1、一、酶的概念与特点一、酶的概念与特点酶酶(enzyme)是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。定义定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的、受多种因素调酶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。节控制的具有催化能力的生物催化剂。酶具有一般催化剂的特征酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平 衡点；衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。通过降低活化能加快
2、化学反应速度。2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。专一性：酶对底物具有严格的选择性。3.敏感性：对环境条件极为敏感。敏感性：对环境条件极为敏感。4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。酶的催化特点酶的催化特点：1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。倍。2H2O22H2O +O21mol过氧化氢酶过氧化氢酶 5106molH2O21mol离子铁离子铁 610-4molH2O2二、酶的分类与命名二、酶的分类与命名1961年国际酶学委员会（年国际酶学委员会（Enzyme Committee,
3、EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：大类：1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类转移酶类(transferases)3.水解酶类水解酶类(hydrolases)4.裂合酶类裂合酶类(lyases)5.异构酶类异构酶类(isomerases)6.合成酶类合成酶类(ligases,synthetases)杨转水，裂亦莲杨转水，裂亦莲氧转水，裂异连氧转水，裂异连根据酶催化反应类型和机制把酶分六大类：根据酶催化反应类型和机制把酶分六大类：(1)(1)氧化还原酶类氧化还原酶类：催化氧化还原反应催化氧化还原反应。AH
4、2+BA+BH2(2)(2)转移酶类：转移酶类：催化分子基团从一个分子转移催化分子基团从一个分子转移 到另一个分子的反应到另一个分子的反应。A-R+BA+B-R(3)(3)水解酶类水解酶类：催化加水分解的反应。催化加水分解的反应。A-B+HOHAOH+BH(4)(4)裂合酶类裂合酶类：双键上去除或加入一个基团的反应双键上去除或加入一个基团的反应。反应通式为：反应通式为：ABA+B(5)(5)异构酶类异构酶类：催化分子间重排的有关反应。催化分子间重排的有关反应。反应通式为：反应通式为：AB(6)(6)连接酶类连接酶类：催化把两个分子连接在一起，并由催化把两个分子连接在一起，并由 ATPATP提供
5、能量的反应。提供能量的反应。A+B+ATPAB+ADP+磷酸，或磷酸，或AMP+焦磷酸焦磷酸根据酶催化反应的具体性质进一步分成根据酶催化反应的具体性质进一步分成亚类和次亚类亚类和次亚类。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 EC 1.1.1.27第第1大类，氧化还原酶大类，氧化还原酶第第1亚类，氧化基团亚类，氧化基团CHOH第第1亚亚类，亚亚类，H受体为受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号该酶在亚亚类中的流水编号国际系统分类法及编号（国际系统分类法及编号（EC编号）编号）每一个酶的编号由每一个酶的编号由4个数字组成，中间以个数字组成，中间以“”隔开。第一个隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个
6、表示亚数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，亚类，第四个数字表示在亚第四个数字表示在亚-亚中的编号。亚中的编号。酶的命名有两种方法：酶的命名有两种方法：系统名系统名、惯用名惯用名。系统名系统名：包括所有底物的名称和反应类型。：包括所有底物的名称和反应类型。乳酸乳酸+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶惯用名惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。：只取一个较重要的底物名称和反应类型。乳酸：乳酸：NAD+氧化还原酶氧化还原酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶对于催化对于催化水解反应水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。的酶一般在酶的名称上省去反应
7、类型。当丙酮酸浓度较低时，代谢走哪条途径决定于Km最小的酶。通过结合底物为反应定向。（五）pH对酶作用的影响温度对酶活力影响有以下两方面：一方面_，另一方面 。能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。Km和Vmax的求解方法酶(enzyme)是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。在底物浓度低时，KmS，v=kS；25mg/2ml=0.“张力”与“形变”：酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。1926年首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提
8、出酶的本质就是蛋白质的观点。Vmax不变，Km变大在特定条件下，1分钟内能转化1umol底物的酶量，称一个国际单位（IU），即：张力效应（strain）比活：(1500/601ml/0.竞争性非竞争性抑制作用机理示意图异构酶类(isomerases)酶分离纯化的三个基本步骤：抽提，纯化，结晶或制剂。酶只对其作用的键有要求，而对键两侧基因无特殊要求。三、酶的化学本质与组成三、酶的化学本质与组成（一）大多数酶是蛋白质（一）大多数酶是蛋白质1926年首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并年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。提出酶的本质就是蛋白质的观点。酶
9、是蛋白质的证据。酶是蛋白质的证据。水解产物；水解产物；变性；变性；两性电解质；胶体性质；呈色反应。两性电解质；胶体性质；呈色反应。1982年年T.Cech发现了第发现了第1个有催化活性的天然个有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后（核酶），以后Altman和和Pace等又陆续发现了等又陆续发现了真正的真正的RNA催化剂。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。关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。（二）酶的化学组成（二）酶的化学组成（蛋白类酶）（蛋白类酶）1.单纯酶（简单蛋白
10、质）2.结合酶（结合蛋白质）全酶(holoenzyme）=酶蛋白+辅因子脱辅基酶蛋白辅酶或辅基有含义决定酶反应的专一性及催化的高效率主要作用是作为电子、原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程。酶的辅因子 无机金属元素 小分子的有机物 近1/3的酶需金属离子作为辅助成分。金属酶金属激活酶“三点结合”的催化理论在特定条件下，1分钟内能转化1umol底物的酶量，称一个国际单位（IU），即：首先认识酶的本质是蛋白质，同一般蛋白质有共同之处，也有不同之处。当Et=ES时，凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。通常用Lineweaver-Burk作图法（双倒数作图法）1IU=1mol/min根据带电
11、性质（离子交换层析法、电泳分离法、等电聚焦层析法）；E.反馈抑制：在代谢过程中局部反应产物对催化该反应的酶所起的抑制作用。抑制剂是与酶的活性中心以外的必需基团结合而起作用的；植物和微生物体内的酶：4.Km=（k2+k3)/k1激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，150mM底物浓度对酶反应速度的影响在特定条件下，1分钟内能转化1umol底物的酶量，称一个国际单位（IU），即：表现出酶最大活力的pH值温度升高，可使反应速率加快（2）从Km可判断酶的专一性和天然底物。A.琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制即 S=9Km（三）酶的类型（三）酶的类型1.单体酶（单体酶（monomeric enzyme)：由一
12、条或多条共价相连的：由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。肽链组成的酶分子。单体酶种类较少，一般多催化水解反应。单体酶种类较少，一般多催化水解反应。2.寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)：由两个或两个以上亚基组成：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。键结合。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。3.多酶复合物多酶复合物(multienzyme system)：几个酶嵌合而成的复合：几个酶嵌合而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产
13、物的物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应一系列顺序反应。多酶复合体多酶复合体例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶系（丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E）、）、硫辛酰转乙酰酶（硫辛酰转乙酰酶（E）和二氢硫辛酰脱氢酶（和二氢硫辛酰脱氢酶（E）。）。EEE碱性碱性EEE+EE+脲脲1.全酶由_和_组成，在催化反应时，二者所起的作用不同，其中_决定酶的专一性和高效率，_起传递电子、原子或化学基团的作用。2.辅助因子包括_，_和_等。其中_与酶蛋白结合紧密，需要_除去，_与酶蛋白结合疏松，可用_除去。3
14、.酶是由_产生的，具有催化能力的_。酶蛋白辅因子酶蛋白辅因子金属离子辅基辅酶透析法生物催化剂活细胞辅酶化学方法处理辅基7.根据国际系统分类法，所有的酶按所催化的化学反应的性质可以分为六大类_，_，_，_，_和_。8.按国际酶学委员会的规定，每一种酶都有一个唯一的编号。醇脱氢酶的编号是，EC代表_，4个数字分别代表_，_，_和 。水解酶转移酶裂解酶异构酶合成酶氧化还原酶酶学委员会此酶所属的大类为氧化还原酶类此大类中的某一亚类作用于CHOH基团亚类中某一亚亚类受体为NAD+或NADP+此酶在此亚亚类中的顺序号为1写出催化下列反应的酶的分类名称写出催化下列反应的酶的分类名称(类型类型)合成酶类合成酶
15、类异构酶类异构酶类氧化还原酶类氧化还原酶类水解酶类水解酶类转移酶类转移酶类裂合酶类裂合酶类四、酶的结构与功能的关系四、酶的结构与功能的关系（一）活性部位和必需基团（一）活性部位和必需基团必需基团必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。性丧失。活性部位活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。直接有关的部位。必需基团必需基团活性部位活性部位维持酶的空间结构维持酶的空间结构结合基团结合基团催化基团催化基团专一性专一性催化性质催化性质酶的结构酶的结构1结合部位结合部位（Binding
16、 site）酶分子中与底物结合的部位或酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。区域一般称为结合部位。氢键氢键 通常将酶的结合部位和催通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的化部位总称为酶的活性部活性部位或活性中心位或活性中心 结合部位决定酶的专一性结合部位决定酶的专一性 催化部位决定酶所催化反催化部位决定酶所催化反应的性质应的性质2催化部位（催化部位（catalytic site）酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位抑制作用 失活作用。Km k2/k1=ks酶是由_产生的，具有催化能力的_。植物和微生物体内的酶：4.酶和一般催化剂的
17、作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。1926年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。蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。酶的纯化鉴定：聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦电泳法B.当sKm时，V1/2Vmax;在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。（1）Km=Km.比活力（U/mg）6/20 4/10 3/5 2/2产率%（回收率）=100（2）质子传递的速度。惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。高效性：通常要高出非生物
18、催化剂催化活性的1061013倍。pH影响酶活力的原因可能有以下几方面：(1)影响_，(2)影响_，(3)影响_。用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：关于酶作用专一性提出的假说有_，_和_等几种。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。亲核性基团：亲核性基团：丝氨酸的羟基丝氨酸的羟基半胱氨酸的巯基半胱氨酸的巯基组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基H2NCHCCH2OHOOHOHH2NCHCCH2OHOSHSHH2NCHCCH2OHONNHNNH常见酶活性中心的基团常见酶活性中心的基团 酸碱性基团：酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨天冬氨酸和谷氨酸的羧基酸的羧基赖氨酸的氨基赖氨酸的氨基酪
19、氨酸的酚羟基酪氨酸的酚羟基组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基半胱氨酸的巯基半胱氨酸的巯基H2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCOHOCOOHH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2NH2H2NCHCCH2OHOOHOH 3调控部位调控部位（Regulatory site）酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。的变化，对酶起激活或抑制作用。假底物假底物底底 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
20、基团催化基团催化基团 活性中心活性中心（二）酶原的激活（二）酶原的激活没有活性的酶的前体称为没有活性的酶的前体称为酶原酶原。酶原转变成有活性的酶的。酶原转变成有活性的酶的过程称为过程称为酶原的激活酶原的激活。这个过程实质上是酶活性部位形成。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。和暴露的过程。在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。种酶的组织细胞不被水解破坏。（三）同工酶（三）同工酶(isoenzyme)能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和
21、免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（LDH）MHMM MMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4哺乳动物乳酸脱氢酶有哺乳动物乳酸脱氢酶有5种种赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝酶原的激活酶原的激活 胰蛋白酶原胰蛋白酶原 肠激酶肠激酶 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原 弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 羧肽酶原羧肽酶原 羧肽酶羧肽酶五、酶的专一性五、酶的专一性酶作用的酶作用的专一性专一性结构专一性结
22、构专一性立体异构专一性立体异构专一性键专一性键专一性绝对专一性绝对专一性族（基团）专一性族（基团）专一性旋光异构专一性旋光异构专一性几何异构专一性几何异构专一性（一）酶专一性的类型RCOO-+R OH+H+酯酶酯酶：RCOR+H2OO1 1、键专一性（对底物结构要求最低）、键专一性（对底物结构要求最低）结构专一性结构专一性酶只对其作用的键有要求，而对键两侧基因无特殊要求。酶只对其作用的键有要求，而对键两侧基因无特殊要求。如：酯酶可催化酯键水解，如：酯酶可催化酯键水解，RCOOR，对，对R和和R无要求，无要求，但不同底物水解速度不同。但不同底物水解速度不同。OCH2OHOHOHOH15-葡萄糖葡
23、萄糖苷酶苷酶O R+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+ROH以上以上1、2两类称为两类称为相对专一性相对专一性2 2、族（基团）专一性、族（基团）专一性Group SpecificityGroup Specificity酶不仅对键有要求，还对键一端的基团有要求，但对另一端基酶不仅对键有要求，还对键一端的基团有要求，但对另一端基团要求不严格。团要求不严格。如：如：DGlc苷酶，不仅要求作用的键是苷酶，不仅要求作用的键是糖苷键，且要求糖苷键，且要求此键一端必须是此键一端必须是Glc残基，对此键另一端基团无要求，如此酶残基，对此键另一端基团无要求，如此酶可水解蔗糖和麦芽糖。可水解蔗糖和麦芽糖。
24、脲酶脲酶：H2NCNH2+H2OO2NH3+CO23 3、绝对专一性、绝对专一性酶只能作用于一个底物，或只催化一个反应。酶只能作用于一个底物，或只催化一个反应。如：大麦芽中的麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只如：大麦芽中的麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。催化尿素水解。l 顺式反式异构体。顺式反式异构体。如：反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸，对如：反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸，对顺丁烯二酸无作用。顺丁烯二酸无作用。l 立体化学专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于立体化学专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对称分子中的两个等同的基团，只催化其中一个，而对
25、另对称分子中的两个等同的基团，只催化其中一个，而对另一个无作用。一个无作用。例如：甘油在甘油激酶的催化下只有一个例如：甘油在甘油激酶的催化下只有一个CH2OH基能被磷基能被磷酸化。酸化。立体异构专一性立体异构专一性1 1、旋光异构专一性、旋光异构专一性当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一种异构体，当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一种异构体，它是酶促反应中相当普遍的现象。它是酶促反应中相当普遍的现象。如：如：Glu脱氢酶只作用脱氢酶只作用LGlu，乳酸脱氢酶只作用，乳酸脱氢酶只作用L乳酸。乳酸。2 2、几何异构专一性、几何异构专一性酶是由_产生的，具有催化能力的_。抑制剂与酶结
26、合成极稳定的络合物，从而减低或破坏酶的活性。近1/3的酶需金属离子作为辅助成分。竞争性可逆抑制剂抑制程度与下列哪种因素无关？当Et=ES时，只能进行热力学上允许进行的反应；从结构上与一般蛋白质的共同点去理解酶的理化性质；通过结合底物为反应定向。由于酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。1IU=1mol/min温度对酶活力影响有以下两方面：一方面_，另一方面 。最适温度：在一定条件下，每一种酶在某一定温度，其活力最大。举例：一个酶的分离纯化分为4 步。最适温度：在一定条件下，每一种酶在某一定温度，其活力最大。(5)异构酶类：催化分子间重排的有关反应。度加快（60以上）。温度过高，会使酶蛋白变性而失活
27、米氏常数（Km）是与反应系统的酶浓度无关的一个常数。辅酶与酶蛋白的结合不紧密，可以用透析的方法除去。一个酶作用于多种底物时，其最适底物的Km值应该是最小。脲酶只作用于尿素，而不作用于其他任何底物，因此它具有_专一性；Vmax不变，Km变大34(二)酶作用专一性的假说1.锁钥学说(lock and key hypothesis)：1894年Fisher提出 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样匙对一把锁一样352.诱导锲合学说（inducedf
28、it hypothesis):p 1958年 Koshland 提出酶活性中心的结构有一定的柔性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子酶活性中心的结构有一定的柔性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。3.“三点结合三点结合”的催化理论的催化理论 认为酶与底物的认为酶与底物的结合处至少
29、有三结合处至少有三个点，而且只有个点，而且只有一种情况是完全一种情况是完全结合的形式。只结合的形式。只有这种情况下，有这种情况下，不对称催化作用不对称催化作用才能实现。才能实现。37通过对酶结构与功能的研究，确信酶与底物作用的专一性是由于酶与底物分子的结构互补，诱导契合，通过分子的相互识别而产生的。六、酶的作用机制六、酶的作用机制（一）酶的催化作用与分子活化能（一）酶的催化作用与分子活化能G=H-TS（G是总自由能的变化，是总自由能的变化，H 是总热能的变化，是总热能的变化，S是熵的变化）是熵的变化）活化能活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，：分子由常态转变为活化状态
30、所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应物全部进入活化状态所需的自由能。反应物全部进入活化状态所需的自由能。化学反应自由能方程式化学反应自由能方程式促使化学反应进行的途径：促使化学反应进行的途径：1.用加热或光照给反应体系提供能量。用加热或光照给反应体系提供能量。2.使用催化剂降低反应活化能。使用催化剂降低反应活化能。酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。从而使活化分子数增多，反应速度加快。（二）中间产物学说（二）中间产物学说E+SESE+P中间产物存在的证据：中间产物存在的证据：1.同位素同
31、位素32P标记底物法（磷酸化酶标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）；与葡萄糖结合）；2.吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。结合）。（三）酶与反应的过渡态互补（三）酶与反应的过渡态互补酶与底物的过渡态互补，亲合力最强，释放出结合能使酶与底物的过渡态互补，亲合力最强，释放出结合能使ES的过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，加速酶促反的过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，加速酶促反应速度。应速度。（四）抗体酶（四）抗体酶（abzyme）即是抗体又具有催化功能的蛋白质，是具有催化活性的即是抗体又具有催化功能的蛋白质，是具有催化活性的抗体。抗体。利用酶反应过渡
32、态类似物产生的抗体分子，同时具有酶的催利用酶反应过渡态类似物产生的抗体分子，同时具有酶的催化活性，本质是具有催化活力的免疫球蛋白，是抗体高度选化活性，本质是具有催化活力的免疫球蛋白，是抗体高度选择性与酶的高度催化能力巧妙结合的产物。择性与酶的高度催化能力巧妙结合的产物。在一定pH范围内，酶不会变性失活，此范围称酶的稳定性pH。一般来说酶是具有催化作用的蛋白质，相应地蛋白质都是酶。v2=k2ES+k3 ES温度对酶活力影响有以下两方面：一方面_，另一方面 。根据米氏方程，有关s与Km之间关系的说法不正确的是当s Km时，V与s成正比;当sKm时，V1/2Vmax;可调性：酶活性的调节和酶合成速度
33、的调节。决定酶反应的专一性及催化的高效率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：当Et=ES时，酶活力是指 ，一般用如：Glu脱氢酶只作用LGlu，乳酸脱氢酶只作用L乳酸。度加快（60以上）。米氏常数（Km）是与反应系统的酶浓度无关的一个常数。写出催化下列反应的酶的分类名称(类型)由于酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。产率%（回收率）=100酶与底物结合的三点附着学说如：反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸，对顺丁烯二酸无作用。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。抑制剂是与酶的活性中心以外的必需基团结合而起作用
34、的；酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。1.邻近定向效应邻近定向效应：酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间液中密集到活性中心区，并使活性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。正确定向排列所产生的效应。2.“张力张力”与与“形变形变”：酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活
35、化能。键扭曲，降低了反应活化能。3.酸碱催化酸碱催化：通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到加速反应的一类催化（取质子来达到加速反应的一类催化（广义酸碱催化，广义酸碱催化，Bronsted酸碱定义酸碱定义）。）。蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基氨基、羧基、咪唑基、巯基和和酚基酚基。影响酸碱催化反应速度的两种因素：影响酸碱催化反应速度的两种因素：（1）酸或碱的强度（）酸或碱的强度（pK）；（）；（2）质）质子传递的速度。子传递的速度。His的咪唑基最活跃。的咪唑基
36、最活跃。（五）使酶具有高催化效率的因素（五）使酶具有高催化效率的因素酶分子为酶的催化提供各种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结酶分子为酶的催化提供各种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结合成中间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。合成中间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。邻近效应（邻近效应（strain）定向效应（定向效应（strain）+-+-稳定的底物稳定的底物通过电荷等相互作用，底物通过电荷等相互作用，底物张力变形激活形成过渡态张力变形激活形成过渡态张力效应（张力效应（strain）-+酸碱催化酸碱催化 4.共价催化共价催化：底物分子的一部分与酶分子上
37、的活性基团间通过共价结底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通过共价结合而形成的中间物，快速完成反应。合而形成的中间物，快速完成反应。Lewis的酸碱电子理论：酸是可以接受电子对的物质，而碱则是可以的酸碱电子理论：酸是可以接受电子对的物质，而碱则是可以提供电子对的物质，前者是亲电物质，后者是亲核物质。共价催化又提供电子对的物质，前者是亲电物质，后者是亲核物质。共价催化又称亲核或亲电子催化。实际上也是称亲核或亲电子催化。实际上也是酸碱催化酸碱催化。Ser-OHCH2S：HCH2O：HCys-SHCH2C=CHHNNCH：His-咪唑基咪唑基亲核物质亲核物质亲电物质亲电物质5.金属离子催化作用p
38、金属离子参加催化作用途径 通过结合底物为反应定向。通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应。通过静电稳定或屏蔽负电荷。10.关于酶作用专一性提出的假说有_，_和_等几种。11.酶的活性中心包括_和_两个功能部位，其中_直接与底物结合，决定酶的专一性，_是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。锁钥学说诱导契合学说酶与底物结合的三点附着学说结合部位催化部位结合部位催化中心七、酶促反应动力学与影响七、酶促反应动力学与影响酶促反应速度的因素酶促反应速度的因素 内容：酶反应速度、反应过程的规律及各种环境因素对酶促反应速度的影响。用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。V=-dS/d
39、t=dP/dt 10 20 30 40 50 60 min产物生成量酶反应进程曲线（一）酶促反应初速度的概念（一）酶促反应初速度的概念（二）酶促反应速度的测定（二）酶促反应速度的测定 在研究酶促反应动力学中，为准确地在研究酶促反应动力学中，为准确地表示酶活力，一般都用表示酶活力，一般都用初速度初速度表示，即酶表示，即酶反应初始阶段，即反应初始阶段，即底物转化量底物转化量5%时的反时的反应速度，应速度，也就是进程曲线的直线部分。也就是进程曲线的直线部分。在此阶段，任何一点上的斜率都是相在此阶段，任何一点上的斜率都是相等的，代表真实的酶促反应速度，即酶活等的，代表真实的酶促反应速度，即酶活力的大小
40、。力的大小。单底物、单产物反应单底物、单产物反应 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示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反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在（一般在5以内）时的反应速度以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度底物浓度远远大于酶浓度研究前提研究前提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结合部位（Binding site）即是抗体又具有催化功能的蛋白质，是具有催化活性
41、的抗体。酶活性中心的结构有一定的柔性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。例如：甘油在甘油激酶的催化下只有一个CH2OH基能被磷酸化。酶的提纯过程中，总蛋白减少，总活力减少，比活力增高。“三点结合”的催化理论（3）Km、ks与底物亲和力竞争性抑制（competitive inhibition)：氰化物、重金属离子、一氧化碳、硫化氢、生物碱、砷化物、麻醉剂、表面活性剂及磺胺类药物在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细
42、胞不被水解破坏。抑制剂：能引起酶抑制作用的物质，用I表示；25mg/2ml=0.脲酶只作用于尿素，而不作用于其他任何底物，因此它具有_专一性；吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。抑制作用 失活作用。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样(二)酶作用专一性的假说1kat=1mol/s指抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键结合，引起酶活性丧失。甘油激酶可以催化甘油磷酸化，仅生成甘油-1-磷酸一种底物，因此它具有_专一性。有些金属离子可与酶分子肽链上侧链基团结合，稳定酶分子的活性构象。（三）酶浓度对酶作用的影响（三）酶浓度对酶作用的影响在有足够底物足够底物和其他条件不变的情况下：v=k E反反应应
43、速速度度v酶浓度酶浓度/ESSV Vmv vKmKm KmKm（四）底物浓度对酶作用的影响（四）底物浓度对酶作用的影响1.底物浓度对酶反应速度的影响底物浓度对酶反应速度的影响一级反应 v=k S零级反应 v=k EtS：底物浓度Et：酶的总浓度1/2Vm 反应级数反应级数1.当底物浓度较低时，当底物浓度较低时，v与与S 成正比，为成正比，为一级反应一级反应，即即v=dP/dt=kS；2.当底物浓度继续增加时，反应速度不再与底物浓度成正比而当底物浓度继续增加时，反应速度不再与底物浓度成正比而升高，为升高，为混合级反应混合级反应；3.当底物浓度很高时，当底物浓度很高时，v逐渐趋近极限值逐渐趋近极限
44、值Vmax，为，为零级反应零级反应，即即v=dP/dt=Vmax=kEt;底物浓度对酶促反应速度的影响是非线性的。底物浓度对酶促反应速度的影响是非线性的。中间产物学说解释中间产物学说解释v-S关系曲线：关系曲线：E+S ES E+P；用用中间产物学说中间产物学说解释解释底物浓度底物浓度与与反应速度反应速度关系曲线的关系曲线的二相现象二相现象：S +EESE+P当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓当底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。度的增加，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底
45、物结合成中间产物酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。k1k2k3k3k1k2代表各反应的速度常数代表各反应的速度常数v1=k1 ESv2=k2ES+k3 ES酶与底物酶与底物结合结合生成生成ES的速度的速度ES分解分解的的速度速度当反应达到恒稳状态时，当反应达到恒稳状态时，ES的生成速度等于的生成速度等于ES的分解速度，的分解速度，即反应体系中即反应体系中ES的浓度维持不变，此时：的浓度维持不变，此时：即即k1ES=k2ES+k3 ESv1=v22.米氏方程式（米氏方程式（Michaelis-Menten equati
46、on）Km=k2+k3k1v=Vmax SKm +S米氏常数米氏常数在底物浓度低时，在底物浓度低时，KmS，v=kS；符合一级反应；符合一级反应在底物浓度很高时，在底物浓度很高时，Km S，v=Vmax；符合零级反应；符合零级反应VmaxKm米米氏氏方方程程的的推推导导 231tESESSkkESk令令：231mkkKk将将（4）代入代入（3），则，则：SKSVvmmax1kES 2k ES3k EP ESEt SESES生成速度生成速度：SESEkvt11，ES分解速度分解速度：2323vvkESkES即即：123tkEESSkESkES则则：SSESESKmtE(1)经整理得经整理得：SK
47、SEmtES由于酶促反应速度由由于酶促反应速度由ES决定，即决定，即3vkES3vkES，所以所以(2)将将（2）代入代入（1）得得：3tmESvkKS 3tmkESKSv(3)当酶反应体系处于当酶反应体系处于恒态恒态时时：123vvv当当Et=ES时时，mVv 3mtVkE(4)所以所以 3.米氏常数的意义及测定米氏常数的意义及测定 当当v=Vmax/2时，时，则：则：Km=S Km是酶的特征常数之一。一般只与酶的是酶的特征常数之一。一般只与酶的性质性质有关，与酶有关，与酶的浓度无关。不同的酶的浓度无关。不同的酶Km值不同，且随着温度、值不同，且随着温度、pH和离和离子强度而改变。子强度而改
48、变。（2）从）从Km可判断酶的专一性和天然底物可判断酶的专一性和天然底物。Km最小的底物，最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。（1）Km的物理意义：的物理意义：当反应速度达到最大反应速度的一半时底物的浓度。当反应速度达到最大反应速度的一半时底物的浓度。单位单位：与底物浓度的单位一致，：与底物浓度的单位一致，mol/L或或mmol/L Km=（k2+k3)/k1Km k2/k1=ksS +EESE+P Km可以看作可以看作ES的解离常数的解离常数ks：Km=ks=SEES当当Km大，说明大，说明ES容易解离，酶与底物结合的亲和力小。容易解离
49、，酶与底物结合的亲和力小。（3 3）K Km m、k ks s与底物亲和力与底物亲和力 当当k2k3时，时，Km的大小可以表示酶与底物的亲和性的大小可以表示酶与底物的亲和性。k1k2k3Ks称为底物常数（4）Km与米式方程的实际用途与米式方程的实际用途 从从Km的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。Sv1000Km0.999V100Km0.99V10Km0.91V3Km0.75V1Km0.50V0.33Km0.25V0.10Km0.091V在进行酶活力测定时，通常用在进行酶活力测定时，通常用4Km的底物浓度即可。的底物浓度即可。高效性：通
50、常要高出非生物催化剂催化活性的1061013倍。酶促动力学的双倒数作图(Lineweaver-Burk作图法)，得到的直线在横轴上的截距为_，纵轴上的截距为_。有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为别构酶。只能进行热力学上允许进行的反应；v2=k2ES+k3 ES酶(enzyme)是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。由于酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用。酶工程：酶的生产、制备和应用。敏感性：对环境条件极为敏感。1958年 Koshland 提出非竞争性抑制的速度方程与图形特征从结构上与一般蛋白质的共同点去理解酶的理化性质；1926年首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶
