第五章酶 (Enzyme)主要内容：介绍酶的概念、作用特点和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化功能以及酶专一性及高效催化的策略，进而讨论影响酶作用的主要因素。
对酶工程和酶的应用作一般介绍。
思考题？第一节酶的概念及作用特点第二节酶的命名和分类第三节酶活力测定和分离纯化第四节酶催化作用的结构基础和高效催化的策略第五节酶促反应的动力学第六节重要的酶类及酶活性的调控第七节酶工程简介目录第一节酶概念及作用特点一、酶的概念二、酶催化作用的特点三、酶的化学本质、酶的类别和组成酶是活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸；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。
酶催化作用的特点酶具有一般催化剂的特征：用量少而催化效率高；不改变化学反应的平衡点；可降低反应的活化能。
酶作为生物催化剂的特点极高的催化效率高度的专一性易失活活性可调控有些酶需辅助因子酶作为生物催化剂的特点1、催化效率很高：比较Fe3+和H2O2酶同样条件下的催化效果：1mol/L H2O2酶 104M1mol/L Fe3+ 10-6M酶促反应比非催化反应高10-1020倍；比一般催化反应高107-1013倍。
酶能够显著降低反应的活化能活化能(Activation energy)：在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。
0℃，分解H2O2量2、酶具有高度专一性是指酶对催化的反应和反应物有严格的选择性。
一种酶只能催化一种或一类十分相似的反应。
底物（substrate ，S)：酶作用的物质。
酶专一性类别（P332）酶专一性类型（ p332）1 、结构专一性概念：酶对所催化的分子（底物，Substrate）化学结构的特殊要求和选择。
类别：绝对专一性和相对专一性2 、立体异构专一性概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也有一定的要求类别：旋光异构专一性和几何异构专一性绝对专一性和相对专一性绝对专一性有的酶对底物的化学结构要求非常严格，只作用于一种底物，不作用于其它任何物质。
相对专一性有的酶对底物的化学结构要求比上述绝对专一性略低一些，它们能作用于一类化合物或一种化学键。
1）键专一性有的酶只作用于一定的键，而对键两端的基团并无严格要求。
2）基团专一性另一些酶，除要求作用于一定的键以外，对键两端的基团还有一定要求，往往是对其中一个基团要求严格，对另一个基团则要求不严格。
消化道内几种蛋白酶的专一性（苯丙.酪.色-COOH）（精.赖-COOH）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶糜蛋白酶羧肽酶3、酶易失活：凡使pr变性的因素都可使酶破坏,酶在温和条件下作用。
4、酶活性受到调节和控制：（1）调节酶浓度（2）通过激素调节酶的活性（3）反馈抑制调节酶活性（4）抑制剂或激活剂对酶活性的调节（5）其它方式别构调控酶原激活共价修饰酶的化学本质历史 1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。
1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNA——ribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。
核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。
据酶分子组成分类单纯蛋白质酶类结合蛋白质酶类酶蛋白质辅助因子金属离子金属有机物小分子有机物据酶蛋白特征分类单体酶寡聚酶多酶复合体酶的类别单体酶、寡聚酶和多酶复合1.单体酶（monomeric enzyme)：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。
2.寡聚酶 (oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。
亚基可以相同也可以不同，亚基之间以非共价键结合。
3.多酶复合物 (multienzyme system)：几个酶靠非共价键镶嵌而成的复合物。
这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。
多酶复合体示意图酶的化学组成酶（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子辅因子辅酶：与酶蛋白结合的比较松的小分子有机物。
辅基：与酶蛋白结合的紧密的小分子有机物。
金属激活剂：金属离子作为辅助因子。
酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。
单纯酶除了蛋白质外，不含有其它的物质如淀粉酶、脲酶、蛋白酶等。
缀合酶第二节酶的命名和分类1、习惯命名2、国际系统命名法3、国际系统分类法及酶的编号1、习惯命名：根据酶的底物命名：如：淀粉酶、蛋白酶；根据酶所催化的反应性质命名：如：转氨酶；综合上述两原则命名：如：乳酸脱氢酶；上述命名加酶来源或酶的其它特点：胃蛋白酶、碱性磷酸酶。
2、国际系统命名法以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物及催化反应的性质。
如果一种酶催化两个底物起反应，应在他们的系统名称中包括两种底物的名称，并以“:”将他们隔开，若底物中有水可以略去不写。
惯用名系统名谷丙转氨酶丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶催化反应： Ala+α-酮戊二酸→ Glu+丙酮酸脂肪酶脂肪水解酶催化反应：脂肪＋H2O →脂肪酸＋甘油3.国际系统分类法及酶的编号1961年国际酶学委员会（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.氧还原酶类，2.移换酶类，3.水解酶类，4.裂合酶类，5.异构酶类，6.合成酶类。
分别用1、2、3、4、5、6来表示；再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分成若干亚类，又按照1、2、3…..编号；每个亚类又分为亚亚类仍用1、2、3…编号。
每个酶分类编号由4个数字组成，数字间用“.”隔开，编号前冠以EC。
例如：（2）氧化酶类①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：②催化底物脱氢，氧化生成H2O：（3）过氧化物酶A、氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。
（1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
B、转移酶类：催化化合物中某些基团的转移A·X + BA +B·X根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。
C、水解酶类：催化加水分解作用。
AB + H2OAOH + BH水解酶类大都属于细胞外酶，在生物体内分布广泛，数量多，包括水解酯键、糖苷键、肽键等共11个亚类，常见的如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。
D、裂合酶类：催化从底物移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应。
C—C键+ CO2C—O键+ H2OC—N键E、异构酶类：催化各种同分异构体之间的互变，即分子内部基团的重新排列。
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
F、连接酶类：催化有ATP参加的合成反应，即由两种物质合成一种新物质的反应。
第三节酶活力测定和分离纯化一、酶活力的测定1、酶活力2、酶活力表示方法3、酶活力的测定方法二、酶的分离纯化1. 酶活力（酶活性 enzyme activity):指酶催化一定化学反应的能力。
酶活力通常以最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。
2.酶活力表示方法：（1）酶活力单位（国际单位，IU）：最适反应条件下（25℃），在1分钟内把1微摩尔底物转化为产物所需要的酶量。
习惯单位（U）:一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量Katal（Kat）：最适条件下，每秒钟能催化1摩尔底物转化为产物所需的酶量。
（2）酶的比活力：指每mg酶蛋白所具有的酶活力，一般用 U/mg蛋白表示。
3、酶活力的测定方法通过两种方法可以测定酶的活力a)测定完成一定量的反应所需要的时间；b)测单位时间内、单位体积中底物减少或产物增加量来表示浓度/单位时间.测定酶活力最常用的方法：终点法: 酶反应进行到一定时间后终止其反应，再用化学或物理方法（分光光度法、同位素法、荧光法）测定产物或反应物量的变化。
动力学法:连续测定反应过程中产物\底物或辅酶的变化量，直接测定出酶反应的初速度。
酶的分离纯化1、目的：（1）为了研究酶的理化性质或鉴定酶；（2）作为生化试剂或药物。
2、步骤：选材→破碎→抽提→分离纯化→结晶→保存3、分离纯化的方法盐析、沉淀、吸附、柱层析、凝胶层析、凝胶电泳等pr提纯的方法都可以用于从粗提液中分离纯化酶。
注意：低温；0-5℃，有机溶剂在-15至-20℃；加EDTA，防止金属离子使酶失活；加巯基乙醇，避免酶蛋白巯基氧化失活；不要过度搅拌，应常测酶活。
第四节酶催化作用的结构基础和高效催化的策略一、酶催化的中间产物理论（p355）二、酶的活性中心和必须集团(p384)三、酶作用专一性机理(p334)四、酶高效催化有关的策略(p388)酶催化的中间产物理论酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。
关于酶和底物形成复合物学说的实验证明（1）ES复合物已被电子显微镜和X射线晶体结构直接观察到；（2）许多酶和底物的光谱学特性在形成ES后发生变化；（3）酶的物理性质在形成ES后发生变化；（4）已经分离得到某些酶与底物相互作用形成的ES复合物；（5）超离心沉降中，观察到酶和底物的共沉降现象。
二、酶的活性中心和必需基团酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site），参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团。
实例：胰凝乳蛋白酶1、活性中心的实质2、活性中心的特点3、研究活性中心的方法AspHisSer胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser1951、活性中心的实质活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的几个aa残基或其上的某些基团。
胰凝乳蛋白酶的活性中心2、活性中心的特点溶菌酶活性中心（1）仅为酶体积的很小部分；（2）具有一定的空间构象；（3）S与E靠次级键结合；（4）酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补；（5）活性部位是由特定空间构象维持的一个裂隙；（6）酶的活性部位具有柔性和运动性。
3、研究酶活性中心的方法：（1）化学修饰法：差示标记法，亲和标记法（2）通过研究专一性底物判断确定E活性中心的结构；（3）X-衍射直接探明活性中心。
（4）定点诱变法差示标记法图解A.非差示标记B. 差示标记亲和标记法根据酶与底物特异结合的性质，设计或合成一种含有反应基团的底物类似物作为活性部位基团的标记试剂。
这种试剂象底物一样进入活性部位，接近结合位点，并以其活泼的化学基团与活性部位的某一基团共价结合，而指示出酶活性部位的特征。
+三、酶作用专一性机理锁钥学说(lock and key th0ery)：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。
