目目 录录Enzymes and Other Biocatalysts第第 五五 章章酶与其他生物催化与其他生物催化剂目目 录录酶的概念酶的概念生物催化剂分为两类生物催化剂分为两类酶、核酶脱氧核酶酶、核酶脱氧核酶酶酶enzyme)：由活细胞产生的，对特异底物：由活细胞产生的，对特异底物具有高效催化作用的蛋白质。具有高效催化作用的蛋白质。核酶核酶ribozyme)：具有催化活性的：具有催化活性的RNA。脱氧核酶脱氧核酶deoxyribozyme) ： 具有催化活性的具有催化活性的DNA目目 录录酶的研的研讨简史史公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有公元前两千多年，我国已有酿酿酒酒酒酒记载记载。1833183318331833年，提年，提年，提年，提纯纯麦芽淀粉糖化麦芽淀粉糖化麦芽淀粉糖化麦芽淀粉糖化酶酶淀粉淀粉淀粉淀粉酶酶。 1878187818781878年，年，年，年，Wilhelm KhneWilhelm KhneWilhelm KhneWilhelm Khne初次提出初次提出初次提出初次提出EnzymeEnzymeEnzymeEnzyme一一一一词词。1894189418941894年年年年，Emil Emil Emil Emil FischerFischerFischerFischer证证明明明明酶酶专专注注注注性性性性，酶酶与与与与底底底底物物物物作作作作用用用用的的的的锁钥锁钥关系。关系。关系。关系。1897189718971897年年年年，BuchnerBuchnerBuchnerBuchner兄兄兄兄弟弟弟弟用用用用不不不不含含含含细细胞胞胞胞的的的的酵酵酵酵母母母母提提提提取取取取液液液液，实实现现了了了了发发酵。酵。酵。酵。 1913191319131913年年年年，Leonor Leonor Leonor Leonor MichaelisMichaelisMichaelisMichaelis和和和和Maud Maud Maud Maud MentenMentenMentenMenten推推推推导导出出出出酶酶反反反反响响响响的的的的动动力学方程式。力学方程式。力学方程式。力学方程式。酶功能研讨促进物质代谢过程的研讨酶功能研讨促进物质代谢过程的研讨酶功能研讨促进物质代谢过程的研讨酶功能研讨促进物质代谢过程的研讨酶组成构造研讨促进蛋白质的研讨、酶组成构造研讨促进蛋白质的研讨、酶组成构造研讨促进蛋白质的研讨、酶组成构造研讨促进蛋白质的研讨、目目 录录19261926192619261930193019301930年，年，年，年，James SumnerJames SumnerJames SumnerJames Sumner和和和和John H. NorthropJohn H. NorthropJohn H. NorthropJohn H. Northrop脲酶、脲酶、脲酶、脲酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定酶蛋白胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定酶蛋白胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定酶蛋白胃蛋白酶、胰蛋白酶制成结晶，确定酶蛋白质本质。质本质。质本质。质本质。1941194119411941年，年，年，年，George BeadleGeorge BeadleGeorge BeadleGeorge Beadle和和和和Edward TatumEdward TatumEdward TatumEdward Tatum的的的的“一个基一个基一个基一个基因一个酶假说初次将蛋白质与基因联络在因一个酶假说初次将蛋白质与基因联络在因一个酶假说初次将蛋白质与基因联络在因一个酶假说初次将蛋白质与基因联络在一同，推进了生物化学与遗传学的结合。一同，推进了生物化学与遗传学的结合。一同，推进了生物化学与遗传学的结合。一同，推进了生物化学与遗传学的结合。 1982198219821982年，年，年，年，CechCechCechCech初次发现初次发现初次发现初次发现RNARNARNARNA也具有酶的催化活性，也具有酶的催化活性，也具有酶的催化活性，也具有酶的催化活性，提出核酶提出核酶提出核酶提出核酶(ribozyme)(ribozyme)(ribozyme)(ribozyme)的概念。的概念。的概念。的概念。2019201920192019年，年，年，年，Jack W. SzostakJack W. SzostakJack W. SzostakJack W. Szostak研讨室首先报道了具有研讨室首先报道了具有研讨室首先报道了具有研讨室首先报道了具有DNADNADNADNA衔接酶活性衔接酶活性衔接酶活性衔接酶活性DNADNADNADNA片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)。目目 录录第一第一节 酶和和酶反响反响简介介 Introduction to Enzymes Introduction to Enzymes and Enzymatic Reactionsand Enzymatic Reactions目目 录录一、化学反响具有热力学和动力学特性一、化学反响具有热力学和动力学特性 S P S P S P S PE ES：底物：底物 Substrate P：产物：产物 Product酶促反响：酶催化的化学反响酶促反响：酶催化的化学反响E：酶：酶 Enzyme热力学特征：热力学允许的化学反响；热力学特征：热力学允许的化学反响；动力学特性：加速可逆反响的进程，动力学特性：加速可逆反响的进程， 不改动反响平衡点。不改动反响平衡点。目目 录录1 1反响平衡可用平衡常数来描画反响平衡可用平衡常数来描画 反响平衡反响平衡reaction equilibriumreaction equilibrium正向反响与逆向反响速率相等，反响不再有正向反响与逆向反响速率相等，反响不再有新的产物生成，这时的化学反响为反响平衡。新的产物生成，这时的化学反响为反响平衡。 一一热力学性质涉及能量平衡和反响平衡热力学性质涉及能量平衡和反响平衡能量对化学反响的影响能量对化学反响的影响目目 录录平衡常数平衡常数equilibrium constant, Keqequilibrium constant, Keq化学反响到达平衡时，反响产物化学反响到达平衡时，反响产物( (生成物生成物浓度积与剩余底物浓度积与剩余底物反响物反响物浓度积之比。浓度积之比。 S1+S2 P1+P2Keq=Keq=P1eqP2eqP1eqP2eqP1eqP2eqP1eqP2eqS1eqS2eqS1eqS2eqS1eqS2eqS1eqS2eqKeqKeq是化学反响能够进展的最大限制的量度。是化学反响能够进展的最大限制的量度。KeqKeq越越大大反反响响越越倾倾向向于于产产物物的的生生成成，即即正正向向反反响进展得越完全；响进展得越完全；KeqKeq越小那么逆反响的程度越大。越小那么逆反响的程度越大。 目目 录录2 2自在能的变化是化学反响的动力自在能的变化是化学反响的动力 自在能自在能 (G)：可以用于做功的能量。：可以用于做功的能量。 G = H TS 自在能变化自在能变化( G)：化学反响中能量的变化。：化学反响中能量的变化。 G = Gp - Gs= H T S H：焓；：焓；T：绝对温度；：绝对温度；S：熵。：熵。目目 录录DG 0 Gp 0 Gp GsD 反响为吸能反响不能自发进展；反响为吸能反响不能自发进展；DG = 0 Gp = GsD 正逆向反响速率相等，正逆向反响速率相等，D 反响处于平衡形状反响处于平衡形状目目 录录3 3规范自在能变化与平衡常数有关规范自在能变化与平衡常数有关 规范自在能变规范自在能变 G0G0是指在规范形状下的自在能变是指在规范形状下的自在能变 规范形状规范形状: : 压力压力 = 1= 1大气压大气压101.3kPa101.3kPa 温度温度 = 298K= 298K2525C C pH = 7.0 S=P=1mol/lS=P=1mol/lS=P=1mol/lS=P=1mol/l G = G0+ RT ln P1P2P1P2P1P2P1P2S1S2S1S2S1S2S1S2反响到达平衡时即反响到达平衡时即 G = 0 G = 0 G0= RT ln Keq 在在S1+S2 P1+P2中中目目 录录二二动力学性质是对反响速率的描画动力学性质是对反响速率的描画 动力学是研讨化学反响速率及其影动力学是研讨化学反响速率及其影响要素的科学。响要素的科学。 任何反响速率均由底物浓度和速率常任何反响速率均由底物浓度和速率常数数rate constant, k所决议。所决议。 k S P V= k S 反响速率是单位体积内反响进度随时反响速率是单位体积内反响进度随时间的变化率间的变化率, v = - S / dt = P / dt目目 录录一级反响一级反响first-order reaction: 单底物反响单底物反响: V 仅依赖于一个底物浓度仅依赖于一个底物浓度S, V = k S二级反响二级反响second-order reaction)：双底物反响：双底物反响 ： V 依赖于两个底物浓度和反响速率常数依赖于两个底物浓度和反响速率常数 V = k S1S2, 0 级反响：级反响： V 不依赖于底物浓度，只与反响速率常数有关不依赖于底物浓度，只与反响速率常数有关 V= k，S 极大时，极大时，V不受不受S 影响。影响。目目 录录二、酶的化学本质是蛋白质二、酶的化学本质是蛋白质单纯酶单纯酶 (simple enzyme): 仅由蛋白质构成的酶。仅由蛋白质构成的酶。结合酶结合酶 (conjugated enzyme)： 由蛋白质和非蛋白质共同组成的酶。由蛋白质和非蛋白质共同组成的酶。 酶蛋白：蛋白质部分酶蛋白：蛋白质部分 (apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor) (cofactor) 金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶全酶(holoenzyme)(holoenzyme)决议反响的特异性及其催化机制决议反响的特异性及其催化机制 决议反响的性决议反响的性质和反响类型质和反响类型 目目 录录一一酶蛋白：含一条多肽链，或多个亚基。酶蛋白：含一条多肽链，或多个亚基。单单体体体体酶酶 (monomeric enzyme) (monomeric enzyme)：一条多：一条多：一条多：一条多肽链组肽链组成的成的成的成的酶酶。寡聚寡聚寡聚寡聚酶酶 (oligomeric enzyme) (oligomeric enzyme)： 多个一多个一多个一多个一样样或不同或不同或不同或不同亚亚基基基基组组成的成的成的成的酶酶。多多多多酶酶体系体系体系体系 multienzyme system) multienzyme system)： 由几种不同功能的由几种不同功能的由几种不同功能的由几种不同功能的酶酶聚合构成的多聚合构成的多聚合构成的多聚合构成的多酶酶复合物。复合物。复合物。复合物。多功能多功能多功能多功能酶酶 (multifunctional enzyme) (multifunctional enzyme)或串或串或串或串联酶联酶： 酶酶蛋白含有多种不同催化功能构造域，蛋白含有多种不同催化功能构造域，蛋白含有多种不同催化功能构造域，蛋白含有多种不同催化功能构造域，这类酶这类酶称称称称为为多功能多功能多功能多功能酶酶。 多多多多酶酶体系在体系在体系在体系在进进化化化化过过程中基因相交融而成。程中基因相交融而成。程中基因相交融而成。程中基因相交融而成。目目 录录 二二辅助因子：辅助因子：按其与酶蛋白结合的严密程度按其与酶蛋白结合的严密程度 辅酶辅酶 (coenzyme):与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。法除去。 辅基辅基 (prosthetic group):与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的与酶蛋白结合严密，不能用透析或超滤的方法除去。方法除去。目目 录录1. 1. 金属离子金属离子: K+ Na+ Mg2+ Cu2+ Zn2+ Fe2+: K+ Na+ Mg2+ Cu2+ Zn2+ Fe2+ 按其与酶蛋白结合的严密程度按其与酶蛋白结合的严密程度金属酶金属酶(metalloenzyme)(metalloenzyme)金属离子与酶结合严密，提取过程中不易丧金属离子与酶结合严密，提取过程中不易丧失。失。 金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme) (metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚严密，提取过程中易丧失。不甚严密，提取过程中易丧失。 目目 录录 金属酶金属酶金属酶金属酶金属离子金属离子金属离子金属离子 金属激活酶金属激活酶金属激活酶金属激活酶金属离子金属离子金属离子金属离子过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶FeFe2+2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶KK+ +，MgMg2+2+过氧化物酶过氧化物酶过氧化物酶过氧化物酶FeFe2+2+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶MnMn2+2+，ZnZn2+2+谷胱苷肽过氧化物酶谷胱苷肽过氧化物酶谷胱苷肽过氧化物酶谷胱苷肽过氧化物酶 SeSe蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶MgMg2+2+,Mn,Mn2+2+己糖激酶己糖激酶己糖激酶己糖激酶MgMg2+2+精氨酸酶精氨酸酶精氨酸酶精氨酸酶MnMn2+2+固氮酶固氮酶固氮酶固氮酶MoMo2+2+磷脂酶磷脂酶磷脂酶磷脂酶C C C CCaCa2+2+核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶MnMn2+2+细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶CuCu2+2+羧基肽酶羧基肽酶羧基肽酶羧基肽酶ZnZn2+2+脲酶脲酶脲酶脲酶NiNi2+2+碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶ZnZn2+2+柠檬酸合酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶KK+ +金属酶和金属激活酶金属酶和金属激活酶 目目 录录金属离子的作用金属离子的作用:1.参与催化反响参与催化反响: 酶活性中心的催化基团酶活性中心的催化基团, 传送电子传送电子: Fe3+eFe2+ Cu2+eCu+ 激酶活化激酶活化: Mg2+, Mn2+ 促进磷酸化促进磷酸化2.在酶与底物间桥梁作用在酶与底物间桥梁作用: 酶活性中心的结合酶活性中心的结合基团基团 构成构成: 酶酶-金属离子金属离子-底物底物, 三元络合三元络合物物3. 稳定酶的构象稳定酶的构象: 多为金属酶作用多为金属酶作用, Zn2+羧羧基肽酶。基肽酶。4.中和阴离子中和阴离子: 降低反响中的静电斥力等。降低反响中的静电斥力等。目目 录录 2. 2. 小分子有机化合物的作用小分子有机化合物的作用: : 水溶性维生素构成酶的辅酶或辅基。起运水溶性维生素构成酶的辅酶或辅基。起运载体的作用，传送电子、质子或基团。载体的作用，传送电子、质子或基团。目目 录录 辅酶或辅基辅酶或辅基辅酶或辅基辅酶或辅基缩写缩写缩写缩写转移的基团转移的基团转移的基团转移的基团所含的维生素所含的维生素所含的维生素所含的维生素烟烟烟烟( ( ( (尼克尼克尼克尼克) ) ) )酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶核苷酸（辅酶核苷酸（辅酶核苷酸（辅酶I I I I）NADNADNADNAD+ + + +H HH H+ + + +，电子，电子，电子，电子烟酰胺（维生烟酰胺（维生烟酰胺（维生烟酰胺（维生素素素素PPPPPPPP）烟烟烟烟( ( ( (尼克尼克尼克尼克) ) ) )酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶核苷酸磷酸（辅酶核苷酸磷酸（辅酶核苷酸磷酸（辅酶II II II II）NADPNADPNADPNADP+ + + +H HH H+ + + +，电子，电子，电子，电子烟酰胺（维生烟酰胺（维生烟酰胺（维生烟酰胺（维生素素素素PPPPPPPP）黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FADFADFADFAD氢原子氢原子氢原子氢原子维生素维生素维生素维生素B B B B2 2 2 2焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素TPPTPPTPPTPP醛基醛基醛基醛基维生素维生素维生素维生素B B B B1 1 1 1磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基氨基氨基氨基维生素维生素维生素维生素B B B B6 6 6 6辅酶辅酶辅酶辅酶A A A ACoACoACoACoA酰基酰基酰基酰基泛酸泛酸泛酸泛酸生物素生物素生物素生物素二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳 生物素生物素生物素生物素四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸FHFHFHFH4 4 4 4一碳单位一碳单位一碳单位一碳单位叶酸叶酸叶酸叶酸辅酶辅酶辅酶辅酶B B B B12121212氢原子，烷基氢原子，烷基氢原子，烷基氢原子，烷基维生素维生素维生素维生素B B B B12121212小分子有机化合物辅酶小分子有机化合物辅酶辅基辅基的种类与作用的种类与作用( (第第05b05b章章) ) 目目 录录三、酶可按其所催化的反响类型进展分类三、酶可按其所催化的反响类型进展分类 一一催化氧化复原反响的酶属于氧化复原酶类催化氧化复原反响的酶属于氧化复原酶类 氧氧化化复复原原酶酶类类oxidoreductasesoxidoreductases包包括括催催化化传传送送电电子子和和氢氢、以以及及需需氧氧参参与与反反响响的的酶酶。例例如如，脱脱氢氢酶酶类类、加加氧氧酶酶类类、过过氧氧化化物物酶酶和和过氧化氢酶等。过氧化氢酶等。 目目 录录二二催化分子间基团转移的酶属于转移酶类催化分子间基团转移的酶属于转移酶类转转移移酶酶类类transferasestransferases包包括括将将磷磷酸酸基基从从ATPATP转转到到另另外外底底物物的的激激酶酶、加加无无机机磷磷酸酸使使化化学学键键断断裂裂的的磷磷酸酸化化酶酶，以以及及糖糖基转移酶、氨基转移酶等。基转移酶、氨基转移酶等。 目目 录录三三水解酶类催化加水分解化学键水解酶类催化加水分解化学键 水解酶类水解酶类hydrolaseshydrolases 按其所水解的底物不同按其所水解的底物不同 根据它们的作用部位根据它们的作用部位 蛋白酶、酯酶、蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶核酸酶 外切酶、内切酶外切酶、内切酶 目目 录录四四裂合酶催化移出化学基团并构成双键裂合酶催化移出化学基团并构成双键或相反的过程或相反的过程 裂解酶类裂解酶类lyaseslyases: : 非水解地催化一分子分裂成两个分子并留非水解地催化一分子分裂成两个分子并留有双键的酶。有双键的酶。 如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶 合酶合酶synthasessynthases 催化反响方向相反，一个底物去掉双键，催化反响方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合构成一个分子的酶。并与另一底物结合构成一个分子的酶。目目 录录1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 + 醛缩酶醛缩酶(aldolase)目目 录录五五催化分子异构体互变的酶类属于异构酶类催化分子异构体互变的酶类属于异构酶类 异构酶类异构酶类isomerasesisomerases：催化分子内部：催化分子内部基团的位置互变、几何或光学异构体互变、基团的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛酮互变的酶类。以及醛酮互变的酶类。 如：变位酶、表构酶、异构酶。如：变位酶、表构酶、异构酶。目目 录录六六催化两分子结合成一分子并偶联有高催化两分子结合成一分子并偶联有高能键的水解供能的酶类属于衔接酶或能键的水解供能的酶类属于衔接酶或合成酶类合成酶类DNADNA衔衔接接酶酶、氨氨基基酰酰-rRNA-rRNA合合成成酶酶、谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶属属于于衔衔接接酶酶或或合合成成酶酶类类liasesliases或或synthetasessynthetases。高能键的水解供能高能键的水解供能, , 多由多由ATPATP提供提供目目 录录四、酶可按其所催化的反响类型予以命名四、酶可按其所催化的反响类型予以命名 一一系统称号给出酶促反响的各种信息，系统称号给出酶促反响的各种信息，但较繁琐但较繁琐 1. 习惯命名法：习惯命名法：器官器官+底物底物+反响反响+酶酶: 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶; 胃蛋白酶胃蛋白酶水解酶水解酶: 水解省略水解省略; 蛋白酶蛋白酶; 脂肪酶脂肪酶; 核酸酶核酸酶英文名：酶所催化的底物英文名词上加后缀英文名：酶所催化的底物英文名词上加后缀“ase“ase 作为酶的称号。作为酶的称号。蛋白酶蛋白酶(protease)(protease)、磷酸酶、磷酸酶(phosphatase)(phosphatase)目目 录录 2. 系统命名法系统命名法: 根据酶分类命名根据酶分类命名每个酶有一个称号和一个分类编号每个酶有一个称号和一个分类编号 。分类分类: 根据酶的化学反响性质分为根据酶的化学反响性质分为6类类 每个酶有每个酶有4个分类编号个分类编号. 第第1个数字是酶的分类号，分个数字是酶的分类号，分6类类; 第第2个数字代表在此类中的亚类，个数字代表在此类中的亚类， 第第3个数字表示亚个数字表示亚-亚类，亚类， 第第4个数字表示该酶在亚个数字表示该酶在亚-亚类中的序号。亚类中的序号。 目目 录录命名命名: 酶分类编号酶分类编号+底物底物+作用作用 例例: 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27 乳酸乳酸:NAD+氧化复原酶氧化复原酶 类：类：1，氧化复原酶类，氧化复原酶类 亚类：亚类：1，脱氢，脱氢亚亚类：亚亚类：1，受氢体，受氢体NAD+ 序号：序号：27，乳酸，乳酸目目 录录酶的分类酶的分类酶的分类酶的分类系统名称系统名称系统名称系统名称编号编号编号编号催化的反应催化的反应催化的反应催化的反应推荐名称推荐名称推荐名称推荐名称1. 1. 1. 1.氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原酶类酶类酶类酶类(S)-(S)-(S)-(S)-乳酸：乳酸：乳酸：乳酸：NADNADNADNAD+ + + +- - - -氧化还原氧化还原氧化还原氧化还原酶酶酶酶EC1.1.1.27EC1.1.1.27EC1.1.1.27EC1.1.1.27(S)-(S)-(S)-(S)-乳酸乳酸乳酸乳酸+NAD+NAD+NAD+NAD+ + + + 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+NADH+H+NADH+H+NADH+H+NADH+H+ + + +L-L-L-L-乳酸脱乳酸脱乳酸脱乳酸脱氢酶氢酶氢酶氢酶2. 2. 2. 2.转移酶类转移酶类转移酶类转移酶类L-L-L-L-丙氨酸：丙氨酸：丙氨酸：丙氨酸： - - - -酮酮酮酮戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移酶酶酶酶EC2.6.1.2EC2.6.1.2EC2.6.1.2EC2.6.1.2L-L-L-L-丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸+ + + + - - - -酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+L-+L-+L-+L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸转丙氨酸转丙氨酸转丙氨酸转氨酶氨酶氨酶氨酶3. 3. 3. 3.水解酶类水解酶类水解酶类水解酶类1,4-1,4-1,4-1,4- -D-D-D-D-葡聚糖葡聚糖葡聚糖葡聚糖- - - -聚糖水解酶聚糖水解酶聚糖水解酶聚糖水解酶EC3.2.1.1EC3.2.1.1EC3.2.1.1EC3.2.1.1水解有水解有水解有水解有3 3 3 3个以上个以上个以上个以上1,4-1,4-1,4-1,4- -D-D-D-D-葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖基的多糖中基的多糖中基的多糖中基的多糖中1,4-1,4-1,4-1,4- -D-D-D-D-葡糖苷键葡糖苷键葡糖苷键葡糖苷键 - - - -淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶4. 4. 4. 4.裂合酶类裂合酶类裂合酶类裂合酶类D-D-D-D-果糖果糖果糖果糖-1,6-1,6-1,6-1,6-二磷二磷二磷二磷酸酸酸酸D-D-D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-3-3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸裂合酶磷酸裂合酶EC4.1.2.13EC4.1.2.13EC4.1.2.13EC4.1.2.13D-D-D-D-果糖果糖果糖果糖-1,6-1,6-1,6-1,6-二磷酸二磷酸二磷酸二磷酸 磷酸磷酸磷酸磷酸二羟丙酮二羟丙酮二羟丙酮二羟丙酮+D-+D-+D-+D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-3-3-磷酸磷酸磷酸磷酸果糖二磷果糖二磷果糖二磷果糖二磷酸醛缩酶酸醛缩酶酸醛缩酶酸醛缩酶5. 5. 5. 5.异构酶类异构酶类异构酶类异构酶类D-D-D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-3-3-磷磷磷磷酸醛酸醛酸醛酸醛- - - -酮酮酮酮- - - -异构酶异构酶异构酶异构酶EC5.3.1.1EC5.3.1.1EC5.3.1.1EC5.3.1.1D-D-D-D-甘油醛甘油醛甘油醛甘油醛-3-3-3-3-磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙糖磷酸丙糖磷酸丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶异构酶异构酶6. 6. 6. 6.连接酶类连接酶类连接酶类连接酶类L-L-L-L-谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连接酶（生成接酶（生成接酶（生成接酶（生成ADPADPADPADP）EC6.3.1.2EC6.3.1.2EC6.3.1.2EC6.3.1.2ATP+L-ATP+L-ATP+L-ATP+L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NH+NH+NH+NH3 3 3 3 ADP+PADP+PADP+PADP+Pi i i i+L-+L-+L-+L-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸- - - -氨连接酶氨连接酶氨连接酶氨连接酶 酶的分类与命名举例酶的分类与命名举例 目目 录录二二引荐称号简便而常用引荐称号简便而常用 由于系统称号较烦琐，国际酶学委员会由于系统称号较烦琐，国际酶学委员会还同时为每一个酶从常用的习惯称号中挑选还同时为每一个酶从常用的习惯称号中挑选出一个引荐称号出一个引荐称号recommended namerecommended name 系统称号：系统称号：L-L-乳酸：乳酸：NAD+NAD+氧化复原酶氧化复原酶引荐称号：乳酸脱氢酶引荐称号：乳酸脱氢酶 目目 录录第二节第二节 酶的任务原理酶的任务原理Mechanism of Enzymatic Reactions Mechanism of Enzymatic Reactions 目目 录录一、酶具有与普通催化剂类似的任务原理、酶具有与普通催化剂类似的任务原理一一酶与普通催化剂均降低反响的活化能酶与普通催化剂均降低反响的活化能1 1活化能是化学反响的能障活化能是化学反响的能障 有效碰撞有效碰撞活化能活化能(activation energy) ： 底物分子从初态转变到活化态所需的能量。底物分子从初态转变到活化态所需的能量。加速反响的机理：降低反响的活化能。酶比普加速反响的机理：降低反响的活化能。酶比普通催化剂更有效降低反响的活化能。通催化剂更有效降低反响的活化能。目目 录录反响总能量改动反响总能量改动 非催化反响活化能非催化反响活化能 酶促反响酶促反响 活化能活化能 普通催化剂催普通催化剂催化反响的活化能化反响的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反响活化能的改动酶促反响活化能的改动 结合能结合能结合能结合能目目 录录2 2活化能的降低使反响速率呈指数上升活化能的降低使反响速率呈指数上升 化学反响速率与活化能变化的关系化学反响速率与活化能变化的关系 dS kBT V = = S e G*/RT dt hkB：玻尔茨曼常数：玻尔茨曼常数1.381 10 23JK-1h：普朗克常数：普朗克常数6.626 10 34J.s G* 代表反响的活化能代表反响的活化能 目目 录录 规范形状下反响活化能降低规范形状下反响活化能降低1 1倍，反响速率可倍，反响速率可提高约提高约50005000倍，呈现指数上升。倍，呈现指数上升。 酶的催化效率比非催化反响高酶的催化效率比非催化反响高105105 10171017倍倍. . G* = 41.8 kj/mol V = 2.7 105 mmol/s G* = 20.9 kj/mol V = 1.3 109 mmol/s目目 录录二二酶与催化剂可加速反响到达反响平衡点酶与催化剂可加速反响到达反响平衡点 加加快快反反响响速速率率，缩缩短短到到达达反反响响平平衡衡的的时间，不能改动反响的平衡点时间，不能改动反响的平衡点 G0= RT ln P1P2P1P2S1S2S1S2 G0= Gp-Gs = RT ln Keq 平衡点自在能变化，取决于底物与产物的自平衡点自在能变化，取决于底物与产物的自在能之差。在能之差。 催化剂不能改动底物和产物本身的自在能。催化剂不能改动底物和产物本身的自在能。目目 录录二、酶促反响具有高度的特异性和高效率二、酶促反响具有高度的特异性和高效率 一一酶活性中心是酶与底物结合并将底物酶活性中心是酶与底物结合并将底物 转化为产物的部位转化为产物的部位酶活性中心酶活性中心 (active center) 活性部位活性部位 (active site)概念：酶活性必需的基团在空间构造上彼概念：酶活性必需的基团在空间构造上彼此接近，组成具有特定空间构造、能与此接近，组成具有特定空间构造、能与底物特异结合并催化底物转化为产物的底物特异结合并催化底物转化为产物的区域。区域。目目 录录目目 录录 必需基团必需基团(essential group)(essential group)目目 录录酶酶活性中心构造特点活性中心构造特点活性中心构造特点活性中心构造特点: : : :1. 1. 1. 1. 酶酶活性中心由活性中心由活性中心由活性中心由许许多必需基多必需基多必需基多必需基团组团组成成成成: : : : 酶酶必需基必需基必需基必需基团团：酶酶分子中，与分子中，与分子中，与分子中，与酶酶活性活性活性活性亲亲密相关的化学基密相关的化学基密相关的化学基密相关的化学基团团。氨基酸残基。氨基酸残基。氨基酸残基。氨基酸残基侧链侧链、辅辅助因子的化学基助因子的化学基助因子的化学基助因子的化学基团团。结结合基合基合基合基团团(binding group)(binding group)(binding group)(binding group)：酶酶分子上能特异与底物相分子上能特异与底物相分子上能特异与底物相分子上能特异与底物相结结合的基合的基合的基合的基团团。催化基催化基催化基催化基团团(catalytic group)(catalytic group)(catalytic group)(catalytic group)：酶酶分子上能催化底物分子上能催化底物分子上能催化底物分子上能催化底物转转变变成成成成产产物的基物的基物的基物的基团团活性中心必需基活性中心必需基活性中心必需基活性中心必需基团团: : : : 结结合基合基合基合基团团和催化基和催化基和催化基和催化基团团的的的的总总称称称称常常常常见见的必需基的必需基的必需基的必需基团团： -COO-, -NH2, -OH, -SH -COO-, -NH2, -OH, -SH -COO-, -NH2, -OH, -SH -COO-, -NH2, -OH, -SH目目 录录2. 2. 酶活性中心具有特定的三维空间构造酶活性中心具有特定的三维空间构造: : 一级构造相距很远的必需基团，构成三一级构造相距很远的必需基团，构成三级构造时相互接近。级构造时相互接近。 活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团: : 位于活性中心以外，维持酶活性中心应位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需的基团。有的空间构象所必需的基团。目目 录录 底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 目目 录录目目 录录溶菌酶的活性溶菌酶的活性中心中心* 谷谷氨氨酸酸35和和天天冬冬氨氨酸酸52是是催催化化基团；基团；* 色色氨氨酸酸62和和63、天天冬冬氨氨酸酸101和和色色氨氨酸酸108是是结结合基团；合基团；* AF为为底底物物多多糖糖链链的的糖糖基基，位位于于酶酶的的活活性性中中心心构成的裂隙中。构成的裂隙中。6363目目 录录3 3酶的活性中心对底物具有高度的特异性酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改动，酶活性中心与底物结合时，发生构象改动，相互诱导契合，添加与底物的互补性相互诱导契合，添加与底物的互补性 4 4大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价性的是非共价性的 氢键氢键离子键离子键疏水键疏水键van der Waalsvan der Waals力力 酶与底物结合的力酶与底物结合的力目目 录录二二酶酶- -底物相互作用在过渡态到达最优化底物相互作用在过渡态到达最优化 酶酶- -底物复合物底物复合物 E + S E + S E + P E + P ES ES 1 1、中间产物学说：、中间产物学说：目目 录录诱导契合假说诱导契合假说induced-fit hypothesisinduced-fit hypothesis 酶与底物相互接近，构造相互诱导、相酶与底物相互接近，构造相互诱导、相互变形、相互顺应，进而相互结合构成酶互变形、相互顺应，进而相互结合构成酶- -底物过渡态复合物。这一过程称为酶底物过渡态复合物。这一过程称为酶- -底物底物结合的诱导契合假说结合的诱导契合假说 。2 2酶与底物结合时相互诱导发生构象改动酶与底物结合时相互诱导发生构象改动 目目 录录 目目 录录 羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合方方式式 底物底物目目 录录3 3构成酶构成酶- -底物过渡态复合物过程中释放结合能底物过渡态复合物过程中释放结合能 过过渡渡态态底底物物与与酶酶的的活活性性中中心心以以次次级级键键相相结结合合，释释放放能能量量反反响响，释释放放的的能能量量称称为为结结合合能能(binding energy)(binding energy)。释放结合能，降低活化能。释放结合能，降低活化能。酶酶假假设设不不能能使使底底物物构构成成过过渡渡态态，那那么么没没有结合能的释放，也就不能催化反响的进展。有结合能的释放，也就不能催化反响的进展。目目 录录4. 4.临近效应、定向陈列和外表效应有利于底临近效应、定向陈列和外表效应有利于底物构成过渡态物构成过渡态临近效应和定向陈列：临近效应和定向陈列：底底物物结结合合在在酶酶活活性性中中心心, , 相相互互接接近近、正正确确定定向向, , 成成分分子子内内反反响响，添添加加有有效效碰碰撞撞, , 提提高高反反响响速速率。率。 目目 录录外表效应外表效应(surface effect)(surface effect)：酶外表活性中心的疏水基团构成疏水性酶外表活性中心的疏水基团构成疏水性“口袋，防止水化膜的干扰，有利酶与底口袋，防止水化膜的干扰，有利酶与底物的亲密接触。物的亲密接触。目目 录录三三酶活性中心催化基团经过多种途径催酶活性中心催化基团经过多种途径催化产物的生成化产物的生成 酸酸- -碱催化碱催化general acid-base catalysisgeneral acid-base catalysis：酶酶活活性性中中心心必必需需基基团团的的质质子子供供体体酸酸，质质子子接接受受体体碱碱，起起质质子子转转移移作作用用，使使反反响速率提高响速率提高102102 105105倍。倍。 1 1质子转移反响都包含普通酶质子转移反响都包含普通酶- -碱催化反响碱催化反响 目目 录录 氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基氨基酸残基 酸（质子供体）酸（质子供体）酸（质子供体）酸（质子供体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）碱（质子接受体）谷氨酸、天谷氨酸、天谷氨酸、天谷氨酸、天冬氨酸冬氨酸冬氨酸冬氨酸 R R COOHCOOHR R COOCOO 赖氨酸、精赖氨酸、精赖氨酸、精赖氨酸、精氨酸氨酸氨酸氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸R R SHSHR R S S 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸 丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸R R OHOHR R O O 酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸 R N HHH +R NH2.CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸酶分子中具有酸- -碱催化作用的基团碱催化作用的基团 目目 录录2 2酶可与底物构成瞬时共价键酶可与底物构成瞬时共价键 共价催化共价催化covalent catalysis。 在催化过程中，酶与底物构成瞬时共价在催化过程中，酶与底物构成瞬时共价键，使酶被激活，使底物容易进一步水解构键，使酶被激活，使底物容易进一步水解构成产物和游离的酶，这种催化机制称之。成产物和游离的酶，这种催化机制称之。AB + E： AE + B H2OAE + B A + E：+ B目目 录录3 3酶可经过亲核催化或亲电子催化加速反响酶可经过亲核催化或亲电子催化加速反响 亲核催化亲核催化nucleophilic catalysisnucleophilic catalysis 酶酶活活性性中中心心催催化化基基团团的的阴阴离离子子亲亲核核基基团团，与与带带有有正正电电荷荷的的过过渡渡态态底底物物，构构成成瞬瞬间间共共价价键，这种催化作用称之。键，这种催化作用称之。亲电子催化亲电子催化electrophilic catalysiselectrophilic catalysis酶酶活活性性中中心心催催化化基基团团的的阳阳离离子子亲亲电电子子基基团团，与与富富含含电电子子的的过过渡渡态态底底物物，构构成成瞬瞬间间共共价键，这种催化作用称之。价键，这种催化作用称之。 目目 录录酶举例酶举例酶举例酶举例亲核基团亲核基团亲核基团亲核基团共价结合中间产物共价结合中间产物共价结合中间产物共价结合中间产物丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸 OHOHOHOH酰基酶酰基酶酰基酶酰基酶巯基酶巯基酶巯基酶巯基酶半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸 SHSHSHSH酰基酶酰基酶酰基酶酰基酶ATPATPATPATP酶酶酶酶天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 COOCOOCOOCOO 磷酰基酶磷酰基酶磷酰基酶磷酰基酶含吡哆醛的酶含吡哆醛的酶含吡哆醛的酶含吡哆醛的酶赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸 NHNHNHNH2 2 2 2SchiffSchiffSchiffSchiff碱碱碱碱磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸磷酰基酶磷酰基酶磷酰基酶磷酰基酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸 OHOHOHOH腺嘌呤酶腺嘌呤酶腺嘌呤酶腺嘌呤酶酶的亲核基团与底物共价结合酶的亲核基团与底物共价结合 目目 录录胰凝乳蛋白酶的亲核、共价催化机制胰凝乳蛋白酶的亲核、共价催化机制 Ser-OH Ser-OH含未配对电子，具亲核性，对肽键进展含未配对电子，具亲核性，对肽键进展亲核进攻，与肽键的羧基构成共价酰基酶。亲核进攻，与肽键的羧基构成共价酰基酶。目目 录录三、酶对底物有高度的选择性三、酶对底物有高度的选择性酶的特异性或专注性酶的特异性或专注性specificity 一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反响并生一定的化学键，催化一定的化学反响并生成一定的产物，酶的这种特性称为酶的特成一定的产物，酶的这种特性称为酶的特异性或专注性。异性或专注性。 酶对底物和所催化的化学反响具有严酶对底物和所催化的化学反响具有严厉的选择性。厉的选择性。目目 录录1. 1.有的酶对其底物和反响类型具有极其严有的酶对其底物和反响类型具有极其严厉的选择性厉的选择性 绝对特异性绝对特异性absolute specificityabsolute specificity酶酶仅仅对对具具有有特特定定构构造造的的一一种种底底物物起起催催化化作作用用，进进展展一一种种专专注注的的反反响响，产产生生具具有有特特定定构构造造的的产产物物。酶酶对对底底物物的的这这种种极极其其严严厉的选择性称之。厉的选择性称之。 脲酶仅水解尿素，对甲基尿素那么无反响。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素那么无反响。 脲酶：脲素脲酶：脲素CO2+NH3 CO2+NH3 目目 录录2 2、多数酶具有相对特异性、多数酶具有相对特异性 相对特异性相对特异性relative specificityrelative specificity酶对一类化合物或一种化学键起催化酶对一类化合物或一种化学键起催化作用，这种对底物分子不太严厉的选择作用，这种对底物分子不太严厉的选择性称为。性称为。磷酸酶水解磷酸酯键，磷酸化合物。磷酸酶水解磷酸酯键，磷酸化合物。 胰蛋白酶：水解碱性氨基酸精氨酸胰蛋白酶：水解碱性氨基酸精氨酸和赖氨酸的羧基所构成的肽键。和赖氨酸的羧基所构成的肽键。 目目 录录 蛋白激酶，催化底物蛋白质丝氨酸蛋白激酶，催化底物蛋白质丝氨酸或苏氨酸或苏氨酸残残基上羟基的磷酸化基上羟基的磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶共有序列共有序列蛋白激酶蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶蛋白激酶C-X-(R/K-X-(R/K1-31-3,X,X0-20-2)-(S/T)-)-(S/T)-(X(X0-20-2,R/K,R/K1-31-3)-X)-X蛋白激酶蛋白激酶G-X-(R/K)-X-(R/K)2-32-3-X-(S/T)-X-X-(S/T)-X-Ca2+/钙调素蛋白激酶钙调素蛋白激酶H-X-R-X-X-(S/T)-X-X-R-X-X-(S/T)-X-R: arg; K: lys; S: Ser; T: Thr目目 录录3 3、有些酶仅对底物分子的某种构型起、有些酶仅对底物分子的某种构型起催化作用催化作用 空间异构特异性空间异构特异性stereospecificitystereospecificity 酶对空间构型所具有的特异性要求称之酶对空间构型所具有的特异性要求称之延延胡胡索索酸酸酶酶仅仅对对延延胡胡索索酸酸( (反反丁丁烯烯二二酸酸) )起起催催化化作作用用，将将其其加加水水生生成成苹苹果果酸酸，对顺丁烯二酸那么无作用对顺丁烯二酸那么无作用 目目 录录三高一调三高一调 高度催化效能高度催化效能 高度特异性高度特异性 高度不稳定性高度不稳定性 可调理性可调理性酶促反响具有的特点：酶促反响具有的特点：目目 录录一具有高度催化效率一具有高度催化效率 酶的催化效率通常比非催化反响高酶的催化效率通常比非催化反响高1081020倍，倍，比普通催化剂高比普通催化剂高1051017倍。倍。 底物底物底物底物 催化剂催化剂催化剂催化剂 反应温度反应温度反应温度反应温度 速度常数速度常数速度常数速度常数尿素尿素尿素尿素 HH+ + 62 7.4 62 7.4 1010-7-7 脲酶脲酶脲酶脲酶 21 5.0 21 5.0 10106 6过氧化氢过氧化氢过氧化氢过氧化氢 FeFe2+ 2+ 22 56 22 56 过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶 22 3.5 22 3.5 10107 7不需求较高的反响温度。不需求较高的反响温度。酶比普通催化剂更有效地降低反响的活化能。酶比普通催化剂更有效地降低反响的活化能。目目 录录 ( (三三) ) 高度的不稳定性：高度的不稳定性： 易受反响条件的影响：温度、易受反响条件的影响：温度、pHpH、底、底物浓度、激化剂、抑制剂。物浓度、激化剂、抑制剂。 影响酶蛋白的空间构造。影响酶蛋白的空间构造。目目 录录 酶促反响受多种要素的调控，以顺应机酶促反响受多种要素的调控，以顺应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需求。体对不断变化的内外环境和生命活动的需求。其中包括三方面的调理。其中包括三方面的调理。酶含量的调理生成与降解量酶含量的调理生成与降解量酶活性的调理酶活性的调理经过改动底物浓度对酶进展调理等。经过改动底物浓度对酶进展调理等。四四可调理性：可调理性：目目 录录第三节第三节 酶促反响动力学酶促反响动力学The Kinetics of Enzymatic Reactions The Kinetics of Enzymatic Reactions 目目 录录一、采用酶促反响初速率来研讨酶促反一、采用酶促反响初速率来研讨酶促反响动力学响动力学酶促反响动力学酶促反响动力学 研讨酶促反响速率及其影响要素。研讨酶促反响速率及其影响要素。影响要素有：酶浓度、底物浓度、影响要素有：酶浓度、底物浓度、pHpH、温、温度、抑制剂、激活剂等。度、抑制剂、激活剂等。目目 录录I. I.单底物、单产物反响：单底物、单产物反响： SP; II.II. V1=k1 S V2=k2 PIII.III.反反响响初初速速率率：即即底底物物的的耗耗费费量量很很小小普通在普通在5 以内时的反响速率；以内时的反响速率； IV.IV. S浓度大于浓度大于P浓度。浓度。P K3K2K3 反响速率取决于慢反响。即反响速率取决于慢反响。即 V Vk3 ESk3 ESE + S k1k2k3ESE + P目目 录录2. S大于大于Et Et: 总酶浓度；总酶浓度； E: 游离酶浓度游离酶浓度; EEt-ES; St: 总底物浓度；总底物浓度； S: 游离底物浓度游离底物浓度; SSt-ES; 在反响的初始阶段，在反响的初始阶段，ES相对相对St较低，较低， ES可以忽略不计，可以忽略不计， 即即 SSt; E + S k1k2k3ESE + P目目 录录3、稳态学说：、稳态学说： (1925, George E. Biggs, J.B.S. Haldane) ES的生成速率等于的生成速率等于ES的分解速率，的分解速率， V生成生成=V分解分解 V生成生成= k1 E S = k1 ( Et-ES ) S V分解分解= k2 ES+k3 ES k1 (EtES) Sk2 ES + k3 ESE + S k1k2k3ESE + P目目 录录k1 (EtES) Sk2 ES + k3 ESk2+k3 Km 米氏常数米氏常数 k1令：令：那么那么(1)(1)式变为式变为: (Et: (EtES) S ES) S Km Km ESES(1)(EtES) Sk2+k3ES k1整理得：整理得：ES EtSKm + S(2) 整理得整理得: :反响速度取决于反响速度取决于P P的生成量，的生成量，V=K3 ES V=K3 ES 3 3目目 录录k3EtS Km + S (3) V当一切的酶均构成当一切的酶均构成ES时，即时，即EtES，反响达最大速率反响达最大速率VmaxVmaxk3ESk3Et (4)将将(4)(4)代入代入(3)(3)得米氏方程式：得米氏方程式：VmaxS Km + S V 将将(2)(2)代入代入(3) V=k3 ES(3) V=k3 ES得得目目 录录当当SKm 时，时，V=Vm当当S = Km 时，时，V=1/2Vm目目 录录KmS Km值等于酶促反响速率为最大反响速率一半值等于酶促反响速率为最大反响速率一半时的底物浓度，单位是时的底物浓度，单位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxSVmaxVmaxV VSSKmKmVmax/Vmax/2 2 三三动力学参数可用来比较酶的动力学动力学参数可用来比较酶的动力学性质与活性性质与活性 1 1KmKm值相当于值相当于V V为为VmaxVmax一半时的一半时的S S 当：当：V=Vmax/2目目 录录2 2KmKm是酶的特征性常数是酶的特征性常数 Km与酶性质和催化的底物有关与酶性质和催化的底物有关;与酶浓度无与酶浓度无关关 同一酶对不同底物有不同的同一酶对不同底物有不同的KmKm； 不同酶对同一底物有不同的不同酶对同一底物有不同的Km Km 。Km的范围多在的范围多在10-610-2mol/L之间。之间。 K2+K3Km的意义：的意义：Km=- K1目目 录录 6.0 6.0 10 10 3 3己己-N-N-乙酰乙酰2 2葡萄糖胺葡萄糖胺溶菌酶溶菌酶 2.5 2.5 10 10 2 2H2O2H2O2过氧化氢酶过氧化氢酶 4.0 4.0 10 10 3 3D-D-乳糖乳糖 - -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 2.5 2.5 10 10 3 3N-N-苯甲酰酪氨酰胺苯甲酰酪氨酰胺 1.08 1.08 10 10 1 1甘氨酰酪氨酰甘氨酸甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 2.6 2.6 10 10 2 2HCO3HCO3 碳酸酐酶碳酸酐酶 1.5 1.5 10 10 3 3D-D-果糖果糖 5 5 10 10 5 5D-D-葡萄糖葡萄糖 4 4 10 10 4 4ATPATP己糖激酶己糖激酶脑脑 Km Kmmol/Lmol/L 底物底物 酶酶 一些酶的底物的一些酶的底物的一些酶的底物的一些酶的底物的Km Km Km Km 目目 录录3 3KmKm在一定条件下可表示酶对底物的亲和力在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 k1Km =k2 + k3当当 k3 Km S Km 时时, , kcat kcat代表酶的转换数，即催化效率代表酶的转换数，即催化效率 kcat = Vmax /EtKcat:酶酶饱饱和和时时，单单位位时时间间内内每每个个酶酶分分子催化底物转变成产物的分子数。子催化底物转变成产物的分子数。 kcat也称为酶的转换数也称为酶的转换数(turnover number)，单位是，单位是s 1 。多数酶的转换数在多数酶的转换数在1 1 104 s104 s 1 1之间之间 当当 S Km时时: Vmax =K3 Et目目 录录酶酶酶酶底底底底 物物物物转换数转换数转换数转换数 （s s s s 1 1 1 1）过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶H H H H2 2 2 2O OO O2 2 2 240 000 00040 000 00040 000 00040 000 000碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶HCOHCOHCOHCO3 3 3 3 400 000400 000400 000400 000乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱乙酰胆碱14 00014 00014 00014 000 - - - -内酰胺酶内酰胺酶内酰胺酶内酰胺酶苄青霉素苄青霉素苄青霉素苄青霉素2 0002 0002 0002 000延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸800800800800Rec ARec ARec ARec A蛋白蛋白蛋白蛋白ATPATPATPATP0.40.40.40.4一些酶的转换数一些酶的转换数 目目 录录5在低底物浓度时，在低底物浓度时，kcat/Km代表酶的催化效率代表酶的催化效率 Et S KmV =kcat当当S E2 E3: E1 E2 E3 E E的变化不影响酶促反响的的变化不影响酶促反响的KmKm。B B：反响速率对酶浓度作图，：反响速率对酶浓度作图，V V与与EE呈直线关系。呈直线关系。 目目 录录四、酶促反响速率受反响系统温度的影响四、酶促反响速率受反响系统温度的影响 双重影响双重影响双重影响双重影响 温温温温度度度度升升升升高高高高，酶酶酶酶促促促促反反反反响响响响速速速速率升高；率升高；率升高；率升高；100C100C100C100C，1.7-2.51.7-2.51.7-2.51.7-2.5倍倍倍倍 温温温温度度度度升升升升高高高高，可可可可引引引引起起起起酶酶酶酶的的的的变性，反响速率降低变性，反响速率降低变性，反响速率降低变性，反响速率降低 。最适温度最适温度 (optimum (optimum temperature)temperature)：酶促反响速率最快时的酶促反响速率最快时的环境温度。环境温度。目目 录录哺乳动物组织哺乳动物组织, ,酶最适温度多在酶最适温度多在35354040之间之间 Taq DNATaq DNA聚合酶最适温度为聚合酶最适温度为72 72 * * 低温的运用低温的运用普通的酶在低温下活性降低，但酶本身普通的酶在低温下活性降低，但酶本身不被破坏，其活性可随温度的上升而恢复。不被破坏，其活性可随温度的上升而恢复。 低温保管酶和菌种等生物制品低温保管酶和菌种等生物制品 低温麻醉低温麻醉 目目 录录五、酶的活性依赖于反响系统的五、酶的活性依赖于反响系统的pH 最适最适pH (optimum pH)： 酶催化活性最大时的环酶催化活性最大时的环境境pH。 体内酶的最适体内酶的最适pH多在多在6.58之间。之间。 胃蛋白酶的最适胃蛋白酶的最适pH为为1.8精氨酸酶的最适精氨酸酶的最适pH为为9.8pHpH对几种酶活性的影响对几种酶活性的影响 酶和底物的酸、碱基团解离酶和底物的酸、碱基团解离目目 录录六、激活剂可加速酶促反响速率六、激活剂可加速酶促反响速率 酶的激活剂酶的激活剂activatoractivator 使酶从无活性变为有活性或使酶活性添加的物质使酶从无活性变为有活性或使酶活性添加的物质 必需激活剂必需激活剂essential activatoressential activator为酶促反响所必需，如缺乏那么测不到酶的活性。为酶促反响所必需，如缺乏那么测不到酶的活性。 Mg2+Mg2+为己糖激酶的必需激活剂为己糖激酶的必需激活剂 非必需激活剂非必需激活剂non-essential activatornon-essential activator可以提高酶的催化活性，但不是必需的。可以提高酶的催化活性，但不是必需的。 Cl-Cl-对唾液淀粉酶的激活作用对唾液淀粉酶的激活作用 目目 录录七、酶活性可被许多抑制剂可逆地或七、酶活性可被许多抑制剂可逆地或不可逆地抑制不可逆地抑制 一一可逆性抑制剂与酶非共价结合可逆性抑制剂与酶非共价结合 酶的抑制剂酶的抑制剂(inhibitor)(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变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。性的物质称为酶的抑制剂。酶变性区别酶变性区别 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的要素对酶没有选择性引起变性的要素对酶没有选择性目目 录录可逆性抑制可逆性抑制reversible inhibitionreversible inhibition 酶与抑制剂非共价结合，可以经过透酶与抑制剂非共价结合，可以经过透析、超滤或稀释等物理方法将抑制剂除析、超滤或稀释等物理方法将抑制剂除去，恢复酶的催化活性。去，恢复酶的催化活性。 不可逆性抑制不可逆性抑制irreversible inhibitionirreversible inhibition 与酶共价结合，不能经过透析、超滤与酶共价结合，不能经过透析、超滤或稀释等方法将其除去。或稀释等方法将其除去。 目目 录录别构抑制造用别构抑制造用: : 抑制剂与酶活性中心以外基团抑制剂与酶活性中心以外基团调理部位调理部位可逆结合，使酶发生变构，对酶发扬抑制可逆结合，使酶发生变构，对酶发扬抑制造用。造用。 可逆性抑制剂：分为两类可逆性抑制剂：分为两类目目 录录可逆性抑制剂：可逆性抑制剂： 抑制剂与游离酶或抑制剂与游离酶或/和酶和酶-底物复合物活性底物复合物活性中心基团可逆结合，影响酶的催化活性。中心基团可逆结合，影响酶的催化活性。 k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+IkiKi KiKi Ki：I I与与E E 结合，构成二元复合物结合，构成二元复合物Ki KiKi kiki ki目目 录录有竞争性抑制剂存在的米氏方程式有竞争性抑制剂存在的米氏方程式 V =Vmax S Km+ S(1 + I ki)双倒数方程式是双倒数方程式是 VmaxKm S V1=1Vm ax1+(1 + Ik i)+EESIESEIE P目目 录录竞争性抑制：竞争性抑制：V对对S的双倒数作图的双倒数作图 b)b)抑抑制制程程度度：取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和和力力及及底底物浓度物浓度a)竞竞争争结结合合：I与与S构构造造类类似似，竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心结合基团；结合基团；c)动动 力力 学学 特特 点点 ：Vmax不变，不变，d) 表观表观Km增大。增大。I1V1S0Km1Km1(1+ )IkiVmax1- - -VmaxKm S V1=1Vm ax1+(1 + Ik i)目目 录录* * 举例举例 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸目目 录录磺胺类药物的抑菌机制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与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤二氢蝶呤 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氢叶酸二氢叶酸合成酶合成酶二氢叶酸二氢叶酸目目 录录2 2非竞争性抑制剂不影响酶对底物的亲和力非竞争性抑制剂不影响酶对底物的亲和力 k1k2k3+kiEII+ESESE +P+IkI+SESI* * * * 反响方式反响方式反响方式反响方式 ki=ki ki=ki ki=ki ki=ki定定义义：抑抑制制剂剂结结合合于于酶酶活活性性中中心心结结合合基基团团外外的的部部位位，I I可可与与E E结结合合成成EIEI，也也可可与与ESES结结合合成成ESIESI，使使酶酶活活性性降降低低。这这种种抑抑制制造造用用称称为为非竞争性抑制造用。非竞争性抑制造用。 目目 录录+ S S S+ S S S+ESIESIEIEIE EESESE EP P目目 录录a)无无竞竞争争关关系系：抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心结结合合基基团团以以外外的的部部位位结合。结合。b)b)抑抑制制程程度度：取取决决于于抑制剂的浓度。抑制剂的浓度。c)动力学特点：动力学特点：d) Vmax降低，降低，e) 表观表观Km不变。不变。 I1V1SKm1(1+ )IkiVmax1Vmax0非竞争性抑制：非竞争性抑制：V V对对SS双倒数作图双倒数作图 VmaxKm S V1=1Vmax1+(1 + I ki)(1 + I ki)目目 录录3 3反竞争性抑制剂只与酶反竞争性抑制剂只与酶- -底物复合物结合底物复合物结合 k1k2k3+ESESE+P+IkIESI* * * * 反响方式：反响方式：反响方式：反响方式： ki ki ki ki ki ki ki 10001000真核生物（细胞核、线粒体、叶绿体）真核生物（细胞核、线粒体、叶绿体）真核生物（细胞核、线粒体、叶绿体）真核生物（细胞核、线粒体、叶绿体）、细菌、噬菌体、细菌、噬菌体、细菌、噬菌体、细菌、噬菌体自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作用（用（用（用（3 3 -OH-OH）组组组组IIII内含子内含子内含子内含子700700真核生物（细胞器）、细菌真核生物（细胞器）、细菌真核生物（细胞器）、细菌真核生物（细胞器）、细菌自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作自身剪接的转酯化作用（用（用（用（3 3 -OH-OH）类组类组类组类组I I内含子内含子内含子内含子6 6耐格虫属耐格虫属耐格虫属耐格虫属水解（水解（水解（水解（3 3 -OH-OH）核酸酶核酸酶核酸酶核酸酶P P核酶核酶核酶核酶300300真核生物（核、细胞器）、原核生物真核生物（核、细胞器）、原核生物真核生物（核、细胞器）、原核生物真核生物（核、细胞器）、原核生物水解（水解（水解（水解（3 3 -OH-OH）锤头核酶锤头核酶锤头核酶锤头核酶1111植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星RNARNA；蝾螈；蝾螈；蝾螈；蝾螈自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作用（用（用（用（2 2 , 3, 3 - -环磷酸）环磷酸）环磷酸）环磷酸）发夹核酶发夹核酶发夹核酶发夹核酶4 4植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星植物类病毒和卫星RNARNA自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作用（用（用（用（2 2 , 3, 3 - -环磷酸）环磷酸）环磷酸）环磷酸）肝炎肝炎肝炎肝炎 病毒核酶病毒核酶病毒核酶病毒核酶2 2人肝炎人肝炎人肝炎人肝炎 病毒病毒病毒病毒自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作用（用（用（用（2 2 , 3, 3 - -环磷酸）环磷酸）环磷酸）环磷酸）VSVS核酶核酶核酶核酶1 1链孢霉属线粒体链孢霉属线粒体链孢霉属线粒体链孢霉属线粒体自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作自身剪切的转酯化作用（用（用（用（2 2 , 3, 3 - -环磷酸）环磷酸）环磷酸）环磷酸）核糖体核糖体核糖体核糖体RNARNA50005000真核生物，原核生物真核生物，原核生物真核生物，原核生物真核生物，原核生物肽转移（肽键）肽转移（肽键）肽转移（肽键）肽转移（肽键）剪接体剪接体剪接体剪接体RNARNA100100真核生物真核生物真核生物真核生物反式剪接的转酯化作反式剪接的转酯化作反式剪接的转酯化作反式剪接的转酯化作用（用（用（用（3 3 -OH-OH） 已发现的自然界存在的核酶及其功能已发现的自然界存在的核酶及其功能已发现的自然界存在的核酶及其功能已发现的自然界存在的核酶及其功能 目目 录录二、脱氧核酶是人工合成的具有催化二、脱氧核酶是人工合成的具有催化活性的活性的DNA 许多实验室已合成出一些具有催化活性的许多实验室已合成出一些具有催化活性的DNA分子被称为脱氧核酶分子被称为脱氧核酶deoxyribozymes。 主要作用：主要作用：1剪切剪切RNA分子分子2剪切剪切DNA分子分子3催化核酸分子磷酸化催化核酸分子磷酸化4衔接衔接DNA分子分子5催化卟啉与金属离子结合催化卟啉与金属离子结合 目目 录录10-2310-23和和8-178-17脱氧核酶的二级构造与酶切位点脱氧核酶的二级构造与酶切位点 脱氧核酶的构成中含有催化中心和脱氧核酶的构成中含有催化中心和2个底个底物结合臂，均需二价阳离子物结合臂，均需二价阳离子如如Mg2+参与。参与。 酶切位点：酶切位点： 8-178-17：AGAG和和GGGG10-2310-23：任何嘌呤：任何嘌呤- -嘧啶嘧啶目目 录录三、核酶和脱氧核酶是基因靶向治疗的三、核酶和脱氧核酶是基因靶向治疗的良好工具良好工具 一一核酶和脱氧核酶运用于抗病毒基因治疗核酶和脱氧核酶运用于抗病毒基因治疗人人工工设设计计的的核核酶酶和和脱脱氧氧核核酶酶，可可将将RNARNA病毒的基因组作为其剪切的底物，予以破坏。病毒的基因组作为其剪切的底物，予以破坏。 酶酶切切位位点点：病病毒毒的的启启动动子子区区域域、剪剪接接信信号序列或包装信号序列等病毒的保守序列。号序列或包装信号序列等病毒的保守序列。设设计计核核酶酶和和脱脱氧氧核核酶酶，有有效效地地对对抗抗各各种种病毒亚型，降低逃逸突变的能够性。病毒亚型，降低逃逸突变的能够性。 目目 录录二二核酶和脱氧核酶可用于肿瘤基因治疗核酶和脱氧核酶可用于肿瘤基因治疗肿瘤病因：肿瘤病因： 基因功能获得性和功能缺失性变化突变。基因功能获得性和功能缺失性变化突变。 DNA DNA病毒或反转录病毒感染引起转化，病毒或反转录病毒感染引起转化， 基因易位引起嵌合基因。基因易位引起嵌合基因。 肿瘤基因治疗的战略之一：肿瘤基因治疗的战略之一： 抑制癌基因或嵌合基因的表达。抑制癌基因或嵌合基因的表达。 核核酶酶和和脱脱氧氧核核酶酶从从战战略略、实实际际上上可可抑抑制制肿肿瘤瘤细胞而不影响正常细胞。细胞而不影响正常细胞。 目目 录录第七节第七节酶的研讨与运用酶的研讨与运用Research and Application of Enzymes Research and Application of Enzymes 目目 录录一、酶与疾病的发生、临床诊断与治疗一、酶与疾病的发生、临床诊断与治疗亲密相关亲密相关 一一许多疾病与酶的质和量的异常相关许多疾病与酶的质和量的异常相关1 1酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一 酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。酶缺乏引起苯丙酮酸尿症。 2 2酶活性改动可引起疾病酶活性改动可引起疾病 胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。 3 3一些疾病可以引起酶活性的改动一些疾病可以引起酶活性的改动 严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而严重肝病时可因肝合成的凝血因子减少而影响血液凝固。影响血液凝固。 目目 录录二二体液中酶的活性可作为某些疾病的诊体液中酶的活性可作为某些疾病的诊断目的断目的 2. 2. 恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释恶性肿瘤可因肿瘤组织的增殖加快，其标志酶释放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。放入血增多，有助于对该组织肿瘤的诊断。 前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。 1. 1.组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对此组织器官疾病的诊断。血，有助于对此组织器官疾病的诊断。 急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。急性肝炎时，血清中丙氨酸转氨酶活性升高。 3. 3. 有些酶的去除和排泄妨碍也可呵斥血清含量升高。有些酶的去除和排泄妨碍也可呵斥血清含量升高。 肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。肝硬化时血清碱性磷酸酶活性升高。 4. 4. 酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用酶的诱导合成增多也可以从血清中检测出来，用于协助诊断和预后判别。于协助诊断和预后判别。 胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。胆管阻塞时胆汁返流可刺激肝合成碱性磷酸酶增多。 目目 录录三三酶与临床治疗有着亲密关系酶与临床治疗有着亲密关系 1 1酶作为药物用于补充机体某种酶的缺乏酶作为药物用于补充机体某种酶的缺乏 消化腺分泌功能不良所致的消化不良可消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以纠正。粉酶等予以纠正。 2 2利用酶的催化作用对某些疾病进展针对性的治疗利用酶的催化作用对某些疾病进展针对性的治疗 链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，用于治疗心、脑血管栓塞等。用于治疗心、脑血管栓塞等。 目目 录录3 3许多化学药物经过抑制或激活体内某种酶的活性许多化学药物经过抑制或激活体内某种酶的活性对疾病进展治疗对疾病进展治疗 许多抗代谢药是按照对酶的竞争性抑制原理许多抗代谢药是按照对酶的竞争性抑制原理设计的。设计的。 4 4许多抗菌药物经过抑制细菌的某些酶发扬抑菌作用许多抗菌药物经过抑制细菌的某些酶发扬抑菌作用 青霉素经过阻断细菌细胞壁合成过程中糖肽青霉素经过阻断细菌细胞壁合成过程中糖肽转肽酶的活性而破坏细菌细胞壁的合成，产生杀转肽酶的活性而破坏细菌细胞壁的合成，产生杀菌作用。菌作用。 目目 录录二、酶工程是对酶进展改造的新型运用技术二、酶工程是对酶进展改造的新型运用技术 酶酶工工程程enzyme enzyme engineeringengineering是是利利用用化化学学的的和和基基因因工工程程方方法法对对酶酶的的构构造造、理理化化性性质质进进展展改改造造，或或研研发发新新的的酶酶分分子子，使使之之具具有有更更高高的的催催化化效效率率、高高度度稳稳定定性性，更更容容易易提提取取与与纯纯化化，便便于于工工业业、农农业业和和医医药卫生等领域运用的一门技术。药卫生等领域运用的一门技术。 酶工程方法酶工程方法 化学工程化学工程 经过基因重组技术对酶进展修饰、改造或再设计经过基因重组技术对酶进展修饰、改造或再设计 目目 录录一一有些酶可经过化学工程手段进展改造有些酶可经过化学工程手段进展改造 1 1固定化酶是固相酶固定化酶是固相酶 固固定定化化酶酶immobilized immobilized enzymeenzyme是是将将水水溶溶性性酶酶用用物物理理或或化化学学方方法法处处置置，将将其其固固定定于于有有机机或或无无机机物物的的介介质质上上，或或包包埋埋于于某某种种膜膜中中，使使之之成成为为不不溶于水的、稳定的、可以反复运用的固态酶。溶于水的、稳定的、可以反复运用的固态酶。 固固定定化化酶酶可可以以装装柱柱，这这样样，固固定定化化酶酶不不但但具具有有酶酶的的高高催催化化效效率率和和高高特特异异性性，而而且且还还具具有有类类似似离离子子交交换换层层析析和和亲亲和和层层析析的的优优点点，反反响响自自动动化化、延续化、管道化。延续化、管道化。 目目 录录2 2抗体酶是具有酶活性的抗体抗体酶是具有酶活性的抗体 抗体酶抗体酶abzymeabzyme是人工制造的具有催化是人工制造的具有催化活性的单克隆抗体。活性的单克隆抗体。 根据酶底物的过渡态与酶的活性中心亲密结根据酶底物的过渡态与酶的活性中心亲密结合并易于生成产物的特性，设计出过渡态分子的合并易于生成产物的特性，设计出过渡态分子的类似物，并以此作为抗原，接种于动物体内使之类似物，并以此作为抗原，接种于动物体内使之产生相应的抗体。该抗体既然能与过渡态类似物产生相应的抗体。该抗体既然能与过渡态类似物相互顺应并结合，也就有能够具有催化过渡态反相互顺应并结合，也就有能够具有催化过渡态反响的酶活性。这种具有酶活性的抗体，称为抗体响的酶活性。这种具有酶活性的抗体，称为抗体酶或催化性抗体酶或催化性抗体catalytic antibodycatalytic antibody。 目目 录录3 3对酶活性中心必需基团的化学修饰可改动酶的对酶活性中心必需基团的化学修饰可改动酶的催化本质催化本质 经过对酶活性中心的某一必需基团的化经过对酶活性中心的某一必需基团的化学修饰，改动酶的催化性质。这种酶即坚持学修饰，改动酶的催化性质。这种酶即坚持酶蛋白的理化性质和稳定性，又可使其具有酶蛋白的理化性质和稳定性，又可使其具有人们料想的催化目的。人们料想的催化目的。 目目 录录4 4模拟酶是人工合成的非蛋白质有机化合物模拟酶是人工合成的非蛋白质有机化合物 利利用用有有机机合合成成的的方方法法合合成成的的具具有有底底物物结结合合部部位位和和催催化化部部位位的的非非蛋蛋白白质质有有机机化化合合物物称称为为模模拟酶拟酶mimic enzymemimic enzyme。 模模拟拟酶酶具具有有天天然然酶酶的的高高效效、特特异异催催化化作作用用。由由于于模模拟拟酶酶是是小小分分子子的的稳稳定定的的化化合合物物，运运用用方方便便。同同时时，模模拟拟酶酶还还抑抑制制了了天天然然酶酶提提取取纯纯化化的的复复杂杂性性、耗耗材材多多、产产量量低低、酶酶的的不不稳稳定定性性、生生物大分子在运用上的抗原性等许多不便。物大分子在运用上的抗原性等许多不便。 目目 录录二二酶的基因工程是对酶一级构造的修饰酶的基因工程是对酶一级构造的修饰酶的基因工程是利用重组酶的基因工程是利用重组DNA技术对酶一技术对酶一级构造的修饰，以发现催化活性更高、更稳定级构造的修饰，以发现催化活性更高、更稳定的可以大量消费的酶。的可以大量消费的酶。 酶的基因工程方法酶的基因工程方法 实际性再设计实际性再设计rational redesignrational redesign 直接演化直接演化directed evolutiondirected evolution 在准确了解和掌握酶的构造、功能和催在准确了解和掌握酶的构造、功能和催化机制的根底上，采用定点突变改动酶蛋白化机制的根底上，采用定点突变改动酶蛋白的氨基酸序列。的氨基酸序列。