1、第二章第二章 酶学基础知识酶学基础知识一、酶的本质、组成、分类和命名一、酶的本质、组成、分类和命名酶的定义：由生物体活细胞产生的能加快反应速度的酶的定义：由生物体活细胞产生的能加快反应速度的蛋白质及小分子蛋白质及小分子RNARNA，是生物催化剂。，是生物催化剂。本质：本质：传统的酶（蛋白类酶）：蛋白质传统的酶（蛋白类酶）：蛋白质参与体内广泛的参与体内广泛的 生化反应生化反应核酶（核酸类酶）：小分子核酶（核酸类酶）：小分子RNA.RNA.参与参与RNARNA的剪接的剪接蛋白质部分：酶蛋白蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)apoenzyme)辅助因子辅助因子(cofactor)(cofac
2、tor)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)单纯酶单纯酶 (simple enzyme)simple enzyme)结构组成仅含氨基酸组分结构组成仅含氨基酸组分结合酶结合酶 (conjugated enzyme)(conjugated enzyme)辅助因子辅助因子 金属酶金属酶(metalloenzyme)(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。失。金属激活酶金属激活酶(metal-activated enzyme)(metal-activated enz
3、yme)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，但与酶的结合不甚紧密。不甚紧密。辅助因子也可以是小分子有机化合物辅助因子也可以是小分子有机化合物 维生素或者维生素的衍生物维生素或者维生素的衍生物 转移的基团转移的基团氢原子（质子）氢原子（质子）醛基醛基酰基酰基烷基烷基二氧化碳二氧化碳氨基氨基甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶INADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，
4、辅酶IIFMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）辅酶辅酶A（CoA）硫辛酸硫辛酸钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类生物素生物素磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛四氢叶酸四氢叶酸所含的维生素所含的维生素尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸维生素维生素B12生物素生物素吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用某
5、些辅酶（辅基）在催化中的作用酶可按其所催化的反应类型进行分类酶可按其所催化的反应类型进行分类（一）催化氧化还原反应的酶属于（一）催化氧化还原反应的酶属于氧化还原酶类氧化还原酶类氧化还原酶类氧化还原酶类（oxidoreductasesoxidoreductases）包括催化）包括催化传递电子和氢、以及需氧参加反应的酶。例如，脱传递电子和氢、以及需氧参加反应的酶。例如，脱氢酶类、加氧酶类、过氧化物酶和过氧化氢酶等。氢酶类、加氧酶类、过氧化物酶和过氧化氢酶等。（二）催化分子间基团转移的酶属于（二）催化分子间基团转移的酶属于转移酶类转移酶类转移酶类转移酶类（transferasestransferas
6、es）包括将磷酸基）包括将磷酸基从从ATPATP转到另外底物的激酶、加无机磷酸使化转到另外底物的激酶、加无机磷酸使化学键断裂的磷酸化酶，以及糖基转移酶、转氨学键断裂的磷酸化酶，以及糖基转移酶、转氨酶等。酶等。（三）（三）水解酶类水解酶类催化加水分解化学键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（四）（四）裂合酶裂合酶催化移出化学基团并形成双键催化移出化学基团并形成双键或相反的过程或相
7、反的过程 裂合酶或裂解酶类裂合酶或裂解酶类（lyaseslyases）是指催化一分子非）是指催化一分子非水解地分裂成两个分子并留有双键，或相反的酶。水解地分裂成两个分子并留有双键，或相反的酶。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）催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与另一底物结合形成一个分子的酶。形成一个分子的酶。（五）催化分子异构体互变的酶类属于（五）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异构酶类（isomerasesisomerases）：催化分子内部基）：催化
8、分子内部基团的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛团的位置互变、几何或光学异构体互变、以及醛酮互变的酶类。酮互变的酶类。如：变位酶、如：变位酶、表构酶、表构酶、异构酶。异构酶。（六）催化两分子结合成一分子并偶联有高（六）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能键的水解供能的酶类属于连接酶或连接酶或合成酶类合成酶类DNADNA连接酶、氨基酰连接酶、氨基酰-rRNA-rRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶合成酶属于属于连接酶或合连接酶或合成酶类成酶类（ligasesligases或或synthetasessynthetases）。）。酶可按其所催化的反应类型予以命名酶可
9、按其所催化的反应类型予以命名（一）系统名称给出酶促反应的各种信息，（一）系统名称给出酶促反应的各种信息，但较繁琐但较繁琐习惯命名法习惯命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在，一般是按酶所催化的底物命名，在其底物英文名词上加后缀其底物英文名词上加后缀“ase”ase”作为酶的名称。作为酶的名称。如：蛋白酶（如：蛋白酶（proteaseprotease）、磷酸酶（）、磷酸酶（phosphatasephosphatase）系统命名法系统命名法根据酶所催化的整体反应，按酶的分根据酶所催化的整体反应，按酶的分类对酶命名类对酶命名每个酶都有一个名称和一个编号每个酶都有一个名称和一个编号酶的分类酶的分类系统
10、名称系统名称编号编号催化的反应催化的反应推荐名称推荐名称1.1.氧化还原氧化还原酶类酶类(S)-(S)-乳酸：乳酸：NADNAD+-氧化还原氧化还原酶酶EC1.1.1.27EC1.1.1.27(S)-(S)-乳酸乳酸+NAD+NAD+丙酮酸丙酮酸+NADH+H+NADH+H+L-L-乳酸脱乳酸脱氢酶氢酶2.2.转移酶类转移酶类L-L-丙氨酸：丙氨酸：-酮酮戊二酸氨基转移戊二酸氨基转移酶酶EC2.6.1.2EC2.6.1.2L-L-丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸+L-+L-谷氨酸谷氨酸丙氨酸转丙氨酸转氨酶氨酶3.3.水解酶类水解酶类1,4-1,4-D-D-葡聚糖葡聚糖-聚糖水解酶
11、聚糖水解酶EC3.2.1.1EC3.2.1.1水解有水解有3 3个以上个以上1,4-1,4-D-D-葡萄糖葡萄糖基的多糖中基的多糖中1,4-1,4-D-D-葡糖苷键葡糖苷键-淀粉酶淀粉酶4.4.裂合酶类裂合酶类D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷二磷酸酸D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸裂合酶磷酸裂合酶EC4.1.2.13EC4.1.2.13D-D-果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 磷磷酸二羟丙酮酸二羟丙酮+D-+D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸果糖二磷果糖二磷酸醛缩酶酸醛缩酶5.5.异构酶类异构酶类D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷磷酸醛酸醛-酮酮-异构酶异构酶EC5.3.1.1EC
12、5.3.1.1D-D-甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶6.6.连接酶类连接酶类L-L-谷氨酸：氨连谷氨酸：氨连接酶（生成接酶（生成ADPADP）EC6.3.1.2EC6.3.1.2ATP+L-ATP+L-谷氨酸谷氨酸+NH+NH3 3 ADP+PADP+Pi i+L-+L-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸-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（二）推荐名称简便而常用（二）推荐名称简便而常用由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还由于系统名称较烦琐，国际酶学委员会还同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑选出一同时为每一个酶从常用的习惯名称中挑
13、选出一个推荐名称（个推荐名称（recommended namerecommended name）系统名称：系统名称：L-L-乳酸：乳酸：NADNAD+氧化还原酶氧化还原酶推荐名称：乳酸脱氢酶推荐名称：乳酸脱氢酶(三三)其它习惯归类命名法其它习惯归类命名法 多酶体系多酶体系:v一些多酶体系一些多酶体系在进化过在进化过程中由于程中由于基因的融合基因的融合，多，多种不同催化功能存在于一种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为条多肽链中，这类酶称为多功能酶。多功能酶。v由由单肽链单肽链构成的，含有构成的，含有若干个酶活性的结构域若干个酶活性的结构域v多功能酶或串联酶多功能酶或串联酶(multifu
14、nctional or tandem enzyme)(multifunctional or tandem enzyme)：二、酶的结构与功能二、酶的结构与功能酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心酶的活性中心或称或称活性部位活性部位(active site)(active site)，指必需指必需基团在基团在一级结构上可能相距遥远，但在一级结构上可能相距遥远，但在空间空间结构上彼此靠近，组成具有结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的特定空间结构的区域区域，能，能与底物特异结合与底物特异结合并并将底物转化为产将底物转化为产物。物。酶的活性中心酶的活性中心(active center)(active
15、 center)1 1酶的活性中心由许多必需基团组成酶的活性中心由许多必需基团组成必需基团必需基团(essential group)(essential group)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，与酶活性密切相关的化学基团。与酶活性密切相关的化学基团。常见的必需基团常见的必需基团丝氨酸残基的丝氨酸残基的羟基羟基组氨酸残基的组氨酸残基的咪唑基咪唑基半胱氨酸残基的半胱氨酸残基的巯基巯基酸性氨基酸残基的酸性氨基酸残基的羧基羧基结合基团结合基团binding groupbinding group催化基团催化基团(catalytic group)(catalyt
16、ic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。的空间构象所必需。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 2 2酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域组成酶活性中组成酶活性中心的必需基团在心的必需基团在一一级结构上可能相距级结构上可能相距很远很远，但在形成，但在形成三三级结构时相互接近级结构时相互接近，形成具有三维结构形成具有三维结构的区域，且多是酶的区域，且多是酶分子中的裂隙或凹
17、分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水口陷所形成的疏水口袋。袋。溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心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，发生构象改变，酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性相互诱导契合，增加与底物的互补性4 4大多数情况下底物与酶活性中心的结合是非共价大多数情况下底物与酶活性中心的结合是非共价性的性的 氢键氢键离子键离子键疏水键疏水键van der Waalsvan der Waals力力 酶原激活的机理酶原激活的机理酶酶 原原分子分子构象构象发生改变发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出
18、酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下在特定条件下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 酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义消化道内的蛋白酶原消化道内的蛋白酶原：避免细胞的自身消化，：避免细胞的自身消化，使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体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。内代谢正常进行。凝血系统和纤维蛋白溶解酶：凝血系统和纤维蛋白溶解酶：有的酶原可以视有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变为酶的储存形式。在需要时，酶原适
19、时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。成有活性的酶，发挥其催化作用。定义：定义：同工酶同工酶(isoenzyme)(isoenzyme)是指催化相同的化是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。同工酶同工酶同工酶一级结构的差异同工酶一级结构的差异(1)(1)分子量不同分子量不同,氨基酸组成相差悬殊氨基酸组成相差悬殊(2)(2)分子量相近分子量相近,氨基酸组成及水解后肽谱不同氨基酸组成及水解后肽谱不同,免疫性质不同免疫性质不同(3)(3)分子量相近分子量相近,氨基酸组成类似氨基酸组成类似,水解后
20、肽谱也水解后肽谱也较接近较接近,免疫性质不同免疫性质不同同工酶与基因同工酶与基因(1)(1)单基因决定的同工酶单基因决定的同工酶(2)(2)多基因决定的同工酶多基因决定的同工酶(3)(3)复等位基因决定的同工酶复等位基因决定的同工酶同工酶主要由于同工酶主要由于基因倍增基因倍增（duplicationduplication）和）和趋异趋异（divergencedivergence）所致。）所致。乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异同工酶在生物体中的分布与表达具有时空特异性性:存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同存在于同一种属的不同个体，同一个体的不同组
21、织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、组织、同一细胞的不同亚细胞结构，以及同一组织、细胞的不同发育阶段。细胞的不同发育阶段。LDHLDH同工酶同工酶LDHLDH1 1 （H H4 4）LDHLDH2 2 （H H3 3MM）LDHLDH3 3（H H2 2MM2 2）LDHLDH4 4 （HMHM3 3）LDHLDH5 5 （MM4 4）红细胞红细胞4343444412121 10 0白细胞白细胞1212494933336 60 0血清血清27.127.134.734.720.920.911.711.75.75.7骨骼肌骨骼肌0 00 05 516167979心肌心肌737324243
22、30 00 0肺肺1414343435355 51212肾肾4343444412121 10 0肝肝2 24 4111127275656脾脾10102525101020205 5人体各组织器官人体各组织器官LDHLDH同工酶谱（活性同工酶谱（活性%）检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义在代谢调节上起着在代谢调节上起着重要的作用；重要的作用；用于解释发育过程用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析传标志，用于遗传分
23、析研究。研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5三、酶作用的机理三、酶作用的机理一、酶具有与一般催化剂相似的工作原理、酶具有与一般催化剂相似的工作原理（一）酶与一般催化剂均降低反应的活化能（一）酶与一般催化剂均降低反应的活化能活化能活化能：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。反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反
24、应的活化能 能能量量 反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 活化能的降低可使反应速率呈指数上升活化能的降低可使反应速率呈指数上升在标准状态下反应活化能降低在标准状态下反应活化能降低1 1倍，反应速倍，反应速率可提高约率可提高约50005000倍，呈现指数上升。倍，呈现指数上升。一般讲，酶的催化效率比非催化反应高一般讲，酶的催化效率比非催化反应高10105 5 10101717倍倍（二）酶与一般催化剂均可加速反应到达（二）酶与一般催化剂均可加速反应到达反应平衡点反应平衡点酶与一般催化剂一样，只能加快反应速率，酶与一般催化剂一样，只能加快反应速率，使其缩短到达反应平衡的时间，而不能改变反使其
25、缩短到达反应平衡的时间，而不能改变反应的平衡点。应的平衡点。反应达到平衡时自由能的变化仅取决于底物反应达到平衡时自由能的变化仅取决于底物与产物的自由能之差。与产物的自由能之差。任何催化剂都不能改变底物和产物自身的自任何催化剂都不能改变底物和产物自身的自由能。由能。二、酶促反应具有高效率二、酶促反应具有高效率（一）酶活性中（一）酶活性中心是酶与底物结心是酶与底物结合并将底物转化合并将底物转化为产物的部位为产物的部位（二）酶（二）酶-底物相互作用在过渡态达到最优化底物相互作用在过渡态达到最优化1 1酶与底物结合时相互诱导发生构象改变酶与底物结合时相互诱导发生构象改变诱导契合假说（诱导契合假说（in
26、duced-fit hypothesisinduced-fit hypothesis）酶酶-底物复合物底物复合物 E+S E+P ES 酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、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。这一过相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶程称为酶-底物结合的诱导契合假说底物结合的诱导契合假说羧肽酶的诱导契合模式羧肽酶的诱导契合模式 底物底物2 2形成酶形成酶-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底物与酶的活性中心相互诱导契合形成过渡态底物与酶的活性中心相互诱导契合形成过渡态化合物，过渡态与酶的活性中心以次级键
27、化合物，过渡态与酶的活性中心以次级键(氢键、氢键、离子键、疏水键离子键、疏水键)相结合，这一过程是释能反应，相结合，这一过程是释能反应，所释放的能量称为所释放的能量称为结合能结合能(bindingbinding energyenergy)。结合能可以抵消一部分活化能，是酶反应降低结合能可以抵消一部分活化能，是酶反应降低活化能的主要能量来源。活化能的主要能量来源。酶不能使底物形成过渡态，则没有结合能的释酶不能使底物形成过渡态，则没有结合能的释放，也就不能催化反应的进行。放，也就不能催化反应的进行。3 3邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物形成过渡态形成过渡
28、态邻近效应邻近效应（proximity effectproximity effect）和）和定向排列定向排列（orientation arrangeorientation arrange）将分子间的反应变成类）将分子间的反应变成类似分子内的反应，使反应速率显著提高。有些学似分子内的反应，使反应速率显著提高。有些学者认为是底物的反应基团与酶的催化基团靠近。者认为是底物的反应基团与酶的催化基团靠近。在疏水环境中进行酶反应有很大的优越性，此在疏水环境中进行酶反应有很大的优越性，此现象称为现象称为表面效应表面效应（surface effectsurface effect）。）。酶的活性中心多位于其分子
29、内部的疏水酶的活性中心多位于其分子内部的疏水“口袋口袋”中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏水中，酶反应在酶分子内部的疏水环境中进行。疏水环境可使底物分子脱溶剂化（环境可使底物分子脱溶剂化（desolvationdesolvation），排），排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引或排斥，防止二者之间形成水化膜，利于扰性吸引或排斥，防止二者之间形成水化膜，利于底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。底物和酶分子之间的直接密切接触和相互结合。（三）酶活性中心催化基团通过多种途径催（三）酶活性中心催化基团通过多种途径催化产物的生成
30、化产物的生成酶是两性解离的蛋白质，酶活性中心上有些基酶是两性解离的蛋白质，酶活性中心上有些基团是质子供体（酸），有些是质子接受体（碱）。团是质子供体（酸），有些是质子接受体（碱）。这些基团在酶活性中心的准确定位有利于质子这些基团在酶活性中心的准确定位有利于质子的转移，这种的转移，这种一般酸一般酸-碱催化碱催化（general acid-base general acid-base catalysiscatalysis）可以使反应速率提高）可以使反应速率提高10102 2 10105 5倍。倍。1 1酸碱催化酸碱催化：质子转移反应都包含一般酶质子转移反应都包含一般酶-碱催化反应碱催化反应 氨基酸
31、残基氨基酸残基谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸赖氨酸、精氨酸赖氨酸、精氨酸半胱氨酸半胱氨酸组氨酸组氨酸 丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸 酸（质子供体）酸（质子供体）RCOOHRSHROH碱（质子接受体）碱（质子接受体）RCOORSROR 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2 2共价催化共价催化:酶可与底物形成瞬时共价键酶可与底物形成瞬时共价键很多酶在催化过程中，与底物形成瞬时共价很多酶在催化过程中，与底物形成瞬时共价键，底物与酶形成共价键后被激活（转变态，活键，底物与酶形成共价键后被激活（转变态
32、，活化能降低），并很容易进一步水解形成产物和游化能降低），并很容易进一步水解形成产物和游离的酶。这种催化机制称为离的酶。这种催化机制称为共价催化共价催化（covalent covalent catalysiscatalysis）。）。AB+E：AE+BH2OAE A+E：+B 酶举例酶举例丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶巯基酶巯基酶ATPATP酶酶含吡哆醛的酶含吡哆醛的酶磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶亲核基团亲核基团丝氨酸丝氨酸 OHOH半胱氨酸半胱氨酸 SHSH天冬氨酸天冬氨酸 COOCOO 赖氨酸赖氨酸 NHNH2 2组氨酸组氨酸酪氨酸酪氨酸 OHOH共价结合中间产物
33、共价结合中间产物酰基酶酰基酶酰基酶酰基酶磷酰基酶磷酰基酶SchiffSchiff碱碱磷酰基酶磷酰基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3 3亲核催化亲核催化:酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应酶活性中心有的催化基团属于亲核基团，可以酶活性中心有的催化基团属于亲核基团，可以提供电子给带有部分正电荷的过渡态底物，形成瞬提供电子给带有部分正电荷的过渡态底物，形成瞬间 共 价 键。这 种 催 化 作 用 称 为间 共 价 键。这 种 催 化 作 用 称 为 亲 核 催 化亲 核 催 化（nucleophilic catalysis
34、nucleophilic catalysis）。）。亲电子催化（亲电子催化（electrophilic catalysiselectrophilic catalysis）可可使酶活性中心的阳离子亲电子基团与富含电子的使酶活性中心的阳离子亲电子基团与富含电子的底物形成共价键。底物形成共价键。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酶的特异性或专一性特异性或专一性（specificityspecificity）酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的酶对其所催化的底物和反应类型具有严格的选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化选择性，一种酶只作用于一种化合物，或一类化学键，催化一定
35、的化学反应并产生一定结构的产学键，催化一定的化学反应并产生一定结构的产物的现象。物的现象。（一）有的酶对其底物和反应类型具有极其（一）有的酶对其底物和反应类型具有极其严格的选择性严格的选择性有的酶仅对一种特定结构的底物起催化作有的酶仅对一种特定结构的底物起催化作用，产生具有特定结构的产物。酶对底物的这用，产生具有特定结构的产物。酶对底物的这种 极 其 严 格 的 选 择 性 称 为种 极 其 严 格 的 选 择 性 称 为 绝 对 特 异 性绝 对 特 异 性（absolute specificityabsolute specificity）。）。脲酶仅水解尿素，对甲基尿素则无反应。脲酶仅水解
36、尿素，对甲基尿素则无反应。（二）多数酶具有相对特异性（二）多数酶具有相对特异性多数酶可对一类化合物或一种化学键起催多数酶可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格的选择性称化作用，这种对底物分子不太严格的选择性称为为相对特异性（相对特异性（relative specificityrelative specificity）。）。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。脂肪酶不仅水解脂肪，也可水解简单的酯。胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖胰蛋白酶水解由碱性氨基酸（精氨酸和赖氨酸）的羧基所形成的肽键。氨酸）的羧基所形成的肽键。作用于大分子的酶的绝对和相对特异性的作用于大分子的酶的
37、绝对和相对特异性的理解：例如核酸内切酶理解：例如核酸内切酶 人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质人体内有多种蛋白激酶，它们均催化底物蛋白质丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化丝氨酸（或苏氨酸）残基上羟基的磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶A蛋白激酶蛋白激酶C蛋白激酶蛋白激酶GCa2+/钙调素蛋白激酶钙调素蛋白激酶H共有序列共有序列-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R/K1-3)-X-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-X-R-X-X-(S/T)-X-（三）有些酶仅对底物分子的某种构型起（三）有些酶仅对底物分子的某
38、种构型起催化作用催化作用酶对空间构型所具有的特异性要求称为酶对空间构型所具有的特异性要求称为空间异构特异性空间异构特异性（stereospecificitystereospecificity）延胡索酸酶仅对延胡索酸延胡索酸酶仅对延胡索酸(反丁烯二酸反丁烯二酸)起催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁起催化作用，将其加水生成苹果酸，对顺丁烯二酸则无作用烯二酸则无作用CCH3OHCOOHHCCH3OHCOOHHL(+)L(+)乳酸乳酸 D(-)D(-)乳酸乳酸 三、三、酶的可调节性酶的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不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
39、的需要。断变化的内外环境和生命活动的需要。如温度、如温度、pH、底物浓度、抑制剂、激活剂以及反应、底物浓度、抑制剂、激活剂以及反应底物和产物对酶活性的调节；诱导剂或者阻遏剂对酶底物和产物对酶活性的调节；诱导剂或者阻遏剂对酶含量的调节等含量的调节等四、酶活性测定原则四、酶活性测定原则酶活性或反应分析都需测定酶反应速率酶活性或反应分析都需测定酶反应速率（一）酶反应速率通常用单位时间内底物减（一）酶反应速率通常用单位时间内底物减少量或产物增加量来表示少量或产物增加量来表示酶的活性酶的活性:以以在规定的实验条件下（如温度、在规定的实验条件下（如温度、pHpH的限定和足够的限定和足够的底物浓度等），每分
40、钟催化的底物浓度等），每分钟催化1 1 molmol底物转变成产物底物转变成产物所需要的酶量为所需要的酶量为1 1个国际单位（个国际单位（IUIU）。）。催量催量（KatalKatal）1IU1IU16.6716.6710109 9 Kat Kat1 1催量是指在特定条件下，每秒钟将催量是指在特定条件下，每秒钟将1mol1mol底物转化成产物所需的酶量底物转化成产物所需的酶量比活性比活性（specific activityspecific activity）：比较酶的纯度）：比较酶的纯度 比活性单位是每比活性单位是每mgmg蛋白质所含酶的国际单位数，蛋白质所含酶的国际单位数，其单位是其单位是I
41、U mgIU mg 1 1。酶活力测定方法酶活力测定方法（二）有三类方法对底物和产物的变化量进行检测（二）有三类方法对底物和产物的变化量进行检测 1 1直接测定法：直接测定法：是对底物或产物的含量变化进行是对底物或产物的含量变化进行直接检测直接检测有些酶促反应可在反应进行一定时间后，有些酶促反应可在反应进行一定时间后，不用任何辅助反应便可直接测定反应液中底物不用任何辅助反应便可直接测定反应液中底物或产物的浓度。这类测定方法称为或产物的浓度。这类测定方法称为直接测定法直接测定法（direct assaydirect assay）。还原型（还原型（FeFe2+2+）细胞色素）细胞色素c c在波长在
42、波长550nm550nm处有处有明显的吸收峰，而氧化型（明显的吸收峰，而氧化型（FeFe3+3+）则无；细胞色）则无；细胞色素素c c氧化酶对细胞色素氧化酶对细胞色素c c的氧化反应，可以直接在的氧化反应，可以直接在波长波长550nm550nm处检测一定时间内还原型细胞色素处检测一定时间内还原型细胞色素c c的的减少过程减少过程FeFe2+2+）（FeFe3+3+）550下降下降有些酶促反应的底物和产物不能直接进行检测，有些酶促反应的底物和产物不能直接进行检测，必须增加一些辅助试剂来达到检测的目的，这种方必须增加一些辅助试剂来达到检测的目的，这种方法称为法称为间接测定法间接测定法（indire
43、ct assayindirect assay）2 2间接测定法：间接测定法：利用非酶辅助反应对底物或产物利用非酶辅助反应对底物或产物的变化进行间接检测的变化进行间接检测二氢乳清酸脱氢酶二氢乳清酸脱氢酶二氢乳清酸二氢乳清酸 +泛醌泛醌 乳清酸乳清酸 +泛醇泛醇泛醇泛醇 +2,6-+2,6-二氯酚靛酚（氧化型）二氯酚靛酚（氧化型）泛醌泛醌 +2,6-+2,6-二氯酚靛酚（还原型）二氯酚靛酚（还原型）（亮蓝色，在（亮蓝色，在610nm610nm处有吸收峰）处有吸收峰）（在（在610nm610nm处无吸收峰）处无吸收峰）3 3偶联测定法：偶联测定法：不直接涉及原始反应的底物或产物不直接涉及原始反应的底
44、物或产物许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，但可以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个但可以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底物，或以此类推，以最后的酶反应产酶的产物为底物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。这种通过偶联其他酶并对物可以直接检测为目的。这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地反映待测酶反应此酶促产物进行直接检测，间接地反映待测酶反应的底物或产物变化量的方法称为的底物或产物变化量的方法称为酶偶联测定法酶偶联测定法（enzyme coupled assayenzyme coupled as
45、say）外加的酶称为外加的酶称为工具酶或辅助酶工具酶或辅助酶（auxiliary enzymeauxiliary enzyme）产物可直接检测的酶称为产物可直接检测的酶称为指示酶指示酶（indicator enzymeindicator enzyme）丙氨酸转氨酶丙氨酸转氨酶丙氨酸丙氨酸 +-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸 +谷氨酸谷氨酸 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸 +NADH +H+NADH +H+乳酸乳酸 +NAD+NAD+（在（在340nm340nm处有吸收峰）处有吸收峰）（在（在340nm340nm处无吸收峰）处无吸收峰）（三）酶联免疫分析测定蛋白质是酶分析的发展（三）酶联免疫分
46、析测定蛋白质是酶分析的发展酶联免疫分析酶联免疫分析又称又称酶联免疫吸附测定酶联免疫吸附测定 （enzyme-linked immunosorbent assays,enzyme-linked immunosorbent assays,ELISAELISA）是利用酶的快速、灵敏、可定量检测的优点和是利用酶的快速、灵敏、可定量检测的优点和免疫学方法中抗原免疫学方法中抗原-抗体特异性结合的优点，将指抗体特异性结合的优点，将指示酶与抗体偶连，对抗原进行检测的一种方法示酶与抗体偶连，对抗原进行检测的一种方法常用的方法常用的方法将辣根过氧化物酶将辣根过氧化物酶与抗体偶联，通过显色与抗体偶联，通过显色测定酶
47、的活性，进而计测定酶的活性，进而计算出与酶偶联抗体所结算出与酶偶联抗体所结合的抗原的量。合的抗原的量。五、酶促反应动力学五、酶促反应动力学一、采用酶促反应初速率来研究酶促反一、采用酶促反应初速率来研究酶促反应动力学应动力学 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。I.I.单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；II.II.酶促酶促反应速率反应速率（velocityvelocity，V V）一般在规定）一般在规定的反应条件下，的反应条件下，用单位时间内底物的消耗用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示量和产物的生成量来表示；III.III.反应速率取其
48、初速率，即底物的消耗量很反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在小（一般在5 5以内）时的反应速率；以内）时的反应速率；IV.IV.不考虑逆反应不考虑逆反应V.V.底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。研究前提研究前提二、酶促反应速率受底物浓度的影响二、酶促反应速率受底物浓度的影响（一）酶促反应的底物浓度曲线是矩形双曲线（一）酶促反应的底物浓度曲线是矩形双曲线在酶浓度和在酶浓度和其他反应条件不其他反应条件不变的情况下，反变的情况下，反应速率应速率V V对底物浓对底物浓度度SS作图作图呈矩形呈矩形双曲线。双曲线。当底物浓度较低时当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反反应速度
49、与底物浓度成正比；反应为一级反应。应为一级反应。随着底物浓度的增高随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。为混合级反应。当底物浓度高达一定程度当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加反应速度不再增加,达最大速度达最大速度;反应为零级反应反应为零级反应底物对酶促反应的饱和现象：底物对酶促反应的饱和现象：（二）底物浓度与反应速率的关系可用米氏（二）底物浓度与反应速率的关系可用米氏方程式表示方程式表示1 1米氏方程式可以很好地解释底物浓度曲线米氏方程式可以很好地解释底物浓度曲线酶促反应模式酶促反应模式中间产物学说中间产物学说E+SE+S k k1 1
50、k k2 2k k3 3ESESE+PE+P19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten提出反应速率与提出反应速率与底物浓度关系的数学方程式，即米底物浓度关系的数学方程式，即米-曼氏方曼氏方程 式，简 称 米 氏 方 程 式程 式，简 称 米 氏 方 程 式(M i c h a e l i s(M i c h a e l i s equation)equation)。SS：底物浓度底物浓度V V：不同不同SS时的反应速率时的反应速率V Vmaxmax：最大反应速率最大反应速率(maximum velocity)(maximum velocity)m m：
