第二章 酶的结构与功能要点
酶的结构与功能解析降低化学反应活化能的关键
酶的结构与功能解析降低化学反应活化能的关键酶是具有生物催化作用的特殊蛋白质分子，能够加速化学反应的速率。
它们在维持生物体正常代谢过程中发挥着重要的作用。
本文将对酶的结构与功能进行解析，探讨降低化学反应活化能的关键。
一、酶的结构解析酶的结构通常由氨基酸链形成，具有三级结构，也称为原生、二级和三级结构。
原生结构是指蛋白质链的线性序列，由一系列的氨基酸残基组成。
每个氨基酸残基都具有特定的物理和化学性质，这些性质将决定酶的最终结构。
二级结构是指酶蛋白链的局部结构，由氢键和其他非共价键的相互作用稳定。
常见的二级结构包括α-螺旋和β-折叠片等。
这些结构使得蛋白质在水中具有稳定的形状。
三级结构是指酶整体的立体构型，是由原生和二级结构的相互作用形成的。
这些相互作用包括疏水作用、离子键、氢键和范德华力等。
酶的三级结构决定了它的功能和催化活性。
二、酶的功能解析酶能够降低化学反应的活化能，使反应更容易发生。
这种功能主要基于酶分子的活性位点。
活性位点是酶分子上能够与底物结合并催化反应的区域。
酶和底物之间通过亲和力相互作用，形成酶底物复合物，从而引发化学反应。
酶的功能解析需要重点关注酶催化机理，常见的酶催化机理包括酸碱催化、共价催化和金属离子参与等。
1. 酸碱催化：酶可以提供氢离子或接受氢离子，从而改变底物分子的电荷或能级。
这样一来，底物分子之间的相互作用就会发生变化，从而促使反应发生。
2. 共价催化：酶能够通过与底物形成临时的共价键来改变反应的速率。
酶与底物形成的共价中间体能够降低反应的活化能，加速反应的进行。
3. 金属离子参与：一些酶需要金属离子作为辅助因子来发挥功能。
金属离子能够和底物或酶分子形成复合物，从而改变反应的速率。
三、降低化学反应活化能的关键降低化学反应的活化能是酶的重要功能之一，其关键在于酶的亲和力和催化机制。
首先，酶通过与底物形成亲和力相互作用，使底物能够稳定地结合在酶的活性位点上。
这就使底物分子更容易接近并与其它底物分子发生反应。
酶的结构与功能
胰凝乳蛋白酶 溶菌酶 木瓜蛋白酶 碳酸酐酶
Ser195 Asp102 His57
Asp129 Glu35
Cys25 His159 His93- Zn – His95
| His117
（二）活性中心的研究方法
1．X—衍射 研究蛋白质结构 X—射线撞击原子中电子后,产生衍射
图,分析结构——空间结构
胱氨酸 赖氨酸
清华大学学术专著
蛋白质化学修饰
周海梦 王洪睿 编著 清华大学出版社，1998
3．动力学分析
酶蛋白——两性电解质——pH改变 基团解离状 态改变 导致酶活性变化 根据pH变化——研究pH和活性的关系 提供某 些基团pK 推断基团的作用 参数Vmax,Km与pH关系 解离基团
需供助其它方法，进行推断
肽段
分离P32 肽段→测一级结构
（3）亲和标记法
利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以标记— —亲和标记。
Y Y
X
Y
Y X-Y
Y
亲和修饰剂： ①与S结构相似，与活性中心的氨基酸残基
亲和力大，而与活性中心以外的氨基酸残 基亲和力小。 ②具有活泼的化学基团（如卤素）可与活性 中心的基团形成稳定的共价键。
③不同部分的相同基团，修饰效果不同， 分子内部的必需基团，不易被修饰。
活性中心基团的鉴定标准
①失活程度与一定修饰剂浓度成一定比例
关系
②S或可逆抑制剂有保护作用（活性中心）。
先加S或竞Ⅰ 加共价修饰剂 去S或竞Ⅰ 活性不丧失
透析除
（2）差别修饰法（差别标记）
过量S 或 竞Ⅰ下加修饰剂 去除多余修饰剂及S 同位素修饰作用 则原来被保护基团带有同位素标记
X-射线衍射技术：用于蛋白质及核酸三维结构的确 定，至今已有数百种蛋白质的结构被确定，分辨率 为A的量级，但蛋白质结晶难度大
酶的结构和功能
酶的结构和功能酶是一类高度专一的分子催化剂，它们能够在生物体内加速化学反应的速率，使其能够在适宜的条件下进行。
酶的结构和功能是相互关联的，下面将对酶的结构和功能进行详细介绍。
酶的结构通常由蛋白质组成，可以是单个蛋白质分子，也可以是由多个蛋白质分子组成的复合物。
酶的立体结构具有高度的空间特异性，这对于其功能至关重要。
酶的结构通常可分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构指的是蛋白质分子中的氨基酸序列，这种链状的结构决定了酶的二级、三级和四级结构。
二级结构是指蛋白质分子中氢键的形成，使部分氨基酸残基在空间上排列成α-螺旋或β-折叠的形式。
α-螺旋是一种像螺旋形的结构，β-折叠则是像折叠的结构。
二级结构的形成对于酶的功能非常重要，因为它能够保持酶的稳定性和活性。
三级结构是指一个或多个二级结构件的折叠和排列，形成一个特定的立体结构。
这种特定的立体结构决定了酶的活性中心的形状和环境，进而决定了酶与底物的相互作用。
四级结构是指由多个蛋白质分子相互作用形成的复合物。
这种复合物的形成能够增强酶的稳定性和活性。
酶的功能主要是通过其结构中的活性中心实现的。
活性中心是酶分子上的一个小区域，具有特定的空间结构，能与底物形成稳定的非共价键。
酶通过活性中心与底物结合，形成酶-底物复合物。
通过酶-底物复合物，酶能够降低底物分子的活化能，从而加速化学反应的速率。
酶的功能还受到一些其他因素的影响，包括温度、pH值、离子浓度和酶抑制剂的存在。
温度和 pH 值的改变能够影响酶的结构稳定性和活性中心的形状。
离子浓度的改变能够改变底物和酶之间的相互作用，影响酶催化的速率。
而酶抑制剂能够与酶结合，降低酶的活性。
总之，酶的结构和功能是密不可分的。
酶的结构决定了其功能，而其功能又依赖于其结构的稳定性和活性中心的形状。
对酶的结构和功能的深入理解对于研究和应用酶具有重要的意义。
酶的结构与功能
LDH3(H2M2)
LDH4(Leabharlann M3)LDH5(M4)原点
心肌 肾 肝 骨骼肌 血清
不同组织中的LDH同工酶的电泳图谱
一. 酶的结构 Plant Cell Physiology, 2005.
3. 同工酶
一. 酶的结构
研究同工酶的意义：
是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传 等方面的有力工具。
3. 同工酶
一. 酶的结构
同工酶的作用： 对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非常 重要；是代谢调节的一种重要方式。
同工酶物理性质差异： 1. Aa组成和顺序不同 2. 催化特性不同 3. 电泳行为不同 4. 组织、器官中分布不同 5. 生理功能不同
3. 同工酶
一. 酶的结构
LDH1(H4) LDH2(H3M)
2. 酶的聚合状态
一. 酶的结构
根据酶的聚合状态，酶可分为三类：
单体酶 —— 酶蛋白仅有一条多肽链组成。
寡聚酶 —— 酶蛋白是寡聚蛋白质，由几个至十多 个亚基组成，以非共价键连接。
多酶复合体 —— 由几个酶聚合而成的复合体。一 般由在系列反应中功能相关的酶组成， 有利于一系列反应的连续进行。
3. 同工酶
二. 酶的结构与功能
4. 底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用 并结合到酶的活性中心。
5. 酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻 合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或 酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才 相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催 化底物的敏感化学键部位。
1. 酶的活性中心 （2）有关酶活性中心的几个术语
第2节 酶的结构与功能
1. 酶的组成成分
一. 酶的结构
酶的结构与功能
酶的结构与功能酶是一种生物催化剂，它们在生物体内起到了至关重要的作用。
酶能够加速化学反应过程，降低反应所需的能量，使生物体能够在相对温和的条件下进行必要的生化反应。
酶的高效性来自于其特殊的结构与功能。
本文将探讨酶的结构与功能，并进一步了解酶在细胞代谢中的作用。
一、酶的结构酶是由蛋白质构成的，因此它们的基本结构与其他蛋白质类似。
酶分子通常由一个或多个多肽链组成，这些链通过肽键连接在一起形成特定的立体结构。
酶的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 一级结构：一级结构是酶分子中氨基酸残基的线性排列，即多肽链的序列。
氨基酸的种类和顺序对酶的结构和功能起着重要的影响。
2. 二级结构：二级结构是指多肽链通过氢键的形成而折叠成α螺旋、β折叠等特殊的空间构型。
这种结构给予酶分子一定的稳定性和空间排列。
3. 三级结构：三级结构是酶分子中各个多肽链的折叠排列方式，形成具有独特空间结构的整体。
这种结构是酶分子的基本功能单位。
4. 四级结构：四级结构是由多个多肽链通过非共价相互作用而聚合形成的酶分子结构。
多个多肽链之间的互作用可以增强酶的稳定性和活性。
此外，酶分子上还有一些非氨基酸结构，如辅酶、金属离子等，它们可以与酶分子相互作用，进一步调节酶的结构和功能。
二、酶的功能酶的主要功能是催化生化反应，使其能在活细胞内快速而有效地进行。
酶通过特定的活性位点与底物结合，经过一系列反应步骤来催化底物的转化。
酶能够派生底物的能垒，从而降低化学反应所需的能量，提高反应速率。
不同的酶具有不同的底物特异性，即它们只对特定的底物具有催化活性。
这种特异性来源于酶的结构。
酶的活性位点具有与底物结构相匹配的空腔和功能性基团，使其能够与底物发生相互作用，并促使底物转化为产物。
酶的活性位点也是酶与底物之间的非共价相互作用的场所。
酶还可以通过调节细胞中代谢途径中的反应平衡来发挥作用。
通过参与代谢通路的调控，酶能够控制细胞内底物的浓度和反应速率，从而维持细胞代谢的平衡。
酶的分子结构与功能
酶的分子结构与功能酶是一类特殊的蛋白质，具有催化生物化学反应的功能。
酶分子的结构与功能密切相关，下面将详细介绍酶的分子结构以及其与功能之间的关系。
一、酶的分子结构酶分子的结构主要包括四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1.一级结构：酶的一级结构是由氨基酸组成的线性多肽链。
酶分子中的氨基酸序列决定了其形状和功能。
2.二级结构：二级结构是由氨基酸之间的氢键相互作用形成的。
常见的二级结构包括α螺旋和β折叠。
α螺旋是由多个氨基酸残基在空间上形成螺旋状结构，β折叠是由多个氨基酸残基形成折叠状结构。
二级结构的形成使酶分子在空间上具有一定的结构稳定性。
3.三级结构：三级结构是由酶分子中不同区域之间的相互作用（包括氢键、离子键、范德华力等）形成的。
三级结构决定了酶分子的整体形状，包括酶分子的酶活中心的位置和相关功能区域的空间结构。
4.四级结构：一些酶分子由两个或多个亚基组成，每个亚基都具有一定的功能。
多个亚基之间通过非共价键相互结合形成四级结构。
四级结构在一定程度上影响酶分子的稳定性和功能。
二、酶的功能酶的功能主要是催化反应，加速生物体内化学反应的速度。
常见的酶功能有以下几种：1.底物结合：酶与底物之间通过酶活中心的特异性结合，形成酶底物复合物。
酶底物复合物的形成使得底物分子更容易发生催化反应，从而加快了反应速度。
2.催化反应：酶通过改变底物分子的结构，同时提供了催化反应所需的活化能，从而加速了反应速率。
酶的催化作用可以分为两种方式：一种是通过底物分子的结构改变来降低催化反应所需的能量；另一种是通过提供特殊的环境条件来促使化学反应发生。
3.选择性催化：酶具有高度的选择性催化作用，对特定的底物能够选择性地催化特定的反应。
这种选择性使酶在复杂的生物体内能够准确地催化特定的反应，而不与其他底物产生干扰。
4.调控反应：酶在生物体内起到了调控化学反应的作用。
通过调控酶的活性，生物体能够根据需要增加或减少特定反应的速率。
酶的分子结构和功能
酶的分子结构和功能酶是生物体内的一类特殊蛋白质，它们在生物体内参与调节和促进生物化学反应的进行。
酶具有高度特异性和活性，是维持生命活动的关键分子。
本文将详细介绍酶的分子结构和功能。
一、酶的分子结构1.蛋白质部分：酶的蛋白质部分通常由一个或多个多肽链组成。
每个多肽链都是由氨基酸通过肽键连接而成的。
多肽链的氨基酸组成决定了酶的氨基酸序列，进而决定了酶的三维结构和功能。
酶的氨基酸序列可以由基因的DNA序列决定，通过翻译和转录过程合成出来。
2.辅因子部分：辅因子是酶分子中与蛋白质部分结合的非蛋白质分子。
辅因子可以是无机物，如金属离子（如铁、镁、锌）；也可以是有机物，如维生素、辅酶等。
辅因子与酶蛋白质部分的结合使得酶的催化活性得以最大程度地发挥。
1.一级结构：一级结构指的是酶的氨基酸序列。
氨基酸序列的不同决定了酶的特异性和功能。
2.二级结构：二级结构是通过氢键和其他非共价键相互作用形成的空间结构，主要包括α-螺旋和β-折叠。
这些二级结构的形成使得酶获得一定的稳定性。
3.三级结构：三级结构是酶分子的整体折叠形式，是由多条多肽链的二级结构相互作用形成的。
4.四级结构：有些酶由多个多肽链组合而成，多肽链之间通过非共价键相互作用，形成四级结构。
四级结构的稳定性直接影响了酶的功能和催化活性。
二、酶的功能酶的主要功能是催化生物化学反应的进行，它可以加速反应速率，降低反应所需的能量，提高反应的选择性。
1.催化活性：酶通过与底物结合，降低反应的活化能，加速反应速率。
酶在催化反应中通常会与底物形成酶-底物复合物，然后通过调整底物的构象、提供合适的反应环境等方式，促使底物发生反应，最终得到产物。
酶与底物之间是亲和性相互作用，通过亲和力增加反应速率。
2.选择性：酶具有非常高的特异性，可以选择性地识别和结合底物。
酶与底物间的结合是通过亲和性相互作用实现的，不同底物与酶结合的结合位点和方式各不相同，使得酶能够识别不同的底物并进行调节。
酶的结构与功能探究
酶的结构与功能探究酶是一种具有催化作用的生物分子，可以加速生物体内化学反应的速率。
酶作为生物体内的重要物质，在人类和动植物等大型生物的体内发挥着重要的作用。
因此，对酶的结构和功能进行深入的探究，有助于进一步理解生物体内的化学反应及其机制。
一、酶的结构酶作为一种蛋白质，在分子结构上与其他蛋白质有很多相似之处。
酶分子通常由几百到几千个氨基酸组成，氨基酸的序列和排列方式确定了酶的三维结构。
酶的结构可以分为四个层次，即原始结构、二级结构、三级结构和四级结构。
原始结构是指蛋白质的氨基酸序列，它是由DNA上的基因决定的，是蛋白质分子形成的基础。
二级结构是由氨基酸间的氢键、π-π作用等成键方式形成的局部空间构象，主要有α-螺旋和β-折叠两种形式。
三级结构是由不同区域的二级结构和不同氢键、离子键、范德华键、疏水作用等作用形成的蛋白质分子的空间构象。
四级结构是指由两个或多个蛋白质分子组装起来构成的复合物结构。
在酶的结构中，蛋白质分子通常包含有一个或多个反应中心，称为活性位点。
它是酶分子中负责催化某种化学反应的关键部位，酶的催化作用主要由这些活性位点来完成。
二、酶的功能酶作为生物体内的催化剂，其主要功能是加速生物体内的化学反应，从而维持生命机体的正常运转。
在生物体内，酶参与了几乎所有的代谢过程，包括糖、脂肪和蛋白质的代谢，以及DNA复制和细胞分裂等。
酶的催化机制可以分为两种，即酸碱催化和酶的活性位点。
酸碱催化是指酶的活性位点中的酸性或碱性侧链参与到反应中去，从而加速反应的速率。
活性位点则是指酶分子中特定的结构区域，它能够与反应物形成特殊的化学键，从而加速反应的进行。
酶的活性位点通常具有特定的催化性能，如羟化作用、解氨作用、环化作用等。
此外，酶的催化作用还与酶本身的特性以及周围环境的条件有关。
酶的催化速率通常受到温度、pH值、离子强度、亚基浓度等因素的影响。
一些不利于酶的结构或功能的物质，如酸性物质和氧化剂等，也会对酶的催化作用产生负面影响。
酶的结构与功能
•
• 酶以酶的形式存在具有重要的生理意义。如消化道内蛋白酶以酶原的形 式工酶
• 同工酶是指催化相同的化学反应，而酶 蛋白的分子结构、理化性质及免疫特性 不同的一组酶。 • 同工酶对代谢调节有重要作用。
•
• （H型）。 乳酸脱氢酶：发现最早研究最多的同工酶。其亚基有两型骨骼肌型（M型）和心肌型
• 活性中心往往位于酶分子表面的凹陷处或裂缝处，也可以通过凹陷或 裂缝深入到酶分子内部。
• 酶的活性中心一旦被其他物质占据，或 某些理化因素使酶的空间构想破坏，则 丧失其催化活性。
三.酶原与酶原激活
• 某些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物 质称为酶原。 • 在一定条件下，酶原受某种因素作用后，被水解掉一个或几个特 定的肽段，致使构象发生改变，酶的活性中心形成或暴露，转化 成具有活性的酶，这一过程称为酶原激活。
酶的结构与功能
一.酶的分子组成
•
• • • • •
单纯酶：仅有氨基酸残疾构成的酶。
蛋白质部分：称为酶蛋白 结合酶 非蛋白质部分:称为辅助因子 无机金属离子
小分子有机化合物 根据与酶蛋白结合的紧密程度酶的辅助因子可分为辅酶和辅基。 与酶蛋白结合紧密，不能通过透析等简单方法将其分开的，称为 辅基；与酶蛋白结合疏松，用透析法易将其分开的，称为辅酶。 • 一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成一种特异性酶 ，而一种辅 助因子可以与多种酶蛋白结合成不同的特异性酶。酶蛋白决定酶 的专一性，而辅助因子在酶促反应中起递氢 递电子或传递某些基 团的作用。
二.酶的活性中心
• • • • • 酶蛋白分子中存在许多化学基团， 其中与酶活性密切相关的基团称为 必须基团。这些必需基团在一级 结构排列上相距很甚远，但在空间结构 上彼此靠近，形成能与底物特异性结合 能和底物特异结合并将底物转化为产物 • 的特定空间区域，这一区域称为酶的 • 活性中心。 • 酶活性中 • 心内必须 • 基团 • • 结合基团 催化基团 作用是与底物相结合形成复合 形成复合物。 作用是影响底物中某些化学键 的稳定性，催化底物发生化学 反应，并使之转化为产物。
酶的结构与功能
如下：一 每小时催化1克底物 定 每小时催化1ml某浓度溶液
条
件 每分钟催化1ug底物
一定时间 一定量底物
精选可编辑ppt
50
（1）国际单位（IU）
在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最适底 物浓度）一分钟内催化1微摩尔底物转化 为产物所需的酶量。 1 IU= 1 mol / min
——酶活力单位标准化
第二章 酶的结构与功能
主要内容 主要介绍酶的概念、催化特性及其化学本质，讨论酶的 结构特征和催化功能以及酶的作用机理，进而讨论影响 酶作用的主要因素。
重点 酶促反应动力学（影响酶反应的因素）；酶的作用机理
难点
激活剂、抑制剂的影响；别构调节
精选可编辑ppt
1
第一节 酶引论
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。 • 酶者，酒母也
• 异构酶催化各种同分异构体的相互转化， 即底物分子内基团或原子的重排过程。
• 例如，6-磷酸A 葡萄糖异B 构酶催化的反应
CH2OH P O OH
OH OH
OH
CH2OH P
CH2OH
O OH
OH OH
精选可编辑ppt
37
6、合成酶 Ligase or Synthetase
• 合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、 C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。这类 反应必须与ATP分解反应相互偶联。
每mg酶蛋白所含的酶活力单位数。 U/mg酶蛋白、 U/ml酶蛋白
酶产品质量评价中常使用，一定程 度上代表酶的纯度。
酶的结构与功能
酶的结构与功能酶是一种催化反应的蛋白质，对于生物体的新陈代谢和生命活动起着至关重要的作用。
本文将介绍酶的结构和功能，并探讨其在生物体中的作用。
一、酶的结构酶的结构一般由一级结构、二级结构、三级结构和四级结构组成。
1. 一级结构一级结构是指酶分子中氨基酸残基的线性排列方式。
这种排列方式决定了酶分子的序列。
2. 二级结构二级结构是指酶分子中氨基酸残基的局部空间排列方式。
常见的二级结构有α-螺旋和β-折叠。
3. 三级结构三级结构是指酶分子整体的立体结构。
它由氨基酸残基的空间位置和键的取向决定。
4. 四级结构四级结构是指酶分子与其他酶分子相互作用形成的结构。
有些酶由多个多肽链组成，通过非共价键和共价键相互作用形成四级结构。
二、酶的功能酶的功能主要通过其特定的结构来实现。
以下是酶的几种主要功能：1. 催化反应酶作为生物体内的催化剂，能够加速化学反应速率，降低反应活化能。
通过酶的催化作用，生物体能够在较温和的条件下，高效地完成各种代谢反应。
2. 选择性催化酶对于底物的选择性很高，只催化特定的底物。
这是由于酶与底物之间的亲和力和空间适配性所决定的。
通过选择性催化，酶能够保证生物体内复杂的代谢网络的正常运行。
3. 调控代谢酶在代谢调控中起着重要作用。
酶的活性可以受到调控子的调节，如激活子和抑制子等。
通过这种调控方式，生物体可以适应环境的变化，调整代谢途径。
4. 参与信号传导一些酶还可以参与细胞内的信号传导。
例如，激酶能够磷酸化特定的蛋白质，从而改变其功能或活性。
这种信号传导方式在细胞内的生理和病理过程中起着重要作用。
三、酶的作用酶在生物体内发挥着多种作用，以下是几个常见的例子：1. 消化酶消化酶是消化系统中的酶，能够催化食物中的大分子物质如蛋白质、碳水化合物和脂肪的分解。
例如，胰蛋白酶能够将蛋白质分解为氨基酸，以供生物体吸收利用。
2. 代谢酶代谢酶参与生物体的新陈代谢过程，如糖酵解、脂肪酸合成等。
例如，糖酶能够催化葡萄糖分解为丙酮酸以供能量产生。
第二章 酶的结构与功能2012
E+S
k1
ES
k3
P+E
k2
稳态时ES浓度不变
反应速度 V=k3[ES] ES的生成速度=消耗速度 k1[E][S]=k2[ES] + k3[ES] E的质量平衡方程 米氏方程
V=
V[S] Km + [S]
V=Vmax=k3[ES]max=k3[Et] Km= k2 + k3 k1 米氏常数
[E]=[Et] - [ES]
S
2.1.1.2 动力学参数的意义 （1）米氏常数Km的意义
V Vmax Vmax/2
Vmax 2
Km
[S]
Vmax[S] ＝ Km + [S]
Km＝[S]
∴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。
①Km是酶的特性常数：
与pH 、温度、离子强度、酶及底物种类有关，与酶浓度无 关，可以鉴定酶。
反相层析中的离子配对试剂的作用
反相层析中的离子配对试剂的作用
酶的提纯
双水相萃取法--Two-aqueous phase extraction
1.1%右旋糖苷+0.36%甲基纤维素
右旋糖苷0.39% 甲基纤维素0.65% 右旋糖苷1.58% 甲基纤维素0.15%
人生长激素提取
不均一相 用于分离的体系: PEG/Dextran PEG/Dextran 硫酸盐 PEG/硫酸盐 PEG/磷酸盐
酶的提纯
（1）膜分离技术： 微孔过滤，0.02-10um,分离完整细胞； 超滤技术，1-20nm,分离300KD以上蛋白质； 反渗析技术，1-10nm，分离100-300KD蛋白质。 （2）相分离技术： 膜蛋白分离采用水-有机溶剂混合物加非离子去垢剂； 可溶性蛋白采用聚乙二醇-葡聚糖或聚乙二醇-右旋糖酐等双 水相系统。 （3）层析技术：用酶的底物、底物类似物、抑制剂等与载 体共价连接制成亲和层吸柱；反相层析技术。 （4）萃取技术：双水相萃取技术；反胶束萃取技术。
酶的分子结构和功能
一、底物浓度对反应速率的影响
研究前提
I. 单底物、单产物反应 II. 酶促反应速率一般用单位时间内底物的消
耗量和产物的生成量来表示 III.反应速率取其初速率，即底物的消耗量很
小（一般在5﹪以内）时的反应速率 IV.底物浓度远远大于酶浓度
一
012345678
底
物
浓
80
S + E
度
↓
对
60
P
产物P
“五个相互”
酶诱导底物形成过渡态
底物
过渡态
产物
X 若只是与底物互补结合则无 催化反应
酶不但能与底物结合，还能诱导底物形成过渡态
酶促反应的其他机制
➢ 邻近效应与定向排列
➢ 多元催化(multielement catalysis) ➢ 表面效应(surface effect)
酶活性中心多为疏水性“口袋”
• 底物（substrate）：酶的催化下，发生化学 变化的物质
• 产物（product）：反应后生成的物质 • 限速酶或关键酶（rate-limiting enzyme/ key
enzyme）：催化反应速率最慢，决定整个 代谢途径总速率和反应方面的酶
二、酶的分类及命名 (自学)
酶的分类（催化化学反应的性质）
常见：维生素及其衍生物
辅基
辅酶
辅助因子为金属离子可分为：
金属激活酶：金属离子与酶的结合不甚紧密
金属酶：金属离子与酶结合紧密，提取过程
中不易丢失 辅助因子可分为：
辅酶:与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去
辅基:与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤 的方法除去
某些辅酶（辅基）在催化中的作用
转移的基团 氢原子（质子）
酶的结构与功能范文
酶的结构与功能范文一、酶的结构：酶的结构通常由多个蛋白质组成，这些蛋白质会在特定空间中相互作用。
酶的结构可以分为四个层次：主要结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1.主要结构：主要结构是指酶由氨基酸组成的线性序列。
主要结构决定了酶的氨基酸序列以及它们的连接方式。
2.二级结构：二级结构指的是酶中氨基酸之间的局部氢键和电荷作用，它包括α-螺旋和β-折叠。
α-螺旋是一种螺旋形状，由氢键连接螺旋周围的氨基酸。
β-折叠是一种折叠形状，由氢键连接折叠周围的氨基酸。
3.三级结构：三级结构指的是酶中不同二级结构的相对位置和空间排列。
这些二级结构之间通过氢键、离子键、范德华力和疏水作用相互作用。
三级结构决定了酶的特殊功能，并决定了酶与底物之间的相互作用。
4.四级结构：有些酶由多个亚基组成，每个亚基都具有自己的三级结构。
这些亚基通过非共价键相互连接形成复合物。
四级结构决定了酶的整体构型和稳定性。
二、酶的功能：酶在生物体内负责催化和调控多种生化反应。
酶有多种功能，包括催化反应、调控代谢通路、参与信号传导和分子识别。
1.催化反应：酶通过降低活化能来加速化学反应。
活化能是指反应开始之前分子必须克服的能量障碍。
酶通过调整反应物的构型，提供催化位点以及通过酸碱性质等方式来降低活化能。
2.调控代谢通路：大多数代谢通路都涉及多个酶的协同作用。
酶可以调控代谢途径中的反应速率，以满足细胞对物质的需要。
酶可以在需求增加时被激活，或在需求减少时被抑制。
调节酶的活性可以通过多种方式，如底物浓度反馈机制、酶的翻译和转录调控等。
3.参与信号传导：许多酶参与细胞内外信号传导，从而调控细胞的生理功能。
例如，激酶和蛋白酶可以通过磷酸化和去磷酸化等方式调控信号通路的激活和抑制。
4.分子识别：许多酶具有高度的选择性，可以识别特定的底物和配体。
酶通过其结构中的亲和位点和活性位点与特定分子相互作用。
酶和底物之间的相互作用是通过非共价键，如氢键、电荷作用和疏水效应等来实现的。
酶的结构和功能
酶的结构和功能酶是生物体中的一种特殊蛋白质，具有特异的作用，能够加速化学反应的速率，使得生命活动得以进行。
酶的结构和功能是人们长期以来研究的重点之一，其中包括酶的组成、构造、催化机理、反应特异性等。
本文将从这些方面对酶的结构和功能进行探讨。
一、酶的组成和构造酶是由蛋白质组成的，分子量一般在10万至100万Dalton之间。
酶由多个氨基酸残基组成，其结构和功能均受氨基酸序列的决定。
酶的氨基酸序列通常经过折叠和缠绕等过程而形成三维空间结构，这种结构对于酶的功能非常关键。
事实上，酶的三维结构是其功能的保证，如果酶的结构受到破坏或变异，则其催化作用也会受到影响。
酶的组成一般包括两个主要部分：酶原和辅因子。
酶原是由蛋白质合成的一种不具备催化活性的前体，它通过某些生化过程转化为活性的酶。
辅因子是酶活性所必需的非蛋白质成分，与酶原不同，辅因子一般不能通过化学反应使酶活性产生。
辅因子包括无机离子、酶原、辅酶等。
二、酶的催化机理酶的催化过程是一种复杂的生化反应，主要通过酶与底物之间的相互作用实现。
酶通过与底物结合而使其形成一个中间体，这个中间体在酶的作用下发生转化，最终形成产物。
在催化反应的整个过程中，酶的作用主要是提供一个特定的微环境，通过降低反应活化能而促进底物转化。
同时，酶与底物之间还存在一种相互的作用力，这种作用力一般称为亲和力，通过调整亲和力的大小来控制催化反应的速率和特异性。
酶催化反应的速率通常受到以下几个因素的影响：温度、pH值、离子强度、底物浓度、抑制剂等。
其中，温度是影响酶催化作用最显著的因素，当温度升高时，酶活性通常会提高，但当温度过高时，酶的结构易受到破坏，活性也会受到影响。
三、酶的反应特异性酶的反应特异性是指酶对底物的选择性，不同酶对应不同的底物。
酶反应特异性的原因主要在于其三位结构的特殊性。
酶的三维结构决定了其活性中心的空间构型和电荷状态，而活性中心则与底物之间的相互作用有关，这种相互作用通常包括氢键、静电作用、范德华力、疏水作用等。
酶的分子结构与功能
完全由氨基酸组成，活性由蛋白质结构决定。 如：蛋白酶、脂酶、淀粉酶，核糖核酸酶
• 结合酶（全酶）（conjugated enzyme）
2
一、酶的分子组成
酶（蛋白质）的化学性质
水解产物是氨基酸 具有蛋白质的呈色反应 具有电泳特征 具有蛋白质沉淀反应 蛋白质变性
22
谢谢大家！
23
催化基团—影响底物分子中某些化学键的稳定性， 促进底物转化为产物。 结合基团—与底物结合生成酶-底物复合物。
8
二、酶的活性中心（active center）
常见的必需基团
• 主要包括： • 丝氨酸的羟基 • 半胱氨酸的巯基 • 谷氨酸的羧基 • 组氨酸的咪唑基。
O
H2N
CH C
OH
CH2
OH O
H2N
ohohshsh二酶的活性中心activecenter酶的活性中心存在于酶分子中的必需基团空间上彼此靠近形成一定的空间结构区域这个区域能与底物特异结合并将底物转化为产物起催化作用的空间区域称为酶的活性中心
第二节 酶的结构与功能
1
第一节 酶的分子结构与功能
一、酶的分子组成 • 酶的本质——具有蛋白质的一切物理化学性质。
3
一、酶的分子组成
全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子
全酶 (holoenzyme)
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
辅酶 辅助因子 (cofactor) 辅基
酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结 合为全酶才有催化活性。
酶蛋白决定酶催化专一性，辅助因子通常是作为电子、 原子或某些化学基团的载体决定反应的性质。
酶的结构与功能
酶的结构与功能酶是一类重要的蛋白质生物催化剂，它们在生物体内起到了至关重要的作用。
通过调节化学反应速率，酶使生物体能够维持正常的新陈代谢，并参与细胞的生长和分裂等基本过程。
酶的结构与功能密切相关，下面将介绍酶的结构层次、酶活性中心以及酶的功能调控等方面内容。
一、酶的结构层次酶的结构层次涉及到四个主要层次：原初结构、二级结构、三级结构和四级结构。
1. 原初结构原初结构是指酶的氨基酸序列，也被称为多肽链。
酶的结构和功能都由其氨基酸序列决定。
2. 二级结构酶的二级结构是指多肽链中部分区域的局部结构。
常见的二级结构有α-螺旋、β-折叠和随机卷曲等。
3. 三级结构酶的三级结构是指整个酶分子的空间构型，由多肽链在空间上的折叠形成。
具体的折叠方式决定了酶的活性。
4. 四级结构四级结构是指由两个或多个多肽链相互作用形成的具有功能的酶。
这些多肽链称为亚基，它们可以组装成多种复合酶。
二、酶的活性中心酶的活性中心是指酶分子上参与催化反应的特定位点。
酶的活性中心通常由一些特定的氨基酸残基组成，这些残基能够通过特定的化学反应来促进催化过程的进行。
酶的活性中心通常具有以下特点：1. 活性中心具有亲和力，能够与底物结合形成酶底物复合物。
2. 活性中心具有催化活性，能够促进底物发生化学反应，使反应速率加快。
3. 活性中心具有特异性，只针对特定的底物。
三、酶的功能调控酶的功能调控是一种能够有效调控酶活性和酶产物生成的机制。
酶的功能调控可以通过多种方式实现。
1. 底物浓度调控酶的活性通常受到底物浓度的调控。
当底物浓度较低时，酶的活性相对较低；而当底物浓度较高时，酶的活性则相对较高。
2. 酶的结构调控酶的结构调控是通过改变酶的构象来调控其活性。
例如，酶的结构在不同的温度和pH条件下可能会发生变化，从而影响酶的活性。
3. 酶的调控蛋白某些酶的活性还可以通过结合与之结合的调控蛋白得以调控。
这类调控蛋白可以激活或抑制酶的活性，实现对酶功能的调节。
酶系统的结构和功能
酶系统的结构和功能酶是一类能帮助催化生化反应的蛋白质。
我们可以将酶比喻成是化学反应中都需要的“关键”，因为它们能够加速反应，从而使得生化反应在较短的时间内完成。
酶的功能是由它们特殊的结构所决定的。
这些结构在其中的典型表现是独有的三维空间构型，它们还具有着特殊的酶活性位点和催化中心。
酶的功能和催化反应的速率和选择性密切相关，同时由于它们能够在生命体内不断运作，因此酶活性的稳定性和可逆性也极为重要。
酶的结构和功能理解起来是一个十分复杂的过程，因此我们将从阐述酶分子的基本结构出发，来进一步深入地探讨酶的功能。
1. 酶的分子组成酶通常由一系列氨基酸残基组成，这些残基的排列顺序就构成了连通的链式结构，在空间上排列成三维构型。
除此之外，酶分子还包含一些辅助基元，如金属离子、辅酶等。
辅因子中最常见的是辅酶，它们是酶分子的非蛋白部分，常与蛋白质结合，而且对于酶的催化活性的发挥起着非常关键的作用。
2. 酶催化的机理酶对于特定反应的催化机理是非常复杂的。
首先，在酶的活性位点中，酶的底物会与酶分子结合，然后会形成一些中间体，从而最终产生反应产物。
这个过程可以分解成两个子过程，反应物在活性位点中结合，并形成一些反应合适的状态。
在酶的催化下，副产物的自由能发生了改变，从而增强了目标化学键断裂和生成。
强酸和弱酸酶的催化机理不同，前者3. 酶对底物的选择性酶对于底物的选择性是非常高的。
酶实际上是由于其活性位点的结构、朝向和电荷分布等因素导致的。
同时，所有的酶都有阈值活性，即所有底物的反应都与酶的最少量相关。
酶与生物学的关系非常密切，作为我们体内的“工厂”，其对于生命体的正常运转至关重要。
现代科学正在以飞速的速度不断深入探究酶系统，因此认识更多酶系统的细节和机理有助于我们更加深入地认识生物。
酶的结构和功能
酶的结构和功能酶是一类生物催化剂，它们在细胞中起着至关重要的作用。
本文将探讨酶的结构和功能，并通过对酶的研究来揭示其在生物体内的重要性。
一、酶的结构酶的结构通常包括蛋白质和非蛋白质组分。
蛋白质是酶的主要构成部分，它由一条或多条多肽链组成。
酶的多肽链可以分为一个或多个结构域，每个结构域都有特定的功能。
非蛋白质组分可以是辅酶、金属离子等，它们与蛋白质组成酶的辅助部分，对酶的催化活性起到重要的调节作用。
二、酶的功能酶具有高度的专一性和高效的催化活性。
它们可以促使生化反应的进行，降低能量的需求，并加速化学反应的速率。
酶可以作用于底物的特定化学键，通过改变反应的活化能，促使反应在细胞内的适宜条件下快速进行。
酶在生物体内起着非常重要的作用。
首先，酶催化合成反应，参与生物体内大量复杂分子的合成过程。
例如，DNA复制过程中的DNA聚合酶能够使得DNA链合成迅速进行，保证基因信息的传递准确性。
其次，酶能够催化降解反应，参与有机物的代谢和能量转化。
例如，消化系统中的消化酶能够将食物中的大分子物质降解为小分子物质，使其能够被身体吸收利用。
此外，酶还能调节细胞内代谢过程的平衡，维持生物体内稳定的内环境。
酶通过调控代谢途径中的关键酶活性，使细胞内各种代谢过程协调、平衡进行。
三、酶的调节酶的活性受到多种因素的影响，包括温度、pH值、金属离子和调节分子等。
其中，温度是一种重要的影响因素。
适宜的温度能够促进酶的活性，提高反应速率。
然而，过高的温度会使酶的构象发生变化，导致其失去催化活性。
此外，pH值也是调节酶活性的重要因素。
不同的酶对于pH值有不同的适应性范围，超出该范围会影响酶的催化性能。
金属离子和调节分子可以作为辅助因子结合到酶的活性部位，调节酶的催化活性。
四、酶的应用酶在工业生产和日常生活中有许多应用。
例如，制药工业中使用酶来合成药物或提取药物成分，从而提高合成效率和纯度。
酶还可以用于食品工业中，例如制作面包和酒精发酵过程中，酶可以帮助分解葡萄糖、淀粉和蛋白质等成分，促进发酵反应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ 2.2.1.1 竞争性抑制
1
[I]增大
v
对照
－1 Km
－1 K'm
1 Vmax
1 [S]
图2.9 竟争性抑制的双倒数作图
K'm 斜率= Km Ki
－Ki
Km [I]
图2.10 竟争性抑制的二次作图
竞争性抑制
竞争性抑制 的双倒数作图
氨甲喋呤
四氢叶酸
pepsin
HIV-1 proteinase
过渡态（transition state）底物（S≠）比基态底 物（S）更易与酶结合并形成产物，因而过渡态类似物比一 般的底物类似物有更强的抑制效应。
2.2.1.2 非竞争性抑制 2.2.1.3 反竞争性抑制 2.2.1.4 混合性抑制
表2.2 几种同位抑制作用动力学的比较 表2.3 双底物反应中同位可逆抑制剂的抑制类型
序列随机反应
乒乓反应
乒乓机制的反应动力学及作图
序列机制的反应动力学方程及作图
2.2 酶的抑制作用
凡能降低酶催化活性的物质均可认为是 酶的抑制剂。酶在抑制剂作用下活力下降 甚至丧失，称为抑制作用。
（1）抑制程度表示方法： （2）抑制作用的分类： （3）不可逆抑制与可逆抑制的鉴别：
2.2.1 可逆抑制作用
max[S]
Km [S]
2.1.1.2 Km和Vmax的意义
2.1.1.3 催化常数（Catalytic constant,
Kcat）或转换数（turnover number,TN）
❖
常用Kcat/Km表示酶的催化效率，为酶专一性的定
量尺度。
2.1.1.4 作图法求Km和Vmax
（1）Lineweaver-Burk作图法： （2）Eadie-Hofstee作图法： （3）Hanes-Woolf作图法： （4）Eisenthal和Cornish-Bowden作图法
第二章
酶的结构与功能
在生物化学发展历史上，酶学是个经久不衰的主 题，一方面，代谢途径及其调控机制的阐明有赖于关键酶 的分离、纯化及其动力学和调控的研究，另一方面，许多 酶又是研究蛋白质、核酸和聚糖结构与功能的重要工具。 随着生物化学和分子生物学相关领域以及其它学科的发展， 尤其是结构生物学、蛋白质组学、基因工程、蛋白质工程 和免疫学的理论和技术向酶学的渗透，为酶学发展注入新 的活力。当前，酶学发展主要有两大方向：即分子酶学和 应用酶学。分子酶学重点研究酶的分子生物学，酶的分子 结构、作用机制和调控，酶的合成、分拣、转运和定位等。 应用酶学则包括酶法分析、酶工程、组织酶学、药理酶学、 eous phase extraction
1.1%右旋糖苷+0.36%甲基纤维素
人生长激素提取
右旋糖苷0.39% 甲基纤维素0.65%
右旋糖苷1.58% 甲基纤维素0.15%
不均一相
用于分离的体系: PEG/Dextran PEG/Dextran 硫酸盐 PEG/硫酸盐 PEG/磷酸盐
5-氟尿嘧啶（5-FU）
5-氟尿嘧啶脱氧核苷 酸（d-5FUMP）
6-巯基嘌呤（6-MP）
别嘌呤醇 ε-氨基已酸 苯丙胺 麻黄素 L-氮酪氨酸
尿嘧啶核苷磷酸化酶 胸嘧啶核苷磷酸化酶
胸嘧啶核苷酸合成酶
次黄嘌呤、鸟嘌呤磷酸核 糖转移酶
黄嘌呤氧化酶
纤溶酶 单胺氧化酶 单胺氧化酶 酪氨酸蛋白激酶
尿嘧啶 胸嘧啶
2.1.酶促反应动力学
• 化学热力学说明反应的起点和终点， 解决反应的方向和限度。动力学研究 反应速度及各种因素如何定量地影响 反应速度。酶仅在热力学允许的范围 内加速反应进程，或将耗能反应与放 能过程相偶联。
2.1.1 单底物酶促反应动力学
• 2.1.1.1 Michaelis—Menten方程：
2.1.2 多底物酶促反应的动力学
2.1.2.1 Cleland命名与表示法 2.1.2.2 双底物双产物酶促反应动力学分类
（1）序列有序反应 （2）序列随机反应 （3）乒乓反应
2.1.2.3 双底物产物反应的动力学方程
（1）乒乓机制的反应动力学及作图 （2）序列机制的反应动力学方程及作图
序列有序反应
2.2.1.5 底物抑制与产物抑制
• Noncompetitive inhibitors interact with both E and ES
• Obviously, then, the inhibitor is not binding to the same site as S, and the inhibition cannot be overcome by raising [S].
抗癌作用（抑制核苷酸合成）
d-UMP
抗癌作用（抑制DNA合成）
次黄嘌呤 鸟嘌呤
抗白血病（抑制核苷酸合成）
次黄嘌呤、黄嘌呤 抗痛风（抑制尿酸合成）
赖氨酰 肾上腺素 去甲肾上腺素 酪氨酰
止血，抗纤溶（抑制纤溶酶） 中枢兴奋 抗哮喘 抗癌作用（抑制RPTK）
adenosine deaminase 腺苷脱氨酶
1 Vi
＝（1+ 〔I〕）× Ki
（
1 Vmax
＋VKmmax〔1S〕 ）
2003年美国FDA批准的抗HIV药是HIV蛋白酶抑制剂
表2.1 某些药物或其代谢物对酶的竞争抑制
药物（抑制剂） 磺胺类
氨基喋呤 氨甲喋呤（MTX）
被抑制的酶 二氢叶酸合成酶（细菌）
二氢叶酸还原酶（细菌）
竞争底物 对-氨基苯甲酸 二氢叶酸
临床应用及机制 抑菌作用（抑制THFA合成） 抗白血病（抑制THFA合成）
酶的提纯
反胶束(reversed micelle)萃取法
反胶束 是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的一种聚集体 临界胶束浓度--CMC:胶束形成的最低表面活性剂浓度
反胶束(reversed micelle)萃取法
AOT:丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠
反相层析中的离子配对试剂的作用
反相层析中的离子配对试剂的作用
d[ES] dt k1[E][S] k1[ES] k2[ES] 0
[E][S ] k1 k2
[ES]
k1
k1 k2 k1
Km
[ E ][S ] [ES]
k2[ES] k2[ES]
[ET ] [ET ] [E] [ES]
k2[E][S] / Km
[ET ] [E] [E][S] / Km