,酶活性测定的步骤,选择合适的化学反应及检测指标底物浓度的选择其他反应条件的选择,124,谢谢观赏,2019-6-16,二、酶的分离和纯化,目的： 1.研究酶的特性 2.应用 按分离纯化蛋白质的方法进行，中间每一步都要测定酶活力和蛋白质含量。胞内酶与胞外酶,
42、125,谢谢观赏,2019-6-16,常用方法：,盐析法有机溶剂沉淀法吸附法色谱分离（层析）法其他分离法：超速离心法，电泳分离法,126,谢谢观赏,2019-6-16,酶的保存,低温保护剂干燥,127,谢谢观赏,2019-6-16,第七节 酶的应用及酶工程简介,128,谢谢观赏,2019-6-16,一、酶的应用,食品工业：淀粉的液化、糖化、异构化的相关糖类酶，蛋白质分解酶、果汁澄清用的果胶水解酶或纤维水解酶、油脂改良或乳制品制造的脂肪分解等饲料：非淀粉多糖酶（纤维素酶）、植酸酶、脂肪酶等化工：洗涤剂工业、酒精工业和有机酸工业、在纺织、皮革、造纸工业及日化用品中的应用、在精细化工的应用（见生物工
43、程酶在化工中的应用进展，化学生物工程，2008，3）环境：固定化酶污水处理 医学：疾病诊断科研：Taq聚合酶、限制性内切酶等,129,谢谢观赏,2019-6-16,饲料工业用酶举例,淀粉酶糖化酶蛋白酶纤维素酶葡聚糖酶木聚糖酶果胶酶植酸酶,130,谢谢观赏,2019-6-16,实例：诺维信世界领先的酶制剂制造商,丹麦诺维信公司是世界最大的酶制剂生产商，在全球工业用酶市场占有50%的份额，并连续7年名列道琼斯可持续发展指数(DJSI)中全球和欧洲医药/生物技术板块企业可持续发展第一名。2006年，公司全球销售收入达68.02亿丹麦克朗（约86.4亿人民币）,一个只有5000余人的跨国公司却有着50
44、00多项被批准和申请中的专利 。无论是吃的面包，喝的果汁、啤酒、葡萄酒，还是穿的纺织品，用的洗涤剂，甚至是汽车用的汽油，都离不开酶制剂，而诺维信就是专攻酶制剂和相关技术的企业。近半个世纪中，这家丹麦公司共开发出75类、600多种酶制剂产品，广泛应用于四十多个工业加工领域。公司目前在全球39个国家建立了分支机构。为了保持竞争优势，诺维信不断探索白色生物技术及其工业应用，每年用于研发的资金占营业额的13%，推出46个新产品。过去5年中，诺维信新产品销售收入占营业总额的30%。酶的神奇功效。在欧洲，人们用洗衣机洗衣服时，习惯用40度的热水，如果洗涤剂中添加了诺维信生产的酶制剂，水温只要30度就可达到
45、相同的洗涤效果，节能环保一举两得。“如果欧洲所有家庭都用30度的水洗衣服，一年就可减少二氧化碳排放量1300万吨。”,131,谢谢观赏,2019-6-16,132,谢谢观赏,2019-6-16,二、酶工程简介,化学酶工程：初级酶工程，主要由酶学与化学工程技术相结合而形成。包括采用化学修饰、固定化处理，甚至用化学合成法等手段，改善酶的性质以提高催化效率及降低生产成本。它包括自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究和应用；酶反应器的设计和放大；反应条件的控制和优化等。,133,谢谢观赏,2019-6-16,134,谢谢观赏,2019-6-16,生物酶工程：从基因水平改造和设计新酶。主要包括三方面内容：用基因工程技术大量生产酶。修饰酶基因，产生遗传修饰。设计出新酶基因，合成自然界从未有过的酶。,135,谢谢观赏,2019-6-16,
