第03章酶enzyme
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生物化学：enzyme
2H（2H＋ ＋2e） NADH / NADPH ＋ H＋
转移氢原子或电子
As coenzyme of dehydrogenase
13
辅助因子（Cofactors）
2. 小分子有机化合物 (辅酶，coenzymes)
➢ 辅基 (prosthetic groups): 与酶蛋白结合牢固的辅酶。 ➢ 作用：参与酶的催化过程，在反应中起运载体的作用，
传递电子、质子或一些基团(–COOH, -CH3, -NH2......)。 ➢ 种类较少，分子结构中常含有维生素或其衍生物。
它们是蛋白质。(1946 Nobel) • 5.较近的概念：1986：Boyer and Walker; Shultz. Antibody can be an
enzyme
Urase
Pepsin
6
不是所有的酶都是蛋白质， 一些 RNA 分子 (ribozymes) 同样具有催化活性
1.Sidney Altman and Thomas Cech, 1981, 1989 Nobel Prize
14
Cofactors and vitamins (补充内容P433)
维生素(Vitamins) ➢ 调节物质代谢和维持正常生理功能的小分子有机化
合物 ➢ 人体不能合成或合成不足，必须由食物供给 ➢ 脂溶性维生素(lipid- soluble vitamins): A, D, E , K ➢ 水溶性维生素(water- soluble vitamins):
Vit B1, Vit B2, Vit B6, Vit B12, Vit pp, pantothenic acid(泛 酸), biotin(生物素), folic acid(叶酸), Vit C
03_Enzymes
下列有关酶的概念哪一项是正确的 A．所有的蛋白质都有酶活性 B．其底物都是有机化合物 C．其催化活性都需要特异的辅助因子 D．对底物都有绝对专一性 E．酶不一定都是蛋白质
下列关于酶蛋白和辅助因子的叙述，哪一点不正确？ A．酶蛋白或辅助因子单独存在时均无催化作用
B．一种酶蛋白只与一种辅助因子结合成一种全酶
同工酶的临床意义：
同工酶谱的改
酶 活 性
心肌梗塞酶谱
变有助于对疾
病的诊断。
正常酶谱 肝病酶谱
LDH
1
2
3
4
5
心肌梗塞和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
同工酶是指：
A. 酶的结构相同而存在部位不同
B. 催化相同反应而酶分子的结构与理化性质不同
C. 催化不同反应而理化性质相同 D. 由同一基因编码但催化不同反应 E. 催化相同反应，理化性质亦相同，但分布不同
酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的
辅酶。
Vit B6包括吡哆醇(pyridoxine)，吡哆醛(pyridoxal)和 吡哆胺(pyridoxamine)等三种形式。
5. 辅酶A（HSCoA） ——泛酸（遍多酸） CoA中的巯基可与酰基以高能硫酯键结合， 在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的 作用，因此CoA是酰化酶的辅酶。
多酶复合体
-酮脂肪 酰还原酶
-酮脂肪 酰合酶-SH
,-烯脂 肪酰水化酶
HS-ACP
脂肪酰 转移酶
,-烯脂 肪酰还原酶
长链脂肪 酰硫解酶
丙二酰单 酰转移酶
多功能酶
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
酶可根据其化学组成的不同，分为两类：
单纯酶（全部是蛋白质） (simple enzyme)
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。
酶
（1）大多数酶是蛋白质（Most enzymes are proteins ）
白酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。
J.B.Sumner
J.H.Northrop
酶是蛋白质的证据：
1 酶的化学组成，氮16％。
2 在水溶液中发生两性解离，有等电点。
3 水解产物为氨基酸。
4 凡使蛋白质变性的因素作用于酶也使之变性。
Menten推导了米氏方程
2
米氏方程的推导
Et ES
SE
S
k 1
k1
ES
ES
P E
k2
[ES]生成速度： v1 [ES]分解速度：v2
k1 Et ESS
k1ES k2 ES
当酶反应体系处于恒态时：
2．在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。
3．在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量EDTA (乙二胺四乙酸)、少量β-巯基乙醇。
4．在分离提纯过程中要不断测定酶活力和蛋白 质浓度，从而求得比活力，还要计算总活力。
（二）酶活力的测定 1 定义：酶催化一定化学反应的能力称酶 活力（enzyme activity，也称酶活性）， 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。
例 2H2O2→2H2O+O2
1mole H2O2酶 1mole Fe3+ 能催化 5×106mole H2O2的分解 只能催化6×10，specificity）
1、绝对专一性（absolute specificity）
例:
NH2 C O NH2
H
—CH2—S: · · H —CH2—C=CH HN CH N:
His-咪唑基
4、 酶的活性中心的微环境
酶 enzyme
酶enzyme酶是由活细胞所产生，能在体内或体外发挥相同催化作用的一类具有活性中心和特殊结构的生物大分子，包括蛋白质和核酸酶的活性中心active center酶分子上的必需基团通过多肽链的盘曲折叠，组成一个在酶分子表面、具有三维空间结构的孔穴或裂隙，以容纳底物与之结合并催化底物转变为产物，这个区域即称为酶的活性中心。
酶原zymogen不具有催化活性的酶的前体称为酶原酶原激活activation fo zymogen某种物质作用于酶原使之转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。
酶原激活的本质是切断酶原分子中特异肽键或去除部分肽段后有利于酶活性中心的形成。
其生理意义是保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的消化破坏，使酶在特定的生理条件和规定的部位受到激活并发挥其生理作用。
如血管内膜受损后激活凝血因子。
同工酶isoenzyme同工酶是一类催化相同的化学反应，但酶蛋白分子的分子结构、理化性质和免疫原性各不相同的一类酶。
如LDH 有五种同工酶，心肌中LDH1和LDH2较多，骨骼肌和肝脏中LDH4和LDH5较多。
在组织病变时，同工酶释放入血，由于其在组织中分布的差异，同工酶谱发生变化，可用于诊断疾病。
别构酶allosteric enzyme往往是具有四级结构的多亚基寡聚酶，酶分子中除了具有催化的活性中心外，还有别构位点，是结合别构剂的位置；与别构剂相结合后，酶分子构象发生轻微变化，影响到催化位点对底物的亲和力和催化效率。
别构剂分为别构激活剂和别构抑制剂。
修饰酶modification enzyme有些酶必须在其他酶的作用下，对酶分子进行修饰后，可使其催化活性发生改变，称为修饰酶。
多酶复合体multienzyme complex体内有些酶彼此聚合在一起，组成一个物理的结合体，此结合体称为多酶复合体。
若把多酶复合体解体，则各酶的催化活性消失。
多酶复合体由于物理结合，在构象上有利于流水作业快速进行，是生物提高酶催化效率的有效措施。
第三章 酶(Enzyme)
5. Activators
Indicating substances which can increase activity of enzyme.
Inorganic ions:
metal ions e.g. K2+, Zn2+, Mg+, Na+
anion
e.g. Cl-, I-
Small organic substance
Factors affecting enzyme activity
According to the international Enzyme Commission (EC), enzymes are classified into 6 major groups defined by the reaction that they catalyze.
二、酶的分类
Enzyme classification: (continued)
When Km >> [S], V= Vmax [S] / Km
(?)
When Km << [S], V= Vmax
(?)
Factors affecting enzyme activity
1. [S]-v & Michaelis-Menten Equation
Assay of Km : When v=1/2 vmax , Km = [S]
e.g. GSH, Cys
Applications?
Factors affecting enzyme activity
6. Inhibitors
一些物质不使酶蛋白变性，但能使其必需基团发生
变化，使酶活降低甚至丧失，导致v下降。
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。
生物化学第三章酶化学
通式：AH2+B→BH2+A
系统命名可分为19亚类，习惯上可分为4个亚类： (1)脱氢酶：受体为NAD或NADP，不需氧。
(2)氧化酶：以分子氧为受体，产物可为水或H2O2，常需黄素辅基。
(3)过氧化物酶：以H2O2为受体，常以黄素、血红素为辅基。 (4)氧合酶（加氧酶）：催化氧原子掺入有机分子，又称羟化酶。按
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
Asp
3 活性中心的研究方法 1.酶分子侧链基团修饰法 (1)非共价特异修饰法： (2)特异性共价修饰法 (3)亲和标记法
2.动力学参数测定方法 3.X－射线晶体结构分析法 4.定点诱变法
二 酶原及酶原的激活 没有催化活性的酶的前体称为酶原（zymogen）。
V max 初 速 度 v c b 1/2 V max
a
0
Km
[S]
图5-14 底物 浓度对 酶促反 应速度 的影响
酶促反应速度V与底物浓度[S]的关系
（二）Michaelis-Menten方程和米氏常数
米氏方程式推导来源于中间产物学说 解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理的
学说是中间产物学说。该学说认为酶促反应形成酶－
通式： AB→A+B
包括醛缩酶、水化酶、脱羧酶等。共7个亚 类。
5、异构酶类 催化同分异构体之间的相互转化。
通式：A→B
其中：A、B为同分异构
包括消旋酶、异构酶、变位酶等。共6个亚 类。
6、合成酶类 催化由两种物质合成一种物质，必须与ATP 分解相偶联。也叫连接酶，如DNA连接酶。
通式：A+B+ATP→AB+ADP+Pi 或 A+B→AB+AMP+PPi
酶(Enzyme)
转换率 (kcat)/s-1：表示酶的催化效率，是指在一定条件下每秒钟每个酶分 子转换底物的分子数， 或每秒钟每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。
酶的催化特性----高效性
2
在酶的作用下，反应速率能提高106—1012 倍 如果没有酶催化的话，一餐饭需要50年才能消耗
Pt
H2 + O2
H2O
催化剂
The Nobel Prize in Chemistry 1946
Cornell University Ithaca, NY, USA b. 1887 d. 1955
O=C 尿素
NH2 NH2
+ H2O
脲酶
2 NH3↑ + CO2↑
The Nobel Prize in Chemistry 1989
路易斯·巴斯德（Louis Pasteur)
微生物学家、化学家，微生物学的奠基人之一。
★ 1848年研究酒石酸的旋光性，发现酒石酸有右旋和左旋现象及内消旋体和 外消旋体，这一发现对结构化学的发展具有重要影响。后提出分子不对称性理 论，开创了立体化学研究的途径。发现生物体对这两种不对称性的晶体具有明 显的选择性。 ★ 证实发酵作用都是由于微生物引起，加热可以杀灭微生物，并应用“巴氏消 毒法”在各种食物和饮料上。 ★ 证实传染病都是微生物在生物体内的发展引起。 ★ 提出了预防接种措施，认为传染病的微生物在特殊的培养之下可以减 轻毒力，变成防病的疫苗。
酶的催化反应
酶分子提供一个空间 此空间可稳定过渡状态的生成 过渡状态可很快转变成生成物
酶的活性空间
Without enzyme
With enzyme
酶的活性区
酶的活性区为何可降低活化能？ 是一个魔术口袋 （1）可稳定过渡状态
03.第三章 酶
将底物转化为产物。
(二)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化学 基团。 1.活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
2.活性中心外的必需基团
第二节 酶催化作用的特点
(The Characteristic of Enzyme-Catalyzed Reaction)
酶与一般催化剂的共同点是：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。 酶是蛋白质(或核酸)，又具有一般 催化剂所没有的特征。
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。
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
二、酶原与酶原的激活
(一)酶原
有些酶在细胞 内合成或初分泌时 无活性，此无活性 前体称为酶原。
(三)激活过程
酶原
在特定 条件下
特定的肽链水解 分子构象发生改变 酶的活性中心形成
(二)酶原的激活
一、高度的催化效率
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。
二、高度的特异性
酶的特异性(specificity)一种酶仅作用于一种或 一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反 应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异 性或专一性。
根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3 种类型。
(一)米氏方程式
1. 酶促反应模式——中间产物学说
(二)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化学 基团。 1.活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
2.活性中心外的必需基团
第二节 酶催化作用的特点
(The Characteristic of Enzyme-Catalyzed Reaction)
酶与一般催化剂的共同点是：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。 酶是蛋白质(或核酸)，又具有一般 催化剂所没有的特征。
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。
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
二、酶原与酶原的激活
(一)酶原
有些酶在细胞 内合成或初分泌时 无活性，此无活性 前体称为酶原。
(三)激活过程
酶原
在特定 条件下
特定的肽链水解 分子构象发生改变 酶的活性中心形成
(二)酶原的激活
一、高度的催化效率
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。
二、高度的特异性
酶的特异性(specificity)一种酶仅作用于一种或 一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反 应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异 性或专一性。
根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3 种类型。
(一)米氏方程式
1. 酶促反应模式——中间产物学说
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——第三章酶
生物化学——第三章酶
• 1926年，Sumner首次分离出脲酶结晶，证明具 有蛋白质性质。
• 1930年左右，Northrop又分离出胃蛋白酶、胰 蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，并进行动力学探讨。
• 许多酶的一级结构已测定,1969年人工合成牛胰 核酸酶。
• 1981-1982年Cech实验室发现第一个有催化活 性的天然RNA，取名核酶ribozyme。
第三章 酶（ ENZYME）
生物化学——第三章酶
第一节 酶的概念
一、对酶认识的发展
• 1857年，Paster提出酒精发酵是酵母细胞活动的结 果，并于1878年提出“酶(Enzyme）”的概念； • 1897年，Buchner提出了发酵与活细胞无关，而与细 胞液中的酶有关； • 1913年，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理-----米氏学说；
生物化学——第三章酶
5.异构酶 Isomerase
• 催化各种同分异构体的相互转化
• A====B 6-磷酸葡萄糖异构酶
CH2OHP O OH
OH
OH OH
CH2OHP
CH2OH
O OH
OH OH
生物化学——第三章酶
6.合成酶 Ligase or Synthetase
• (连接酶)能够催化与ATP分解反应相偶联的由小分 子合成大分子的反应。
NAD+ 该酶在此亚亚类中的编号
生物化学——第三章酶
第三节 酶的化学本质
生物化学——第三章酶
一、大多数酶是蛋白质
1、酶是蛋白质的证据 2、核酶
1981－1982，Cech发现： 核酶：四膜虫（Tetrahynena）细胞26SrRNA前体加工。
1983年S. Altman发现： 核糖核酸酶P（RNAaseP）的M1RNA组分具该酶催化特
• 1926年，Sumner首次分离出脲酶结晶，证明具 有蛋白质性质。
• 1930年左右，Northrop又分离出胃蛋白酶、胰 蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，并进行动力学探讨。
• 许多酶的一级结构已测定,1969年人工合成牛胰 核酸酶。
• 1981-1982年Cech实验室发现第一个有催化活 性的天然RNA，取名核酶ribozyme。
第三章 酶（ ENZYME）
生物化学——第三章酶
第一节 酶的概念
一、对酶认识的发展
• 1857年，Paster提出酒精发酵是酵母细胞活动的结 果，并于1878年提出“酶(Enzyme）”的概念； • 1897年，Buchner提出了发酵与活细胞无关，而与细 胞液中的酶有关； • 1913年，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理-----米氏学说；
生物化学——第三章酶
5.异构酶 Isomerase
• 催化各种同分异构体的相互转化
• A====B 6-磷酸葡萄糖异构酶
CH2OHP O OH
OH
OH OH
CH2OHP
CH2OH
O OH
OH OH
生物化学——第三章酶
6.合成酶 Ligase or Synthetase
• (连接酶)能够催化与ATP分解反应相偶联的由小分 子合成大分子的反应。
NAD+ 该酶在此亚亚类中的编号
生物化学——第三章酶
第三节 酶的化学本质
生物化学——第三章酶
一、大多数酶是蛋白质
1、酶是蛋白质的证据 2、核酶
1981－1982，Cech发现： 核酶：四膜虫（Tetrahynena）细胞26SrRNA前体加工。
1983年S. Altman发现： 核糖核酸酶P（RNAaseP）的M1RNA组分具该酶催化特
第03章酶enzyme-PPT课件
目录
邻近效应与定向排列：
目录
3.表面效应 酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”， 酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂 化 (desolvation)，排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和排斥，防止水
化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结
合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
目录
概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响， 并加以定量的阐述。
影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
目录
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
研究前提
1.单底物、单产物反应； 2.酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间
目录
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme) 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
全酶 (holoenzyme) 辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物
金属离子
目录
辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）
金属酶(metalloenzyme)
金属离子与酶结合紧密，提取过程中不
易丢失。
金属激活酶(metal-activated enzyme)
金属离子为酶的活性所必需，但与酶的
结合不甚紧密。
目录
金属离子的作用： 1.参与催化反应，传递电子； 2.在酶与底物间起桥梁作用； 3.稳定酶的构象； 4.中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。
目录
第一节 酶的分子结构与功能
邻近效应与定向排列：
目录
3.表面效应 酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”， 酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂 化 (desolvation)，排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和排斥，防止水
化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结
合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
目录
概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响， 并加以定量的阐述。
影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
目录
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
研究前提
1.单底物、单产物反应； 2.酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间
目录
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme) 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
全酶 (holoenzyme) 辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物
金属离子
目录
辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）
金属酶(metalloenzyme)
金属离子与酶结合紧密，提取过程中不
易丢失。
金属激活酶(metal-activated enzyme)
金属离子为酶的活性所必需，但与酶的
结合不甚紧密。
目录
金属离子的作用： 1.参与催化反应，传递电子； 2.在酶与底物间起桥梁作用； 3.稳定酶的构象； 4.中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。
目录
第一节 酶的分子结构与功能
生物化学：第3章 酶 (enzyme)
注意:分类顺序都是固定的!!!
3.3.2 酶的分类
1，氧化还原酶 Oxido-reductase
催化氧化-还原反应。
包括：脱氢酶(Dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。
例如：乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应:
CH3CHCOOH NAD+
CH3CCOOH NADH H+
OH
O
3.3.2 酶的分类
3.3.2 酶的分类
根据酶所催化的反应类型
国际酶学会(Enzyme Commission, EC)
将酶分成6类: 1、氧化还原酶类(oxido-reductases) 2、转移酶类(transferases) 3、水解酶类(hydrolases) 4、裂合酶类(lyases) 5、异构酶类(isomerases) 6、合成酶类(ligases)
——抑制剂与酶非共价键可逆结合 ——可以用透析方法除去抑制作用
①竞争性可逆抑制 ②非竞争性可逆抑制 ③反竞争性可逆抑制
2，可逆抑制作用(reversible inhibition)
①竞争性抑制作用(competitive inhibitor)
——与底物竞争：其结构与底物相似 ——竞争性抑制作用可以增加底物的浓度来消除
3.3 酶的命名和分类
3.3.1 酶的命名
1，国际系统命名
格式：
底物1 ：底物2 + 催化反应的性质
（如果底物其中一个是水，则省略) CH3CHCOOH NAD+ OH
CH3CCOOH NADH H+ O
2，习惯命名
——依据酶的底物来命名（如淀粉酶） ——根据催化的反应性质来命名(如水解酶） ——结合上述两者来命名(水解反应可以省去"水解")
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目录
（三）酶促反应的可调节性
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的
需要。
目录
二、酶促反应的机制
（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能
酶和一般催化剂一样，加速反应的作
用都是通过降低反应的活化能 (activation energy) 实现的。
活化能：底物分子从初态转变到活化 态所需的能量。
目录
举例
H H H H
H H H M
H H M M
H M M M
M M M M
LDH1 (H4)
LDH2 (H3M)
LDH3 (H2M2)
LDH4 (HM3)
LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
目录
*生理及临床意义
在代谢调节上起着重 要的作用； 用于解释发育过程中 阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助 于对疾病的诊断； 同工酶可以作为遗传 标志，用于遗传分析研 究。
目录
酶的特异性可大致分为以下3种类型：
绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于
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 。
相对特异性(relative specificity)：作用于一类
化合物或一种化学键。 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立 体异பைடு நூலகம்体中的一种。
辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。 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。
目录
全酶分子中各部分在催化反应中的作用: 酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质
目录
金属离子是最多见的辅助因子
W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活 性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
目录
The Nobel Prize in Chemistry 1946
James Batcheller Sumner
John Howard Northrop
Wendell Meredith Stanley
第3章 酶 Enzyme
目录
目录
生物催化剂在生命活动中重要性
酶/生物催化剂的概念和化学本质 生物催化剂：是生物体内具有催化活性的物质。 酶：是指由活细胞产生的具有催化活性的蛋白质。
目录
酶/生物催化剂的重要性
是生物体能够进行物质代谢，维持生命活动的 必要条件 是许多疾病的发病机制和治疗的药理学基础
目录
小分子有机化合物
其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中 传递电子、质子或一些基团。
辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生
素或维生素类物质。
目录
某些辅酶（辅基）在催化中的作用
小分子有机化合物（辅酶或辅基）
转移的基团
氢原子（质子）
名
称
所含的维生素 尼克酰胺（维生素PP）之一 尼克酰胺（维生素PP）之一 维生素B2（核黄素） 维生素B2（核黄素） 维生素B1（硫胺素） 泛酸
甲基、甲烯基、甲炔基、 四氢叶酸 甲酰基等一碳单位
叶酸
目录
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 的化学基团。
目录
酶的活性中心 (active center)
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
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。
目录
目录
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应
目录
目录
（一）米－曼氏方程式
酶促反应模式-----中间产物学说：
E+S
k1
k2
ES
k3
E+P
中间产物
目录
1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物浓度关
目录
概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响， 并加以定量的阐述。
影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
目录
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
研究前提
1.单底物、单产物反应； 2.酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间
目录
酶的诱导契合动画
目录
2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于 酶的活性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它 们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。 这种邻近效应(proximity effect)与定向排列 (orientation arrange)实际上是将分子间的反应变 成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。
Vmax/2
Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
目录
Km与Vmax的意义
Km值
定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一 半时的底物浓度。 意义： 1. Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、 底物和反应环境（如，温度、pH、离子强 度）有关，与酶的浓度无关。 2. Km可近似表示酶对底物的亲和力； 3. 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
结合并将底物转化为产物。
目录
活性中心内的必需基团 结合基团 (binding group) 与底物相结合 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 的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所 必需。
目录
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
底物
活性中心以外 的必需基团
目录
邻近效应与定向排列：
目录
3.表面效应 酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”， 酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂 化 (desolvation)，排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和排斥，防止水
化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结
合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
目录
（三）酶的催化机制呈多元催化作用
1. 一般酸-碱催化作用(general acid-base catalysis)
2. 共价催化作用(covalent catalysis)
3. 亲核催化作用(nucleophilic catalysis)
目录
第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
酶 活 性
心肌梗死酶谱
正常酶谱
肝病酶谱
1
2
3
4
5
心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
目录
第二节 酶的工作原理
The Mechanism of Enzyme Action
目录
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。
NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶I NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸，辅酶II FMN（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）
醛基 酰基 烷基 二氧化碳 氨基
TPP（焦磷酸硫胺素） 辅酶A（CoA）
硫辛酸
钴胺素辅酶类 生物素 磷酸吡哆醛
硫辛酸
维生素B12 生物素 吡哆醛（维生素B6之一）
催化基团
结合基团
活性中心
溶菌酶的活性中心
* 谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化 基团； * 色氨酸62和63、 天 冬 氨 酸 101 和 色 氨 酸 108 是 结 合基团； * A~F 为 底 物 多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。
目录
三、同工酶
定义 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。
目录
一、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。
酶的催化不需要较高的反应温度。
酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应
的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂
更有效地降低反应的活化能。
目录
能
量
非催化反应活化能
一般催化剂催 化反应的活化能
酶促反应 活化能
底物 反应总能量改变 产物 反 应 过 程
酶促反应活化能的改变
目录
（二）酶-底物复合物的形成
酶底物复合物
E+S
ES
(过渡态)
E+P
目录
1. 诱导契合作用使酶与底物密切结合 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 程称为酶-底物结合的诱导契合(induced-fit) 。
k1
(2)
k2+k3 k1
= Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] = Km [ES]
目录
整理得: 将(3)代入(1) 得
[Et][S] [ES] = ─── Km + [S] k3[Et][S] V = ──── Km + [S]
（三）酶促反应的可调节性
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的
需要。
目录
二、酶促反应的机制
（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能
酶和一般催化剂一样，加速反应的作
用都是通过降低反应的活化能 (activation energy) 实现的。
活化能：底物分子从初态转变到活化 态所需的能量。
目录
举例
H H H H
H H H M
H H M M
H M M M
M M M M
LDH1 (H4)
LDH2 (H3M)
LDH3 (H2M2)
LDH4 (HM3)
LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
目录
*生理及临床意义
在代谢调节上起着重 要的作用； 用于解释发育过程中 阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助 于对疾病的诊断； 同工酶可以作为遗传 标志，用于遗传分析研 究。
目录
酶的特异性可大致分为以下3种类型：
绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于
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 。
相对特异性(relative specificity)：作用于一类
化合物或一种化学键。 立体结构特异性(stereospecificity)：作用于立 体异பைடு நூலகம்体中的一种。
辅酶 (coenzyme): 与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。 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。
目录
全酶分子中各部分在催化反应中的作用: 酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质
目录
金属离子是最多见的辅助因子
W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活 性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
目录
The Nobel Prize in Chemistry 1946
James Batcheller Sumner
John Howard Northrop
Wendell Meredith Stanley
第3章 酶 Enzyme
目录
目录
生物催化剂在生命活动中重要性
酶/生物催化剂的概念和化学本质 生物催化剂：是生物体内具有催化活性的物质。 酶：是指由活细胞产生的具有催化活性的蛋白质。
目录
酶/生物催化剂的重要性
是生物体能够进行物质代谢，维持生命活动的 必要条件 是许多疾病的发病机制和治疗的药理学基础
目录
小分子有机化合物
其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中 传递电子、质子或一些基团。
辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生
素或维生素类物质。
目录
某些辅酶（辅基）在催化中的作用
小分子有机化合物（辅酶或辅基）
转移的基团
氢原子（质子）
名
称
所含的维生素 尼克酰胺（维生素PP）之一 尼克酰胺（维生素PP）之一 维生素B2（核黄素） 维生素B2（核黄素） 维生素B1（硫胺素） 泛酸
甲基、甲烯基、甲炔基、 四氢叶酸 甲酰基等一碳单位
叶酸
目录
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 的化学基团。
目录
酶的活性中心 (active center)
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
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。
目录
目录
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应
目录
目录
（一）米－曼氏方程式
酶促反应模式-----中间产物学说：
E+S
k1
k2
ES
k3
E+P
中间产物
目录
1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底物浓度关
目录
概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响， 并加以定量的阐述。
影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
目录
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
研究前提
1.单底物、单产物反应； 2.酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时间
目录
酶的诱导契合动画
目录
2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于 酶的活性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它 们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。 这种邻近效应(proximity effect)与定向排列 (orientation arrange)实际上是将分子间的反应变 成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。
Vmax/2
Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
目录
Km与Vmax的意义
Km值
定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一 半时的底物浓度。 意义： 1. Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、 底物和反应环境（如，温度、pH、离子强 度）有关，与酶的浓度无关。 2. Km可近似表示酶对底物的亲和力； 3. 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
结合并将底物转化为产物。
目录
活性中心内的必需基团 结合基团 (binding group) 与底物相结合 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 的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所 必需。
目录
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
底物
活性中心以外 的必需基团
目录
邻近效应与定向排列：
目录
3.表面效应 酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”， 酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂 化 (desolvation)，排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和排斥，防止水
化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结
合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
目录
（三）酶的催化机制呈多元催化作用
1. 一般酸-碱催化作用(general acid-base catalysis)
2. 共价催化作用(covalent catalysis)
3. 亲核催化作用(nucleophilic catalysis)
目录
第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
酶 活 性
心肌梗死酶谱
正常酶谱
肝病酶谱
1
2
3
4
5
心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化
目录
第二节 酶的工作原理
The Mechanism of Enzyme Action
目录
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。
NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶I NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸，辅酶II FMN（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）
醛基 酰基 烷基 二氧化碳 氨基
TPP（焦磷酸硫胺素） 辅酶A（CoA）
硫辛酸
钴胺素辅酶类 生物素 磷酸吡哆醛
硫辛酸
维生素B12 生物素 吡哆醛（维生素B6之一）
催化基团
结合基团
活性中心
溶菌酶的活性中心
* 谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化 基团； * 色氨酸62和63、 天 冬 氨 酸 101 和 色 氨 酸 108 是 结 合基团； * A~F 为 底 物 多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。
目录
三、同工酶
定义 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。
目录
一、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。
酶的催化不需要较高的反应温度。
酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应
的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂
更有效地降低反应的活化能。
目录
能
量
非催化反应活化能
一般催化剂催 化反应的活化能
酶促反应 活化能
底物 反应总能量改变 产物 反 应 过 程
酶促反应活化能的改变
目录
（二）酶-底物复合物的形成
酶底物复合物
E+S
ES
(过渡态)
E+P
目录
1. 诱导契合作用使酶与底物密切结合 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 程称为酶-底物结合的诱导契合(induced-fit) 。
k1
(2)
k2+k3 k1
= Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] = Km [ES]
目录
整理得: 将(3)代入(1) 得
[Et][S] [ES] = ─── Km + [S] k3[Et][S] V = ──── Km + [S]