第三章 酶

同工酶：酶分子组成结构不同，理化性质 不同和免疫学性质不同而能催化同一个化 学反应的一组酶互称同工酶。
不同组织中LDH同工酶的电泳图谱
LDH1(H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5(M4) 心肌 肾 肝 骨骼肌 血清
+
-
原点
乳酸脱氢酶同工酶形成示意图
蛋白质类辅酶 蛋白质类辅酶本身不起催化作用， 但为某些酶的活性所必需。他们一般分 子较小，有较高的耐热性，主要参与氧 化还原反应和电子传递作用，如：铁硫 蛋白和细胞色素等，利用分子中的金属 离子的价键变化参加反应。
第二节 酶的结构与功能
三、酶的结构与功能 （一）酶的活性中心和必需基团 结合基团 活性中心内必需基团 催化基团 活性中心外必需基团
* 当v=Vmax/2时，Km=[S]（ Km的单位为浓度单位）
* 是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是蛋白质的观念， 其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性的天然RNA— Ribozyme。 L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个最著名的例子。 1955年，发现DNA的催化活性。 (3)抗体酶（abzyme）： 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克隆抗体技术制备 了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。
限速酶: 在多酶体系中控制着整个代 谢通路进行速度, 所催化的反应速度 最慢的酶, 通过别构和化学修饰调节 此酶活性。 一、别构酶 别构调节：特异的代谢物分子结合于 一些酶活性中心以外的部位，改变酶 的构象，从而改变酶活性的方式。受 此调节的酶为别构酶。
酶的别构（变构）效应示意图
效应剂
别 构 中 心
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
胰凝乳 蛋白酶
胃蛋白酶
弹性蛋白酶 胰蛋白酶
第一节：酶是生物催化剂
三、酶的分类与命名 酶的命名有两在体系： 习惯命名法
系统命名法
第一节：酶是生物催化剂
习惯命名法的命名原则： 1、酶催化的化学反应性质 2、酶的作用底物 3、酶的来源 习惯命名法的优点是： 1、方便实用 2、简单直观
2、亲电催化： 催化剂与底物的作用与 亲核催化相反，亲电子催化剂从底物中 吸取一个电子对。酶分子亲电子的基团 有亲核碱基被质子化的共轭酸。 有时其必需的亲电子物质不是上述 的共轭酸，而是由酶中非蛋白组成的辅 因子提供，其中金属阳离子是很重要的 一类。
调节酶：是指能对代谢进行调节的 酶，调节酶分子中有活性区和调节 区，其催化活力可因与调节剂的结 合而改变，有调节代调代谢的功能。 调节酶分共价调节和变构调节两类。
第二节 酶的结构与功能
二、酶的化学组成 单纯酶 酶蛋白 结合酶 辅助因子 全酶
第二节 酶的结构与功能
辅酶或辅基
辅 助 因 子 金属酶 金属离子 金属活化酶
第二节 酶的结构与功能
金属离子在酶活性中的作用 1、维持酶分子活性构象； 2、在酶催化过程中起传递电子的作用； 3、在酶与底物之间起桥梁作用； 4、利用离子的电荷影响酶的活性，以 利于酶与底物之间的结合。
乳酸脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27
第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号
第一节：酶是生物催化剂
习惯命名法的缺点是： 不同地区的人，习惯不同，往往出 现一酶多名或多酶一名的现象，这一情 况对于不同地区的人们在学术交流中产 生障碍和不必要的争议。
维生素与辅酶
维生素
1. B1(硫胺素) 2. B2(核黄素 )
辅酶
TPP FMN、FAD
功能
醛基转移、 α -酮酸脱羧 氧化还原反应、 氢转移
3. PP [尼克酸（酰胺）]
4. 泛酸（遍多酸） 5. B6 [吡哆醇（醛、酸）] 6. 叶酸 7. 生物素 8. C（抗坏血酸） 9. 硫辛酸 10. B12（氰钴氨素）
R R R R R R
C C
C
C C
无催化活性构象(T-型)
有催化活性构象(R-型)
别构酶的序变模型
Sபைடு நூலகம்
S
S
S S
S
S S S
S
S S S S
亚基全部 处于R型
亚基全部 处于T型
依次序变化
别构酶的齐变模型
T状态（对称亚基）
S
S
S
S S
S
S S S
S
S S S S
T状态（对称亚基）
对称亚基
齐步变化
酶的共价修饰 反应是酶促反 应，只要有少 量信号分子 （如激素）存 在，即可通过 加速这种酶促 反应，而使大 量的另一种酶 发生化学修饰， 从而获得放大 效应。这种调 节方式快速、 效率极高。
肾上腺素或 胰高血糖素
1、腺苷酸环化酶
（无活性） 腺苷酸环化酶（活性）
肾上腺素或 胰高血糖素
1
2、ATP
cAMP
第三节 酶的作用原理
1、亲核催化作用：具有一个非共用电 子对的基团或原子，攻击缺少电子具有 部分正电性的原子，并利用非共用电子 对形成共价键催化反应。酶分子中具有 催化功能的亲核基团主要是：组氨酸的 咪唑基、丝氨酸的羟基及半胱氨酸的巯 基。
第三节 酶的作用原理
第三节 酶的作用原理
第三节 酶的作用原理
对称亚基
v
a
b
[S] 别构酶v与[S]的关系曲线 a: 普通酶 b: 别构酶
共价调节酶：一个酶在另一个 酶的作用下，发生共价键的变 化，从而引起酶分子的空间结 构发生改变，而对代谢进行调 节的调节方式称为共价调节。
ATP
激酶
ADP
磷酸化酶
（无活性）
磷酸化酶
P -OH
磷酸酯酶 （有活性）
P
H2O
酶级联系统 调控示意图 意义：由于
第三节 酶的作用原理
第三节 酶的作用原理
第三节 酶的作用原理
第三节 酶的作用原理
（二）底 物变形与 张力作用
第三节 酶的作用原理
（三）共价催化作用 酶与底物结合形 成一个活性很高的共价中间产物，这个 中间产物以较大的几率转变为过渡状态， 因此反应的活化能大大降低，底物可以 越过较低的能阈而形成产物。共价催化 作用可分为亲核催化作用和亲电子催化 作用两大类。
单分子酶促反应的米氏方程及Km
k2 ES E S P E k 1
k1
米氏方程:
Vmax S v K m S
米氏常数:
k 1 k2 Km k1
推导原则：从酶被底物饱和的现象出发，按照
“稳态平 衡”假说的设想进行推导。
米氏常数的意义
G 能 量 水 平
E1
ES
E2
E+S
P+ E
反应过程
第三节 酶的作用原理
二、中间复合物学说和酶作用的过渡态
k2 E S ES P E k 1
k1
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270
Zn
为底物
Zn
第三节 酶的作用原理
三、酶作用高效率的机制 （一）底物的趋近与定向效应
结构基因 a b
乳酸脱氢酶同 工酶电泳图谱
mRNA
–
多肽 亚基
点样线
M4 M3H M2H2
MH3
四聚体 H4
+
酶促反应动力学
酶促反应的动力学是用数学的手段 对影响酶促反应速度的因素进行定量描 述的处理方法。 影响酶促反应速度的因素总结起来有：
1、底物浓度 2、酶浓度 3、温度 4、pH值 5、激动剂 6、抑制剂
第一节：酶是生物催化剂
一、酶的生物学意义 酶是由活细胞合成并分泌 的具有催化作用的蛋白质或核酸（RNA）。 与一般催化剂比较，酶有以下的共同点 1、酶能提高化学反应速度，在反应前后酶的数量和 质量不发生变化； 2、酶即能提高正反应速度，也能提高副反应速度； 3、酶只能缩短反应达到平衡的时间，而不能改变 平衡常数； 4、酶只能催化热力学允许的反应。
第一节：酶是生物催化剂
与一般催化剂比较，酶所具有的特点： 1、酶的作用条件温和； 2、酶的效率高； 3、酶具有高度的专一性； 4、酶活性的可调节性；
5、酶的自我更新。
第一节：酶是生物催化剂
绝对专一性 对底物选择 相对专一性 对化学键选择 立体专一性
第一节：酶是生物催化剂
消化道内几种蛋白酶的专一性
第一节：酶是生物催化剂
酶的分类 国际酶学委员会根据酶所催化的化 学反应类型，将酶分为六大类：
1、氧化还原酶类(oxidoreductases) 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)
活性 中心

调控部位(Regulatory site):酶分子中存在着一 些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位， 从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或 抑制作用
ATCase的结构及其 催化链的别构过度作 用
C C C
C
ATP（正效应剂） CTP（负效应剂）
C
R R
C C
R R R R
P
2ATP
2ADP
Mg2+
2Pi 2H2O
OH 磷蛋白磷酸酶 O P 磷酸化酶 b 二聚体 无活性 磷酸化酶 a 二聚体 低活性
O
O P
P