酶化学
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第 六 章 酶化学 (Chemistry of Enzyme)
什么是酶
酶与一般催化剂的共性及特性 共性： 共性： 不发生质、量的变化， 改变反应速度； 不发生质、量的变化，但能 改变反应速度； 不改变反应的平衡点，但能缩短反应时； 不改变反应的平衡点，但能缩短反应时； 可降低反应活化能； 可降低反应活化能； 只能催化热力学允许的反应 。 特性： 特性： 高效性、专一性、易失活、酶活性可调控； 高效性、专一性、易失活、酶活性可调控； 催化作用与结构有关。 催化作用与结构有关。
习惯上沿用的单位如 :
乳酸 + NAD+
乳酸脱氢酶
丙酮酸 + NADH + H+
乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示， 乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示， 丙酮酸的增加量表示 也可用340nm光吸收的增加量来表示。 也可用340nm光吸收的增加量来表示。 340nm光吸收的增加量来表示
酶活力单位表示方法
* Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。 时的底物浓度，单位是 。
温度对酶促反应的影响 酶活性
最适温度 温度
pH对酶促反应的影响 对酶促反应的影响
不可逆抑制
抑制剂与酶活性中心的某些必需基团共价键不可逆 结合，引起酶的活性丧失。 结合，引起酶的活性丧失。 实例： 实例：有机磷杀虫剂
Asp
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
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 S S
胰蛋白酶原的激活过程
酶作用专一性的机制
钥匙学说（模板学说）
诱导契合学说
酶作用高效性的机制——共价催化与酸碱催化 共价催化与酸碱催化 酶作用高效性的机制
酶的分类
① 氧化还原酶 ② 转移酶 ③ 水解酶 ④ 裂合酶 ⑤ 异构酶 ⑥ 合成酶
酶分子的结构特征
结合部位） （结合部位） 酶的活性中心
催化部位） （催化部位）
胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 活 性 中 心
Ser
His 活性中心重要基团: 活性中心重要基团 His57 , Asp102 , Ser195
酶的比活力 比活力：指每mg蛋白质所具有的酶活力， 比活力：指每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用 mg蛋白质所具有的酶活力 U/mg蛋白质来表示。 U/mg蛋白质来表示。 蛋白质来表示 比活力是酶纯度衡量的重要指标之一。 比活力是酶纯度衡量的重要指标之一。 回收率= 提纯后总活力/提纯前总活力） 回收率=（提纯后总活力/提纯前总活力）×100% 纯化倍数（纯化率） 纯化倍数（纯化率） =（提纯后比活力/提纯前比活力）×100% 提纯后比活力/提纯前比活力）
酶的组成
单纯酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。 单纯酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。 酶 酶蛋白（apoenzyme） 酶蛋白（apoenzyme） 结合酶 辅酶（ 辅酶（coenzyme) 辅助因子 （cofacter) 辅基(prosthetic group) 辅基(prosthetic
调节酶
1. 聚合解聚调节酶 2. 共价修饰酶 3. 别构酶
效应剂
别 构 中 心
别构中心非酶活性 中心的组成部分
活性 中心
Байду номын сангаас酶的别构（变构）效应示意图
同工酶
能催化相同的化学反应，而其分子结构、 能催化相同的化学反应，而其分子结构、 理化性质不同的一组酶。 理化性质不同的一组酶。 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5) 举例：乳酸脱氢酶(LDH
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； 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应。 反应为零级反应。
米氏方程
V m ax [S ] V= K m + [S]
Km值的推导
当反应速度为最大反应速度一半时 V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
H H H H LDH1 (H4) H H H M LDH2 (H3M) H H M M LDH3 (H2M2) H M M M LDH4 (HM3) M M M M LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
H型亚基富含酸性 ，M型亚基富含碱性 型亚基富含酸性AA， 型亚基富含碱性 型亚基富含碱性AA 型亚基富含酸性
乳酸脱氢酶同工酶形成示意图
a
结构基因 mRNA 多肽 亚基
b
四聚体
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
阳极
阴极
肝
骨骼肌
肾
红细胞
心肌
乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱
国际单位(IU)：1961年 国际单位(IU)：1961年 (IU) 在最适条件下，每分钟催化1μmol底物的减少或产 在最适条件下，每分钟催化1 mol底物的减少或产 物的生产所需的酶量为一个国际单位。 物的生产所需的酶量为一个国际单位。 催量单位(katal)：1972年 催量单位(katal)：1972年 (katal) 指在最适条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物 指在最适条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物 所需的酶量。 所需的酶量。 1Kat＝ 可以以纳Kat Kat、 Kat来进行换算 来进行换算。 1Kat＝6×107IU ，可以以纳Kat、微Kat来进行换算。
酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（ ） 胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）
底物
结合底物
形成共价 ES复合物 复合物 His57 质子供体
C-N键断裂 键断裂
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（ ） 胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）
羰基产物释放
水亲核攻击 四面体中间物 的瓦解
羧基产物释放
酶促反应动力学 Vmax
Vmax/2
Km
Cs
酶促反应速率与底物浓度的关系
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比； 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。 应为一级反应。
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速； 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。 为混合级反应。
O-R X P O -Ser-OH O-R O-R -Ser-O P O O-R
竞争性可逆抑制
磺胺类药物的抑菌机制： 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
非竞争性可逆抑制
反竞争性可逆抑制
酶活性
酶活力（ 也称酶活性） 酶活力（enzyme activity, 也称酶活性） 酶催化一定化学反应的能力， 酶催化一定化学反应的能力，用在一定条件 下酶所催化反应的反应速度来表示。 下酶所催化反应的反应速度来表示。 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶 单位（ U），就是表示酶量多少的单位。 ），就是表示酶量多少的单位 单位（unit, U），就是表示酶量多少的单位。 其表示方法与所有的测定方法有关。 其表示方法与所有的测定方法有关。
什么是酶
酶与一般催化剂的共性及特性 共性： 共性： 不发生质、量的变化， 改变反应速度； 不发生质、量的变化，但能 改变反应速度； 不改变反应的平衡点，但能缩短反应时； 不改变反应的平衡点，但能缩短反应时； 可降低反应活化能； 可降低反应活化能； 只能催化热力学允许的反应 。 特性： 特性： 高效性、专一性、易失活、酶活性可调控； 高效性、专一性、易失活、酶活性可调控； 催化作用与结构有关。 催化作用与结构有关。
习惯上沿用的单位如 :
乳酸 + NAD+
乳酸脱氢酶
丙酮酸 + NADH + H+
乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示， 乳酸脱氢酶的活力可用丙酮酸的增加量表示， 丙酮酸的增加量表示 也可用340nm光吸收的增加量来表示。 也可用340nm光吸收的增加量来表示。 340nm光吸收的增加量来表示
酶活力单位表示方法
* Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半 时的底物浓度，单位是mol/L。 时的底物浓度，单位是 。
温度对酶促反应的影响 酶活性
最适温度 温度
pH对酶促反应的影响 对酶促反应的影响
不可逆抑制
抑制剂与酶活性中心的某些必需基团共价键不可逆 结合，引起酶的活性丧失。 结合，引起酶的活性丧失。 实例： 实例：有机磷杀虫剂
Asp
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
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 S S
胰蛋白酶原的激活过程
酶作用专一性的机制
钥匙学说（模板学说）
诱导契合学说
酶作用高效性的机制——共价催化与酸碱催化 共价催化与酸碱催化 酶作用高效性的机制
酶的分类
① 氧化还原酶 ② 转移酶 ③ 水解酶 ④ 裂合酶 ⑤ 异构酶 ⑥ 合成酶
酶分子的结构特征
结合部位） （结合部位） 酶的活性中心
催化部位） （催化部位）
胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 活 性 中 心
Ser
His 活性中心重要基团: 活性中心重要基团 His57 , Asp102 , Ser195
酶的比活力 比活力：指每mg蛋白质所具有的酶活力， 比活力：指每mg蛋白质所具有的酶活力，一般用 mg蛋白质所具有的酶活力 U/mg蛋白质来表示。 U/mg蛋白质来表示。 蛋白质来表示 比活力是酶纯度衡量的重要指标之一。 比活力是酶纯度衡量的重要指标之一。 回收率= 提纯后总活力/提纯前总活力） 回收率=（提纯后总活力/提纯前总活力）×100% 纯化倍数（纯化率） 纯化倍数（纯化率） =（提纯后比活力/提纯前比活力）×100% 提纯后比活力/提纯前比活力）
酶的组成
单纯酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。 单纯酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等。 酶 酶蛋白（apoenzyme） 酶蛋白（apoenzyme） 结合酶 辅酶（ 辅酶（coenzyme) 辅助因子 （cofacter) 辅基(prosthetic group) 辅基(prosthetic
调节酶
1. 聚合解聚调节酶 2. 共价修饰酶 3. 别构酶
效应剂
别 构 中 心
别构中心非酶活性 中心的组成部分
活性 中心
Байду номын сангаас酶的别构（变构）效应示意图
同工酶
能催化相同的化学反应，而其分子结构、 能催化相同的化学反应，而其分子结构、 理化性质不同的一组酶。 理化性质不同的一组酶。 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5) 举例：乳酸脱氢酶(LDH
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； 反应速度不再增加，达最大速度； 反应为零级反应。 反应为零级反应。
米氏方程
V m ax [S ] V= K m + [S]
Km值的推导
当反应速度为最大反应速度一半时 V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
H H H H LDH1 (H4) H H H M LDH2 (H3M) H H M M LDH3 (H2M2) H M M M LDH4 (HM3) M M M M LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
H型亚基富含酸性 ，M型亚基富含碱性 型亚基富含酸性AA， 型亚基富含碱性 型亚基富含碱性AA 型亚基富含酸性
乳酸脱氢酶同工酶形成示意图
a
结构基因 mRNA 多肽 亚基
b
四聚体
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
阳极
阴极
肝
骨骼肌
肾
红细胞
心肌
乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱
国际单位(IU)：1961年 国际单位(IU)：1961年 (IU) 在最适条件下，每分钟催化1μmol底物的减少或产 在最适条件下，每分钟催化1 mol底物的减少或产 物的生产所需的酶量为一个国际单位。 物的生产所需的酶量为一个国际单位。 催量单位(katal)：1972年 催量单位(katal)：1972年 (katal) 指在最适条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物 指在最适条件下，每秒钟使１mol底物转化为产物 所需的酶量。 所需的酶量。 1Kat＝ 可以以纳Kat Kat、 Kat来进行换算 来进行换算。 1Kat＝6×107IU ，可以以纳Kat、微Kat来进行换算。
酶分子中可作为亲核基团和酸碱催化的功能基团
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（ ） 胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）
底物
结合底物
形成共价 ES复合物 复合物 His57 质子供体
C-N键断裂 键断裂
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（ ） 胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）
羰基产物释放
水亲核攻击 四面体中间物 的瓦解
羧基产物释放
酶促反应动力学 Vmax
Vmax/2
Km
Cs
酶促反应速率与底物浓度的关系
V Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比； 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。 应为一级反应。
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速； 反应速度不再成正比例加速；反应 为混合级反应。 为混合级反应。
O-R X P O -Ser-OH O-R O-R -Ser-O P O O-R
竞争性可逆抑制
磺胺类药物的抑菌机制： 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
非竞争性可逆抑制
反竞争性可逆抑制
酶活性
酶活力（ 也称酶活性） 酶活力（enzyme activity, 也称酶活性） 酶催化一定化学反应的能力， 酶催化一定化学反应的能力，用在一定条件 下酶所催化反应的反应速度来表示。 下酶所催化反应的反应速度来表示。 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶 酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶 单位（ U），就是表示酶量多少的单位。 ），就是表示酶量多少的单位 单位（unit, U），就是表示酶量多少的单位。 其表示方法与所有的测定方法有关。 其表示方法与所有的测定方法有关。