第5章 酶

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1．绝对特异性(absolute specificity)：
一种酶只能作用于一种化合物，以 催化一种化学反应，称为绝对特异 性，如脲酶。
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绝对专一性
O 脲酶 H2N—C—NH2 + H2O 2NH3 + CO2
NH2 O C NH2 尿素 NH CH3 O C NH2 甲基尿素 + H2O
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
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（二）Km与Vmax的意义
Km值 ① Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度。 ② 意义：
a) Km是酶的特征性常数之一；
b) Km可近似表示酶对底物的亲和力；
c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
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Vmax
定义：Vm是酶完全被底物饱和时的 反应速度，与酶浓度成正比。 意义：Vmax=K3 [E] 如果酶的总浓度已知，可从Vmax
唾液淀粉酶丧失催化能力称酶失活 唾液淀粉酶
淀粉
底物
葡萄糖
产物 酶促反应
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二、 酶的化学组成★
(一)单纯酶 完全由蛋白质组成 (二)结合酶 蛋白质和非蛋白质 全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子 酶蛋白：决定着反应的特异性， 辅助因子：决定着酶的催化反应 类型
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全酶
（辅助 因子是 金属）
金属酶
（金属离子与酶蛋白结合紧密）
2. 抑制作用的类型
(1)不可逆性抑制 (2)可逆性抑制
①竞争性抑制
②非竞争性抑制
③反竞争性抑制
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(二) 不可逆性抑制作用
1. 概念
抑制剂通常以共价键与酶活性中 心的必需基团相结合，使酶失活； 抑制剂不可用透析、超滤等方法 去除。
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2. 举例
(1)有机磷中毒 有机磷物质抑制羟 基酶活性，可用解磷定(PAM)解毒。 (2)重金属离子及砷中毒 抑制巯基 酶活性，可用二巯基丙醇(BAL)解 毒。
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(1)羟基酶的抑制(有机磷化合物)
羟基酶: 以丝氨酸侧链上的羟基为必需基团的酶.
RO RO P O X + E—OH RO RO P O O—E + H X
有机磷化合物
羟基酶
磷酰化酶(失活)
O OR
P OR +E—OH
RO RO P
O + + O—E N CH3 -CHNOH N CH3
+
-CHNO
1.必需激活剂 对酶促反应不可缺少的激活剂。
Mg 2+ 对己糖激酶
2.非必需激活剂 缺少时酶仍有催化活性的激活剂。
Cl- 对唾液淀粉酶
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六、抑制剂对反应速度的影响
(一)抑制剂与抑制作用
1.酶的抑制剂(inhibitor) 凡是有选择的使酶的催化活性下降而不
引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。
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核酸酶：包括核酶和脱氧核酶 （ribozyme and eoxyribozyme） 是具有高效特异催化作用的RNA和 DNA。是近年来发 现的另一类生物 催化剂。为数不多，主要作用于核 酸。
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几个概念： 酶促反应； 底物； 产物； 酶的活性； 酶失活。
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唾液淀粉酶所具有的催化能力称酶的活性
酶 活 性
1.5 2.0
温度升高，酶促反 应速度升高；由于酶的 本质是蛋白质，温度升 高，可引起酶的变性， 从而反应速度降低 。
最适温度
1.0
0.5
酶促反应速度最 快时的环境温度。
低温的应用
0
10 20 30 40 50 60
温度 º C
温度对淀粉酶活性的影响
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四、 pH对反应速度的影响
胃蛋白酶 淀粉酶 胆碱酯酶
脲酶 2NH3 + CO2
脲酶 + H2O
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2．相对特异性(relative specificity)：
一种酶只能作用于一类化合物或一种 化学键，催化一类化学反应，称为相 对特异性，如脂肪酶。
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相对专一性
脂肪酶 甘油三酯 甘油二酯 脂肪酶 甘油一酯
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3．立体异构特异性(stereospecificity)：
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学习要点：
掌握：酶催化作用的特点； 掌握：酶催化特异性的分类
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酶促反应的特点★
具有高度的催化活性 酶的催化具有高度特异性 酶活性的可调节性 酶活性的不稳定性
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一、高度的催化活性
酶与一般催化剂催化效率的比较
底物 催化剂 反应温度 反应速度常数
尿素
H+
脲酶
62
21 22 22
7.4 10-7
ES
E+P
中间产物
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※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＝ ──[S] K +
m
Vmax[S]
[S]：底物浓度 V：不同[S]时的反应速度
Vmax：最大反应速度(maximum velocity)
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
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一、底物浓度对反应速度的影响
E+S
ES
E+P
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V
Vmax
[S]
当底物浓度较低时
反应速度与底物浓度成正比。
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V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速。
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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；
磷酰化酶(失活)
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侵华日军从事生物战细菌战研究和人体试验相关研究的秘密军事医疗部队。
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1981年，日本作者森村诚一出版了
《恶魔的盛宴》一书
中国影片《黑太阳731》是一个表现了 日本在中国犯了严重的罪行的重要影片
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2 巯基酶的抑制(重金属离子及砷化合物) 巯基酶:有半胱氨酸残基侧链上的巯基为必需 基团的酶.
计算 酶的转换数，即动力学常数K3。
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二、酶浓度对反应速度的影响
当 [S] ＞ ＞ [E] ，
V
酶可被底物饱和
的情况下，反应
速度与酶浓度成
正比。
关系式为：
V
0
[E]
当[S]>>[E]时，Vmax = k3 [E]
酶浓度对反应速度的影响
= K3 [E]
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三、温度对反应速度的影响
双重影响
乙酰化和脱乙酰化
甲基化和脱甲基化
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第四节 影响酶催化作用的因素
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【重点掌握】：
影响酶促反应的因素； 竞争性抑制剂的作用特点； 磺胺类药物的作用机制； 同工酶。
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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。
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Michaelis 与 Menten 发展出酶动力学
Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.258
Michaelis Menten
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（一）米－曼氏方程式
酶促反应模式——中间产物学说
k1 k2 k3
E+S
最适pH
酶
活
(optimum pH)： 性 酶催化活性最 大时的环境 pH。
0
2
4
6
8
10
pH
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pH对某些酶活性的影响
五、激活剂对反应速度的影响
(一)激活剂(activator)
使酶由无活性变为有活性或使酶活 性增加的物质。如金属离子(Mg2＋)和 小分子化合物(胆盐)。
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激活剂(activator)
2.掌握：酶原及其激活的概念。
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一、酶的活性中心
必需基团(essential group)★ 指与酶的活性 密切相关的化学基 团。
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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。
1. 酶原 (zymogen) 有些酶在细胞内合成或初分泌时， 或在其发挥催化作用前没有催化活性， 这种无活性的酶的前身物质称为酶原。 酶原是体内某些酶暂不表现催化活性的 一种特殊存在形式。
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2.酶原的激活

在一定条件下，酶原受某种因素
作用后，分子结构发生改变，暴露或 形成活性中心，转变成具有活性的酶，
酶原向有活性酶转化的过程。
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3. 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
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肠激酶
胰蛋白酶
缬天天天天赖异缬甘
组
46
丝
18 3
S S S 活性中心
S
缬天天天天赖
缬 异甘组 丝 S S
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S S
胰蛋白酶原的激活过程
一种酶只能作用于一种立体异构 体，或只能生成一种立体异构体， 称为立体异构特异性，如L-乳酸脱 氢酶。
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立体异构专一性
例如，乳酸脱氢酶仅催化 L-乳酸，不催化D-乳酸。
L(+)乳酸 H D(-)乳酸
H
C OH C COOH CH3 COOH CH3 OH
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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。其中包括三方面的调节。
5.0 106 56 3.5 107
过氧化氢
Fe 2+ 过氧化氢酶
酶的催化效率可比一般催化剂高107～1013 倍。
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二、酶促反应具有高度的特异性★
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。
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活性中心
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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
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。
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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
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二、酶原与酶原的激活★
凡能使酶分子变构并使酶的催化活性
发生改变的代谢物就称为变构剂。
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(二) 共价修饰调节
1.共价修饰(covalent modification)
在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的
一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合， 从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。
2.常见类型
磷酸化与脱磷酸化（最常见）
4. 酶原激活的意义★
1）.避免酶对细胞进行自身消化，并使酶在
特定的部位和环境中发挥作用。
2）.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需
要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其
催化作用。
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三、酶活性的调节
调节对象：关键酶,限速酶
调节方式 酶活性的调节（快速调节） 酶含量的调节（缓慢调节）
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关键酶：反应途径中限速步骤、影
响和调节该反应速率的酶称为关键 酶。
限速酶：多酶体系中催化活性最低
的关键酶称为限速酶。
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（一）变构调节（别构调节）
某些代谢物能与变构酶分子上的变构
部位特异性结合，使酶的分子构象 发生改变，从而改变酶的催化活性
以及代谢反应的速度，这种调节作
用就称为变构调节。
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酶的变构调节作用
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具有变构调节作用的酶就称为变构酶。
(三)酶的活性单位 1. 国际单位(IU) 在特定的条件下，每分钟催 化1μmol底物转化为产物所需的酶量为一个国际 单位。 2. 催量单位 １催量(kat)是指在特定条件下，每 秒钟使１mol底物转化为产物所需的酶量。
3. kat与IU的换算： 1 IU=16.67×10-9 kat
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第二节密）
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辅助因子分类
（按其与酶蛋白结合的紧密程度） 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。
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金属离子
金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。
怎样使淀粉水解的更快些？
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第五章 酶
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主要内容：
概 述 酶催化作用的特点 酶的作用机制及调节 影响酶催化作用的因素 酶与医学的关系
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第一节 酶的概述
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学习要点：
掌握： 1.酶的概念 ； 2.辅酶、辅基的概念及酶蛋白和 辅助因子的作用；
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一、酶的概念★：
由活细胞合成的、对其特异 底物起高效催化作用的蛋白 质。是机体内催化各种代谢 反应最主要的催化剂。
对酶生成与降解量的调节
酶催化效力的调节
通过改变底物浓度对酶进行调节等
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四、酶活性的不稳定性
酶的化学本质是蛋白质，凡使蛋白质 变性的因素均能使酶变性而失活．因酶 作用一般都要求比较温和的条件，如温、 常压、接近中性的酸碱度等。
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第三节
酶的作用机制及调节
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学习要点：
1.掌握：酶的必需基团、活性中心。
（1）参与催化反应、传递电子； （2）连接 酶与 底物； （3）稳定酶的构象； （4）中和阴离子 小分子有机物：在反应中起运载体的作用，
传递电子、质子或基团
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三、酶活性
(一)酶的活性 是指酶催化化学反应的能力，其衡 量的标准是酶促反应速度。
(二)酶促反应速度 可在适宜的反应条件下，用单位时 间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。