第四章 酶

EnzymeEnzyme

生物化学

磨粉 去糠 打碎

酶的应用比酶的研究具有更长的历

史

成酒 发酵 装瓶

Dis

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19

91

) p.2

2

麦芽 萌发 浸润

• 生物化学是在解决 Liebig 和 Pasteur 关于发酵本质的著名论中产生的。

生物化学的产生

巴斯德（ Pasteur ） 李比希（ Leibig ）

• 比希纳（ Buchner) 兄弟发现磨碎的酵母细菌或无

细胞酵母抽提液也能和酵母细菌一样，将糖转变

成酒精和二氧化碳，这样才把争论统一起来。

• 当时认为引起发酵的是酵母细胞中一种叫 酵素的

物质，现在称为酶（ Enzyme) 。

酶的发现

Sumner 对酵素的发现有重大贡献

温度

时间

进行酶反应的试管

Sumner

Urease crystal(1926) Dis

cove

ring

En

zym

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19

91

) p

.82

第一节 酶学概论

一、  酶的概念及其作用特点

• 酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定空间

构象的生物大分子，包括蛋白质及核酸。

• 酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的生物

催化剂。

1 、酶可降低所催化反应的活化能

S

P

ES

EST

EP

ST

反应进行方向

反应能量变化

无酶时所需能

量

有酶时所需能量较

低

T = Transition stateAdapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.166

① 催化效率高，用量少 （细胞中含量低 ) 。

② 加快反应速度但不改变化学反应平衡点（ 不改变平衡常数）。

③ 降低反应活化能。

活化能：在一定的温度下， 1mol 分子全部进入其活化态所需要的自由能。

④ 反应前后自身结构不变。

2 、酶与非生物催化剂的共性：

1

双氧水裂解 FeCl3

Hemoglobin

Catalase

反应速率

1,000,000,000

1,000,000

1,000

2 H2O2 2 H2O + O2

P

ES

Juang RH (2004) BCbasics

（ 1 ）、 催化效率更高（高效性） 酶催化反应速度是相应的无催化反应的 108-1020 倍，并且

高出非酶催化反应速度至少几个数量级。

3、   酶催化反应的特点

（ 2 ）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。（ 3 ）反应条件温和（易失活） 常温、常压，中性 pH 环境。

（ 4 ） 活性可调节

别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。

（ 5 ）酶的催化活性需要辅酶、辅基、金属离子

酶活性可调节控制

Alb

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Mo

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Bio

log

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ell

(4e

) p

.17

2A B C

X

Y

Z

上游反应物

下游生成物

+

-

（一）酶的化学本质

绝大多数酶是蛋白质

证据

（ 1 ）酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解失活；

（ 2 ）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的因

素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）。

少数酶是 RNA （核酶）

二、  酶的化学本质及其组成

酶是一类具有催化功能的蛋白质。酶的分类：单纯酶类 (simple enzyme) ：仅由蛋白质组成。 脲酶、溶菌酶、淀粉酶、 脂肪酶、核糖核酸酶等复（缀）合酶类 (conjugated enzyme):

复合酶 = 蛋白质 + 非蛋白质成分 全酶 = 酶蛋白（脱辅酶） + 辅酶 ( 酶因子 ) ： 超氧化物歧化酶 (Cu2+ 、 Zn2+ ）、 乳酸脱氢酶（ NAD+ ）

（二） 酶的化学组成

酶的辅助因子主要有金属离子和有机化合物

金 属 离 子 ： Fe2+ 、 Fe3+ 、 Zn2+ 、 Cu+ 、 Cu2+ 、

Mn2+ 、、 Mn3+ 、 Mg2+ 、 K+ 、 Na+ 、 Mo6+ 、 Co2+ 等。

有机化合物 ： NAD ， NADP ， FAD ，生物素，卟啉等

辅酶 (coenzyme) ：与酶蛋白结合较松，可透析除去。

辅基 (prosthetic group) ：与酶蛋白结合较紧。

Apo-enzyme

Apo-enzyme 辅辅

Prosthetic group

Coenzyme

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。

NADHbindingdomain

Substratebindingdomain

NADH

Gly-3-P

Kleinsmith & Kish (1995) Principles of Cell and Molecular Biology (2e) p.25

许多酶要加上辅酶（辅基）才有活性

Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

1 、单体酶 : 由一条多肽链组成 . 分子量较小 .

2 、寡聚酶 : 由几个甚至十几个亚基组成 , 亚基可相同

也可不同 , 亚基间不以共价键相连 . 分子量较大 .

3 、多酶体系 : 由几种酶彼此嵌合形成的复合体 , 催化

一系列反应连续进行 . 这类酶复合体分子量很高 , 一

般在几百万以上。如 , 丙酮酸脱氢酶复合体 ( 三种酶 ,

四种辅酶 ); 脂肪酸合成酶复合体 ( 六种酶 , 多种辅酶 )

三、酶的类型

第二节 酶的分类与命名

一、酶的命名

二、酶的国际系统分类法及编号

三、酶的分类

四、酶的系统编号

1. 依据底物来命名（绝大多数酶）：

蛋白酶、淀粉酶、脲酶

2. 依据催化反应的性质命名：

水解酶、转氨酶、 DNA 聚合酶

3. 结合上述两个原则命名：

琥珀酸脱氢酶。

4. 有时加上 酶的来源

胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶

一、酶的命名习惯命名

酶的习惯命名法不够系统，不够准确，难免会出现一酶多名或一名多酶的现象。为此 1961 年国际酶学委员会（ Enzyme Commission ， EC ）提出了系统命名法。

系统名应包括 底物名称 , 反应性质以及反应名称 , 最后加“酶”字。若作用的底物有两种 , 则须同时列出 , 并用 ":" 将其隔开 ; 若作用物之一为 水 , 则可略去 . 底物的名称必须确切 ,L,D型及 α,β型均应列出 .

一、酶的命名系统命名

根据酶所催化反应的性质，由酶学委员会规定，将酶分为六大类：

1 、氧化还原酶类 :A.2H + B=A + B.2H

2 、移换酶类 : A.X + B=A + B.X

3 、水解酶类 : A-B + H2O=A.H + B.OH

4 、裂合酶类 : A-B=A + B

5 、异构酶类 : A=B

6 、合成酶类 : A + B + ATP=A-B + ADP + Pi

二、酶的国际系统分类法及编号（ EC编号）

1.氧化还原酶类：催化氧化还原反应 通式： AH2+B→BH2+A

其中： A 为质子供体， B 为质子受体 如：乳酸脱氢酶催化的反应： 乳酸＋ NAD+→丙酮酸＋ NADH2

2.转移酶类：催化底物之间基团的转移反应 .

通式： AR+B→BR+A

其中： R 为转移基团， R 不为 2H

如：己糖激酶、转氨酶、脂酰转移酶、糖基转移酶等

3.水解酶类：催化底物的水解反应 通式： AB+H2O→AH+BOH

如：淀粉酶，脂肪酶，蛋白质酶等

4.裂合酶类：催化底物裂解或缩合反应（可逆）， 通式： AB→A+B

如：醛缩酶，水合酶，脱氨酶等。

5.异构酶类：催化同分异构体底物之间相互转换 通式： A→B 其中： A 、 B 为同分异构 如：磷酸甘油酸变位酶、 6 磷酸葡萄糖异构酶等。

6. 合成酶类：也称连接酶类，催化两种或两种以上化合物合成一种化合物的反应。反应需吸收能量，通常与 ATP的分解相偶连， ATP分解产生能量用于合成反应。

通式： A+B+ATP→AB+ADP+Pi

或 A+B→AB+AMP+PPi

如：乙酰辅酶 A 羧化酶催化的反应：

CH3COC0A+CO2+ATP→HOOCCH2COC0A

+AMP+PPi国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组织差异

根据上述酶的系统分类方法，国际酶学委员会还对每个酶做了统一编号，一个酶只有一个编号，因此不会混淆。

酶的系统编号由“ EC” 加四个阿拉伯数字组成，每个数字之间以“ .” 隔开。

二、酶的国际系统分类法及编号（ EC编号）酶的系统编号

乙醇脱氢酶      EC 1.1.1.1 乳酸脱氢酶      EC 1.1.1.27 苹果酸脱氢酶    EC 1.1.1.37

第一个数字表示大类：    氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体： NAD+ 或 NADP+

第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。 

二、酶的国际系统分类法及编号（ EC编号）