第三章 酶
生物化学第三章 酶
（四）酶的比活力（比活性） • 酶的比活力是指每单位质量样品中的酶 活力，即每毫克酶蛋白中所含的活力单 位数或每千克酶蛋白中所含的Kat数。
比活力=
酶活力单位数 酶蛋白质量（mg）
• 比活力是表示酶制剂纯度的一个重要指 标，对同一种酶而言，酶的比活力越高， 纯度越高。
七、酶促反应动力学
• 酶促反应动力学主要研究酶催化的反 应速度及影响反应速度的各种因素。 • 在探讨各种因素对酶促反应速度的影 响时，通常测定其初始速度来代表酶
单纯酶 酶→ 结合酶（全酶）→ 辅助因子→ 酶蛋白 辅酶 辅基 金属离子
●
●酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性，二 者只有结合成完整的分子时，才具有催化活性。 ●一种酶蛋白只与一种辅酶结合，组成一种全酶， 催化一种或一类底物进行某种化学反应。 ●一种辅酶可以和多种酶蛋白结合，组成多种全酶， 分别催化不同底物进行同一类反应。
（三） 诱导契合学说-关于酶作用专一性的假说 ●1890年，Emil Fischer提出“锁钥学说” ：底 物的结构和酶活性部位的结构非常吻合，就象 锁和钥匙一样，这样它们就能紧密结合形成中 间产物。
底物
+
酶
酶 –底物复合物
●1958年，Koshland提出“诱导契合学说”： 酶活性部位的结构与底物的结构并不特别 吻合，但活性部位具有一定的柔性，当底 物与酶接近时，可以诱导酶活性中心的构 象发生改 变，使之 成为能与 底物分子 密切结合 的构象 。
促反应速度，即底物转化量 <5% 时的
反应速度。
（一）酶浓度对反应速度的影响 • 当反应系统中底物的浓度足够大时， 酶促反应速度与酶浓度成正比，即 ν =k[E]。
(二) 底物浓度对反应速度的影响
生物化学I 第三章 酶学
根据国际生化协会酶命名委员会的规定，每一个酶都用 四个打点隔开的数字编号，编号前冠以EC（酶学委员会缩 写），四个数字依次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类 及酶的顺序号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。
例如：EC1.1.1.27（乳酸脱氢酶） 酶
乳酸：NAD＋氧化还原
u u u u
第一大类 氧化还原酶 第一亚类 —CHOH被氧化 第一亚亚类 氢受体为NAD+ 排序 顺序号为27
4. 1878年， Kü hne赋予酶统一的名称 “Enzyme”， 其意思为“在酵母中”。
Enzyme 酶
德国生物化学家
5. 1930~1936年，Northrop和Kunitz先后得到了胃蛋 白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，并用相应方法 证ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酶是蛋白质。
为此， Northrop和Kunitz于1949年共同 获得诺贝尔奖。
（1）旋光异构专一性：
（2）顺反异构专一性：
例如：不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。例如乳 酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸 的可逆反应：
A、B、C分别为LDH活性中心的三个功能基团
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
Asp
（4）酶的活性中心与底物形状不是正好互补的。
（5）酶的活性中心是位于酶分子表面的一个裂 缝（Crevice)内。
（6）底物通过次级键较弱的作用力与酶分子结 合，这些次级键为：氢键、离子键（盐键）、 范德华力和疏水相互作用。 （7）酶的活性中心具有柔性或可运动性。
生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
第三章 酶
（三）Km的求测方法
1. 双曲线法
2. 双倒数作图法
斜率=Km/Vmax
1.0
1 = v
Km . Vmax
1 1 + [S] Vmax
0.8
0.6
1/v
0.4
-1/Km
0.2
1/Vmax
0.0 -4 -2 0 2 4
-1
6
8
10
1/[S](1/mmol.L )
3.Hanes作图法
二、酶浓度对反应速度的影响
酶的活性中心：在酶分子上，必需基团在空 间结构上彼此靠近，形成具有特定空间结构 的区域，能与底物特异结合并将底物转化为 产物，此区域称为酶的活性中心。
活性中心内的必需基团
结合基团 与底物相结合 催化基团 催化底物转变成产物
活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中 心应有的空间构象所必需。
白结合紧密，用透析或超滤的方法不能将其除
去的称为辅基。
金属离子的作用
1.稳定酶分子构象。 2.参与催化反应或传递电子。 3.在酶与底物间起桥梁作用。
4.中和阴离子降低反应中的静电斥力。
根据金属离子与酶结合的形式不同，可将
酶分为金属酶和金属活化酶。
小分子有机物的作用
其结构中常含有维生素或维生素类物 质，以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过
活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
第二节 酶促反应的特性与催化机制
酶与一般催化剂的共同点
只能催化热力学上允许进行的化学反应。 能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能 改变平衡点。 对可逆反应的正反两个方向都具有的催化
作用。
生物化学 第3章 酶
生物化学第3章酶生物化学第3章酶第3章酶自学建议1.掌握酶及所有相关的概念、酶的结构与功能的关系、酶的工作原理、酶促反应动力学特点、意义及应用。
2.熟识酶的分子共同组成与酶的调节。
3.了解酶的分类与命名及酶与医学的关系。
基本知识点酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。
单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质，融合酶除所含蛋白质部分外，还所含非蛋白质辅助因子。
辅助因子就是金属离子或小分子有机化合物，后者称作辅酶，其中与酶蛋白共价紧密结合的辅酶又称辅基。
酶分子中一些在一级结构上可能相距很远的必需基团，在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。
同工酶就是指催化剂相同化学反应，酶蛋白的分子结构、化学性质乃至免疫学性质相同的一组酶，就是由相同基因编码的多肽链，或同一基因mRNA分解成的相同mrna所译者的相同多肽链共同组成的蛋白质。
酶促反应具有高效率、高度特异性和可调节性。
酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、表面效应使底物容易转变成过渡态。
酶通过多元催化发挥高效催化作用。
酶促反应动力学研究影响酶促反应速率及其影响因素，后者包括底物浓度、酶浓度、温度、ph、抑制剂和激活剂等。
底物浓度对反应速率的影响可用米氏方程表示。
v?vmax[s]km?[s]其中，km为米氏常数，其值等同于反应速率为最小反应速率一半时的底物浓度，具备关键意义。
vmax和km需用米氏方程的双倒数作图去求得。
酶在拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度时催化活性最低，但拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度不是酶的特征性常数，受到许多因素的影响。
酶的抑制作用包含不可逆遏制与对称遏制两种。
对称遏制中，竞争抑制作用的表观km值减小，vmax维持不变；非竞争抑制作用的km值维持不变，vmax增大，反竞争抑制作用的km值与vmax均增大。
在机体内酶活性与含量的调节是代谢调节的重要途径。
生化第三章酶
第三章酶本章要点生物催化剂——酶：由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质。
一、酶的分子结构与功能1.单体酶：由单一亚基构成的酶。
（如溶菌酶）2.寡聚酶：由多个相同或不同的亚基以非共价键连接组成的酶。
（如磷酸果糖激酶-1）3.多酶复合物（多酶体系）：几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合。
（如丙酮酸脱氢酶复合物）4.多功能酶（串联酶）：一些酶在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能。
（如氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ）（一）、酶的分子组成中常含有辅助因子1.酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制；辅助因子主要决定酶促反应的性质和类型。
2.酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性，只有全酶才具有催化作用。
3.辅酶与酶蛋白的结合疏松，可以用透析和超滤的方法除去。
在酶促反应中，辅酶作为底物接受质子或基团后离开酶蛋白，参加另一酶促反应并将所携带的质子或基团转移出去，或者相反。
4.辅基则与酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤将其除去。
在酶促反应中，辅基不能离开酶蛋白。
5.作为辅助因子的有机化合物多为B族维生素的衍生物或卟啉化合物，它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子（或基团）或起运载体作用。
金属离子时最常见的辅助因子，约2/3的酶含有金属离子。
6.金属离子作为酶的辅助因子的主要作用①作为酶活性中心的组成部分参加催化反应，使底物与酶活性中心的必需基团形成正确的空间排列，有利于酶促反应的发生；②作为连接酶与底物的桥梁，形成三元复合物；③金属离子还可以中和电荷，减小静电斥力，有利于底物与酶的结合；④金属离子与酶的结合还可以稳定酶的空间构象。
7.金属酶：有的金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。
8.金属激活酶：有的金属离子虽为酶的活性所必需，但与酶的结合是可逆结合。
（二）、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位1.酶的活性中心（活性部位）：酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。
第三章 酶
※ 研究一种因素的 影响时，其余各因 素均恒定
一.底物浓度对酶促应速度的影响
v
在其他因素不变的情况下，底物浓度 对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。
Vm 0.3
初 0.2 速 Vm 度 2 V 0.1
[S]与v关系： 当[S]很低时，[S]与v成比例,呈一级反应 当[S]较高时，[S]与v不成比例 当[S]很高时，[S]，v不变,呈零级反应
（二）Km与Vmax的意义
1.Km的推导
V= Vmax [S] Km + [S]
V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
当反应速度等于最大速度一半时, 即V = 1/2 Vmax, Km = [S]
2.Km值的定义:
Km是酶-底物复合物(ES)稳定性的量度,等于 复合物的分解速率与生成速率的比值,其值等于 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度，单 位是mol/L或mmol/L K2+K3 Km= K1 Km值的意义： Km可近似表示酶对底物的亲和力。 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 Km是酶的特征性常数之一,可确定最适底物。
（1）表示酶与底物亲和力：
Km越大，表示E与S的亲和力越小，Km越小， 表示E与S的亲和力越大。
K1 E+S K2 ES
K3
E+P
Km=
K2+k3 K1 Km=
，当K2>>K3时，K3可忽略不计，
K2
K1
[E][S] = =Ks [ES]
（2）Km值是酶的一种特征性常数
Km值的大小与酶的结构、底物的种类及反应 条件有关，而与酶的浓度无关，即不同的酶Km 值不同，可用于鉴别酶。
生物化学03第三章 酶
三、 酶的命名与分类
(一)酶的命名
1.习惯命名法——推荐名称
通常以酶催化的底物、反应的性质以及酶的来源命名。 (1) 依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。 (2) 依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。 (3) 综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。 2. 系统命名法——系统名称 规定各种酶名称要明确标示酶的底物与反应类型，如 果一种酶催化两个底物，应在酶系统名称中同时写入 两种底物的名称，用“：”把它们分开，如果底物之 一是水，则水可省略不写。
底物
反应总能量改变
产物 应 过 程
酶促反应活化能的改变
反
一、酶的活性中心(active center)
(一)什么是活性中心（活性部位）
指在整个酶分子中，只有一小部分区域 的aa残基参与对底物的结合和催化作用，这
些特异的aa残基比较集中的区域称为酶的活
性中心或称活性部位。
(二)酶活性中心的组成
结合部位：酶分子中与结合底物有关的部位。
1. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥 催化作用。
酶蛋白
(无催化活性)
+ 辅助因子
(无催化活性)
全酶
(有催化活性)
2.全酶各部分在催化反应中的作用
(1)酶蛋白决定反应的特异性。 (2)辅助因子决定反应的种类与性质。
3.辅酶：属于有机分子类型的辅因子；辅酶又可
分为一般的辅酶和辅基两类（按其与酶蛋白结合
酶的调节部位可以与某些化合物可逆地非共价结 合，使酶发生结构的改变，进而改变酶的催化活性， 这种酶活性的调节方式称~。
别构酶：多为寡聚酶
正效应物（别构激活剂） 负效应物（别构抑制剂）
效应物（别构效应剂） （多为小分子化合物）
2021年公卫助理医师考点：第三章 酶
第三章酶第1讲酶的结构与功能【考频指数】★★★★【考点精讲】1.酶的分子组成（1）单纯酶：仅含氨基酸，如水解酶、清蛋白。
（2）结合酶：酶蛋白（蛋白质）+辅助因子[小分子有机化合物（辅酶）或金属离子]。
（3）酶蛋白：酶的蛋白质部分称为酶蛋白，决定酶反应特异性。
（4）辅酶：化学性质稳定的小分子有机化合物。
参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。
（5）辅基：辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶称为辅基，与酶蛋白结合紧密，不易分开。
酶的活性中心。
（6）必需基团：与酶活性发挥有关的化学基团。
（7）活性中心：这些必需基团与维持酶分子的空间构象有关。
酶分子中必需基团在空间位置上相对集中所形成的特定空间结构区域，是酶发挥催化作用的关键部位，称为酶的活性中心。
①活性中心可与作用物（底物）特异结合，将作用物转化为产物。
②活性中心上的必需基团包括结合基团和催化基团。
③活性中心外的必需基团维持酶活性中心空间构象。
2.酶促反应的特点（1）极高的催化效率：酶的高效催化是通过降低反应所需的活化能实现的。
（2）高度的特异性：一种酶只能作用于一种或一类化合物，催化进行一种类型的化学反应，得到一定的产物，这种现象称为酶的特异性。
（3）酶促反应具有可调节性。
【进阶攻略】弄清结合酶的构成以及各部分的作用，酶促反应的特点要牢记，活性中心简单了解，偶尔会考到。
【易错易混辨析】辅基属于辅酶，是与酶蛋白结合的辅酶。
辅酶透析方法可分，辅基不易分开。
【知识点随手练】一、A1型选择题1.酶的催化高效性是因为酶A.启动热力学不能发生的反应B.能降低反应的活化能C.能升高反应的活化能D.可改变反应的平衡点E.对作用物（底物）的选择性2.有关结合酶概念正确的是A.酶蛋白决定反应性质B.辅酶与酶蛋白结合才具有酶活性C.辅酶决定酶的专一性D.酶与辅酶多以共价键结合E.体内大多数脂溶性维生素转变为辅酶3.辅酶与辅基的差别在于A.辅酶与酶共价结合，辅基则不是B.辅酶参与酶反应，辅基则不参与C.辅酶含有维生素成分，辅基则不含D.辅酶为小分子有机物，辅基常为无机物E.经透析方法可使辅酶与酶蛋白分离，辅基则不能【知识点随手练参考答案及解析】一、A1型选择题1.【答案及解析】B。
第三章酶的发酵生产
CAP结合位点
DNA
P
O
Z
Y
A
+ + + + 转录
无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP CAP CAP CAP
CAP CAP
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
高半乳糖时
RNA-pol
O Ｉ
无转录
O
mRNA
葡萄糖高 cAMP浓度低
Ｉ O
无转录
O
低水平转录
色氨酸操纵子——阻遏型操纵子 调节区
UUUU…… UUUU……
4
trp 密码子 前导肽
序列3、4不能形成衰减子结构 •当色氨酸浓度低时
细胞周期与酶的合成
可能的三种模式：
合成伴着生长进行，
进入静止期，合成降
低 静止期合成增加
中间类型
对数生长期合成降低，
三、酶发酵动力学
主要研究在发酵过程中细胞生长速率，产物 形成速率以及环境因素对速率的影响. 在酶的发酵生产中,研究酶发酵动力学对于了 解酶生物合成模式；发酵条件的优化控制,提 高酶产量具有重要的理论指导意义。
影响酶生物合成模式的因素主要是: mRNA和培养基中存的阻遏物：
mRNA稳定性高的，在细胞停止生长后继续合成相应的酶； mRNA稳定性差的，随着细胞生长停止而终止酶的合成；
不受阻遏物阻遏的,可随着细胞生长而开始酶的合成；
受阻遏物阻遏的,要在细胞生长一段时间或进入稳定期后解除 阻遏,才能开始酶的合成。
2.人工合成酶制剂：
蛋白质的人工合成：人 工合成胰岛素等
人工合成酶制剂受客观
条件的限制，如试剂、 设备等，另外，体外合 成，形成单体的难度大，
第三章 酶
酶与非生物催化剂的共性
1．都能降低反应能阈 2．能加快反应速度，但不能改变反应的平衡 点 3．反应前后不发生质与量的变化
酶作为生物催化剂的特点
1. 酶催化效率极高 2．酶的催化作用具有高度的专一性 3．反应条件温和 4．酶的催化活性是受调节和控制的
酶的催化作用具有高度的专一性
一、单成分酶和双成分酶
单纯蛋白质酶：本身就是具有催化活性的单纯 蛋白质分子，如胰蛋白酶等。 结合蛋白质酶：除蛋白质外，还含有非蛋白质 部分。蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分 称为辅助因子。酶蛋白与辅助因子单独存在时 均无催化活性，只有这两部分结合起来组成复 合物才能显示催化活性。此复合物称为全酶： 全酶＝酶蛋白+辅助因子
第三章 酶
第一节 概述
酶的概念 酶是由活细胞产生的具有高效催化能力和 催化专一性的蛋白质，又叫做生物催化剂。
没有酶就没有新陈代谢，也就没有生命。 发酵生产，归根结底就是利用活细胞产生 的酶系将原料转化为人们所需的种种产物。
第二节 酶催化作用的特点
一、酶与非生物催化剂的共性 二、酶作为生物催化剂的特点
蛋白质的空间结构
一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连 接形成的线性序列，多为肽链。 二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产 生二级结构。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角、无 规则卷曲。 三级结构：在二级结构基础上进一步折叠成紧密 的三维形式。 四级结构：多亚基蛋白质分子中各个具有三级结 构的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质 的三维结构。
一、单成分酶和双成分酶
同一种辅酶往往能与多种不同的酶蛋白结合， 但每一种酶蛋白只能与特定的辅酶结合成一种 全酶。
第三章 酶
第三章酶一名词解释米氏常数（K m值）/ 单体酶（monomeric enzyme）/ 寡聚酶（oligomeric enzyme）/ 多酶体系（multienzyme system）/ 激活剂（activator）/ 抑制剂（inhibitor inhibiton）/ 变构酶（allosteric enzyme）/ 同工酶（isozyme）/ 酶的比活力（enzymatic compare energy）/ 活性中心（active center）①米氏常数（Km值）：酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
②单体酶：仅有一个活性中心，由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。
③寡聚酶：由两个或多个相同或不同亚基组成的酶。
单独的亚基一般无活性。
④多酶体系：多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续反应的体系。
⑤激活剂：凡是能提高酶活性、加速酶促反应进行的物质。
⑥抑制剂：能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。
⑦变构酶：生物体内的一些代谢物可以与酶分子的调节部位进行非共价可逆性结合，改变酶分子构像，进而改变酶的活性。
酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)。
受变构调节的酶称为变构酶。
⑧同工酶：能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和生物学性质方面都存在明显差异的一组酶。
⑨酶的比活力：比活力是指每毫克蛋白所具有的酶活力。
单位：U/mg蛋白质⑩活性中心：酶分子中能直接与底物分子结合，并催化底物化学反应的部位。
二英文缩写符号及功能NAD+ / FAD / FH4 / NADP+ / FMN / CoA / ACP / TPP / PLP①NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，在氧化还原反应中传递氢原子。
②FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸，作为多种氧化还原酶的辅基，起传递氢原子作用。
③FH4：四氢叶酸，是体内一碳单位转移酶系的辅酶。
④NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，在氧化还原反应中传递氢原子。
《生物化学》第三章
- 14 -
第一节 酶的结构与功能
三、酶的特性与作用机制
4．表面效应
酶的活性中心多由氨基酸残基 的疏水基团组成，构成相对稳定的 疏水环境。底物与酶在酶活性中心 内部的疏水环境中结合，可防止底 物与酶之间形成水化膜，有利于两 者之间的接触反应。
- 15 -
第一节 酶的结构与功能
四、酶活性的调节
酶原与酶原激活
现已发现有数种同工酶，如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、肌酸磷酸激 酶、核糖核酸酶等。其中乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）是最早 发现的同工酶。不同类型的LDH同工酶在不同组织中的比例不同，心肌中以 LDH1及LDH2较为丰富，骨骼肌及肝中含LDH4及LDH5较多，这种分布与 各器官的生理功能相关。LDH同工酶相对含量的改变在一定程度上更敏感地 反映了某些脏器的功能状况。
一、酶的分子组成
现知大多数维生素是组成许多酶的辅酶或辅基的 成分（详见第十五章）。体内酶的种类很多，而辅酶 （基）的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅 酶结合，成为一种特异的酶，但一种辅酶往往能与不 同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。
-6-
第一节 酶的结构与功能
二、酶的活性中心
生物化学生物化学生物化学第三章酶
特点：
*抑制剂只与ES结合； *抑制程度取决与［I］及［S］； *动力学特点：Vmax↓，表观Km↓。
各种可逆性抑制作用的比较
作用特征
与I结合的组分 表观Km Vmax
竞争性 抑制 E 增大 不变
非竞争性 反竞争性
抑制
抑制
E、ES
ES
不变
减小
降低
降低
六、激活剂对反响速度的影响
激活剂(activator)
单位时间内产物的生成量来表示 *反响速度取其初速度，即底物的消耗量很小
〔一般在5﹪以内〕时的反响速度 *底物浓度远远大于酶浓度
V
Vmax
[S] 1、当底物浓度较低时，反响速度与底物浓度成正比；反响为一级反响。
V
Vmax
响。
[S] 2、随着底物浓度的增高，反响速度不再成正比例加速；反响为混合级反
V
Vmax
结合基团
活性中心 必需基团
催化基团
酶
活性中心外基团
非必需基团
二、酶作用专一性的机制 1、锁钥学说(lock and key hypothesis) 2、诱导契合学说(induced-fit hypothesis)
1. 锁 钥 学 说
锁钥学说：
认为整个酶分子的天然构象是具有刚性构造， 酶：钥匙， 底物：锁。一一对映。
〔2〕国际单位Kat：1972年，指在最适条件下1秒钟内转化1mol底物 所需的酶量。 即 1 Kat=1mol/s
Kat和IU的换算关系：1 Kat=6×107 IU， 1 IU =16.67n Kat
(3)比活力〔specific activity〕 酶的比活力〔比活性〕：每单位〔一般是mg〕蛋白质中的 酶活力单位数〔酶单位/mg蛋白〕。
生物化学——第三章酶
2）高度专一性
• 酶的专一性 （Specificity）(特异性)
指酶在催化生化反应时对底物的选择性。
3）反应条件温和,对环境变化敏感
• 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范
围为20-40C。 • 高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。
4) 酶的催化活力受调控
如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活 及激素控制等。
结构专一性 键专一
基团专一
1）绝对专一性
（结构专一性）
• 酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的 底物。这种专一性称为绝对专一性（Absolute specificity)。
• 例：脲酶、
O
2HN-C-NH2
• 精氨酸酶
2)相对专一性(Relative Specificity)
• 酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或
+ E
酶 与 中 间 产 物
3、决定酶专一性的机制
（a）锁钥学说：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
同一把钥匙对一把锁一样
（b）诱导契合学说：
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，但酶的活性 中心具有一定的柔性，两者相遇底物诱导酶构象发生变 化，才形成了互补形状。
(2)酸碱性基团：
CH2 H2N CH2 C
• Asp和Glu的羧基
• Lys的氨基
OH H2N
• Tyr的酚羟基
• His的咪唑基 • Cys的巯基等
活性中心的结构特点
• 只占酶分子总体积的很小一部分 • 具有三维空间结构
• 酶的活性部位和底物的辨认和结合过程，称
为诱导契合（induced-fit）
第三章酶、维生素及辅酶
第三章酶、维生素及辅酶知识要点：1.酶是活细胞分泌的生物催化剂，它既具有一般催化剂的共性，又具有生物催化剂的特性。
2.国际酶学委员会制定的分类系统将酶分为6大类。
酶的命名有惯用命名和系统命名两种，同时酶具有包含四个阿拉伯数字的系统编号，每一种酶只有一个系统名称和系统编号。
3.除核酶外，酶都是蛋白质。
根据化学组成，酶分为单纯酶和全酶。
全酶由酶蛋白和辅因子（包括辅酶和辅基）构成，两者对于酶活来说都是必需的。
根据分子结构，酶可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合体。
4.酶具有与普通蛋白质不同的结构特点，即具有活性部位，是酶结合和催化底物的产所，是酶作用机理的结构基础。
除活性部位外，在酶一级结构中还有一些氨基酸序列虽然不直接构成活性部位，但对活性部位的形成具有重要作用，这些基团与活性部位统称为必需基团。
5.酶作为生物催化剂有两种重要特性，即专一性和高效性。
“诱导契合”假说可以很好的解释酶的专一性，而酶与底物的诱导契合作用也是酶催化高效性的重要基础。
6.酶促反应动力学研究酶浓度、底物浓度、pH、温度、激活剂、抑制剂对酶促反应速度的影响。
7.生物体内酶的调节方式有很多种，可以概括为两类，一类通过改变酶的数量与分布控制酶的活性，一类通过改变细胞内已有的酶分子的活性来对酶进行调节，后者包括别构调节以及共价修饰调节。
8.维生素的概念、分类、与辅酶的关系，几种常见的维生素及其生理功能。
重点难点：重点掌握酶的特性，分类，本质，结构与功能的关系，影响酶促反应速度的因素，维生素的定义及常见维生素的功能。
其中，酶的结构与功能的关系，影响酶促反应的因素，特别是抑制剂对酶促反应速度的影响是本章难点。
思考题：1.何谓诱导契合学说?为什么酶对其所催化反应的正向底物和逆向底物都有专一性?2.说明辅酶、辅基与酶蛋白的关系，辅酶(基)在催化反应中起什么作用?3.测定酶活力时为什么采用初速度且一般以测定产物的增加量为宜?4*.以胰凝乳蛋白酶为例,说明酶的催化机理。
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化自 六肽 身 + 催 胰蛋白酶
弹性蛋白酶原
α-胰凝乳蛋白酶 +二肽 羧基肽酶原A
弹性蛋白酶 + 碎片 羧基肽酶A + 碎片
肠激酶启动的酶原激活
四、同工酶（isoenzyme）
（一）定义：
催化相同的化学反应，但其蛋白质分子 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。
（二）特点：
1、都是寡聚酶 2、不同的亚基组成 3、不同亚基的活性中心非常相似
酶原激活的机理:
酶原 在特定条件下 一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
分子构象发生改变 形成或暴露出酶的活性中心
肠激酶
胰蛋白酶原
缬天天天天赖异缬甘
组
46
丝
S S
18 3
S
S
活性中心 缬天天天天赖
缬
异甘组 丝 S S
S
S
胰 蛋 白 酶
胰蛋白酶原的激活过程
胰蛋白酶原
肠激酶
胰凝乳蛋白酶原
立体结构特异性
酶仅作用于立体异构体中的一种。
H C OH H C COOH OH
H3C
COOH
H3C
A
B
C
A
B
C
三、可调节性
（1）酶浓度的可调性 （2）通过激素调节酶活性 （3）反馈抑制调节酶活性 （4）抑制剂和激活剂 （5）别构调控、共价修饰、同工酶等
酶抑制剂作用的动力学
前列腺素合成 中的环加氧酶 Penicillin 青霉素 肽聚糖转肽酶 甲氨蝶呤 Methotrexate 二氢叶酸还原 酶 叠氮胸苷 azidothymine HIV逆转录酶 （AZT） 利托那韦 Ritonavir HIV蛋白酶 cGMP磷酸二 万艾可（伟 Viagra 哥） 酯酶 药物名称 （中文） 阿司匹林 药物名称 （英文） Aspirin 靶酶 医用或药用 消炎 抗菌素 抗肿瘤 艾滋病治疗 艾滋病治疗 勃起功能障碍 （ED）
六、抑制剂对反应速度的影响
酶的抑制剂(inhibitor)
凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称 为酶的抑制剂。
区别于酶的变性
抑制剂对酶有一定选择性，而变性的因 素对酶没有选择性
四、高度不稳定性
酶是蛋白质，酶促反应要求一定的pH、温度等条 件，强酸、强碱等任何能使蛋白质变性的理化因 素都是酶变性而失去催化活性。
酶与一般催化剂的共同点
在反应前后没有质和量的变化； 只能催化热力学允许的化学反应； 只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。
第二节 酶的结构与功能
辅基 (prosthetic group):
与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。
根据酶蛋白分子的特点，可将酶分为以下几类： 1. 单体酶（ monomeric enzyme ）：一般由一条 多肽链组成，如溶菌酶；但有的单体酶是由多 条肽链组成，肽链间二硫键相连构成一整体。 2. 寡聚酶（oligomeric enzyme）：是由两个或 两个以上的亚基组成的酶，这些亚基可以是相 同的，也可以是不同的。 3. 多酶复合体（multienzyme complex）：是由 几种酶非共价键彼此嵌合而成。
根据酶的存在状态分为： 1.胞内酶：在合成分泌后定位于细胞内发生作用的酶， 大多数的酶属于此类。 2.胞外酶：在合成后分泌到细胞外发生作用的酶，主要 为水解酶。
二、酶的活性中心
必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中， 一些与酶活性密切相关的基团。 酶的活性中心(active center) 或称活性部位(active site)，指必需基团在 空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的 区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
相对特异性
酶作用于一类化合物或一种化学键。
如：
蔗糖
CH2OH O H H H 1 OH H OH H OH 1 CH2OH O O H OH H OH CH2OH H
CH2OH O H OH 蔗糖酶 H 1 1 OH H O CH 2 CH2OH H O O H H H H OH H 1 OH H OH H O CH2OH OH 棉子糖 H H OH OH
第三章
酶
Enzyme
The biochemistry and molecular biology department of CMU
酶的发现及研究历史
• • • • 人们对酶的认识起源于生产与生活实践。 夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。 公元前12世纪周朝，人们酿酒，制作饴糖和酱。 春秋战国时期已知用麴(曲)治疗消化不良的疾病。
Ala + α -酮戊二酸
转氨酶
丙酮酸 + Glu
二、 酶促反应的特点
（一）酶促反应具有极高的效率
酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍， 比一般催化剂高107～1013倍。 酶加速反应的机理是降低反应的活化能 (activation energy)。
酶的催化
双氧水裂解
过氧化氢分解反应所需活化能
• 绝对特异性(absolute specificity)
• 相对特异性(relative specificity)
• 立体结构特异性(stereo specificity)
绝对特异性
酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一 的反应，生成一种特定结构的产物 。
如：
NH2 O C NH2 尿素 NH CH3 O C NH2 甲基尿素 + H2O 脲酶 + H2O 脲酶 2NH3 + CO2
第二节
酶促反应的特点与机理
The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction
二、酶促反应的机理
（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说 酶底物复合物
E+S
ES
E+P
*诱导契合假说(induced-fit hypothesis) 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。
Km 1 1 1 + v = V Vmax max [S]
.
（林－贝氏方程）
三、温度对反应速度的影响
双重影响 最适温度
酶
2.0
(optimum temperature)：
活
性
1.5
酶促反应速度最 快时的环境温度。
* 低温的应用
1.0
0.5
0
10 20 30 40 50 60
温度 º C
四、 pH对反应速度的影响
The Molecular Structure and Function of Enzyme
一、 酶的分子组成
单纯酶 (simple enzyme)是由氨基酸残基构成， 催化能取决于蛋白质分子的机构。 结合酶 (conjugated enzyme)
酶蛋白 (apoenzyme)
全酶 (holoenzyme)
诱导契合假说锁－钥学说第三节影响酶促反速度的因素
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
酶促反应动力学
研究各种因素对酶促反应速度的影响。
影响因素包括有
酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
研究前提
I. 单底物、单产物反应 II. 酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和 产物的生成量来表示 III. 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小 （一般在5﹪以内）时的反应速度
活性中心的主要特征
（1）活性中心是一个三维实体，通常由在一级结构上并不 相邻的氨基酸残基组成 （2）活性中心只占酶总体积很小的一部分（约1％～2%） （3）活性中心为酶分子表面的一个裂缝、空隙或口袋，中 心内多为疏水氨基酸残基，但也有少量极性氨基酸残基， 以便底物结合和进行催化。 （4）与底物结合为多重次级键，包括氢键、疏水键和范德 华力； （5）底物结合的特异性在一定程度上取决于活性中心和底 物之间在结构上的互补性； （6）活性中心的构象不是固定不变的，而是具有一定的柔 性。
不甚紧密-
金属离子的作用 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 稳定酶的构象； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 小分子有机化合物的作用 参与酶的催化过程，在反应中传递电子、 质子或一些基团。
辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为
辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。
一、底物浓度对反应速度的影响
矩形双曲线
（一）米－曼氏方程式
中间产物学说
E+S
k1 k2
ES
k3
E+P
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与
底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方 程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)。
Ｖ＝
Vmax[S]
Km + [S]
• 酶者，酒母也
第一节 酶的概述
一、酶的概念
酶是一类由活细胞产生的具有催化功能的 蛋白质（核酶除外)。
核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作用
的核酸，主要参与RNA的剪接。
几个有关名词
• 底物(substrate, S)：被催化的物质或者酶作用 的物质。
• 产物(product, P)：反应生成的物质。 • 酶促反应：酶催化的反应。 • 酶活性：酶具有的催化化学反应的能力。 • 酶失活：酶失去了催化能力
决定反应的特异性 辅助因子(cofactor) 决定反应的种类与性质
金属离子 辅助因子(cofactor) 小分子有机化合物