沈阳药科大学生物化学课件——第3章 酶
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第三章 生物化学课件 酶与辅酶
发展史
(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。
酶催化进行的反应——酶促反应 底物、产物(P50)
能 量 水 平
E1
ES
E2
E+S
G
途径进行，降低反应所
需活化能，所以能加快 反应速度。
P+ E
反应过程
中间产（络合）物学说
• 第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合 物。当底物分子在酶作用下发生化学变化 后，中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S P + E • 许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E －S复合物形成的速率与酶和底物的性质有 关。 • （中间产物很不稳定，存在时间非常短暂）
酶专一性的“诱导契合学说”
三、 酶高效催化的因素
(1)临近效应、定向效应： 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底 物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速 度； 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和 定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被 严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。 (2)“张力”和“形变” ： 底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使 底物分子的敏感键产生“张力”甚至“形变” ，从而促 使酶－底物中间产物进入过渡态。
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）
胰凝乳 蛋白酶
胃蛋白酶
弹性蛋白酶 胰蛋白酶
生物化学之酶ppt课件
非竞争性抑制剂
与酶活性中心以外的部位结合，改变酶的空间构象，使酶活性降低或 丧失，如磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的抑制。
酶抑制剂的应用
医学领域
用于治疗疾病，如酶抑制剂作为抗病毒药 物、抗肿瘤药物和抗菌药物等。
生物工程领域
用于改造和优化生物催化剂的性能，提高 生物催化过程的效率和选择性。
农业领域
用于研发新型农药和除草剂，提高农作物 产量和品质。
来调节细胞内酶的含量。
酶抑制剂的分类与作用
不可逆抑制剂
与酶共价结合，使酶永久失活，如有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的抑制 。
可逆抑制剂
与酶非共价结合，可通过物理或化学方法去除抑制剂而恢复酶活性， 包括竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制剂。
竞争性抑制剂
与底物竞争酶的活性中心，降低酶对底物的亲和力，如丙二酸对琥珀 酸脱氢酶的抑制。
环境领域
用于治理环境污染，如利用酶抑制剂降解 有毒有害物质。
04
酶在生物体内的代谢
酶与生物氧化
酶催化生物氧化反应
生物氧化是在生物体内进行的氧化反 应，酶作为生物催化剂能够加速这些 反应的进行。
酶与抗氧化系统
生物体内存在抗氧化系统以抵抗氧化 应激，酶如超氧化物歧化酶（SOD） 等在此系统中发挥重要作用。
酶的结构与功能
结构
酶分子通常具有复杂的四级结构，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（ α-螺旋、β-折叠等）、三级结构（整体折叠形态）和四级结构（亚基组成）。
功能
酶通过降低化学反应的活化能来加速反应速率，具有高效性、专一性和可调节 性等特点。此外，酶还能参与信号传导、物质运输和能量转换等生物过程。
酶抑制剂筛选方法
基于活性的筛选
与酶活性中心以外的部位结合，改变酶的空间构象，使酶活性降低或 丧失，如磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的抑制。
酶抑制剂的应用
医学领域
用于治疗疾病，如酶抑制剂作为抗病毒药 物、抗肿瘤药物和抗菌药物等。
生物工程领域
用于改造和优化生物催化剂的性能，提高 生物催化过程的效率和选择性。
农业领域
用于研发新型农药和除草剂，提高农作物 产量和品质。
来调节细胞内酶的含量。
酶抑制剂的分类与作用
不可逆抑制剂
与酶共价结合，使酶永久失活，如有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的抑制 。
可逆抑制剂
与酶非共价结合，可通过物理或化学方法去除抑制剂而恢复酶活性， 包括竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制剂。
竞争性抑制剂
与底物竞争酶的活性中心，降低酶对底物的亲和力，如丙二酸对琥珀 酸脱氢酶的抑制。
环境领域
用于治理环境污染，如利用酶抑制剂降解 有毒有害物质。
04
酶在生物体内的代谢
酶与生物氧化
酶催化生物氧化反应
生物氧化是在生物体内进行的氧化反 应，酶作为生物催化剂能够加速这些 反应的进行。
酶与抗氧化系统
生物体内存在抗氧化系统以抵抗氧化 应激，酶如超氧化物歧化酶（SOD） 等在此系统中发挥重要作用。
酶的结构与功能
结构
酶分子通常具有复杂的四级结构，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（ α-螺旋、β-折叠等）、三级结构（整体折叠形态）和四级结构（亚基组成）。
功能
酶通过降低化学反应的活化能来加速反应速率，具有高效性、专一性和可调节 性等特点。此外，酶还能参与信号传导、物质运输和能量转换等生物过程。
酶抑制剂筛选方法
基于活性的筛选
生物化学生物化学生物化学第三章酶
*1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶 和胰凝乳蛋白酶的结晶。
教学ppt
J.B.Sumner
J.H.Northrop
证明了酶是蛋白质
6
*某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
教学ppt
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
模拟生物催化剂：
8
教学ppt
二、酶的催化作用特点
(一)、酶与一般催化剂的共性
1、只能催化热力学上允许的反应，降低反应的活化能 2、不改变化学反应平衡常数 3、反应前后酶没有质和量的改变
9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
教学ppt
（二）、酶作为生物催化剂的特点
1、高效性
*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。 *酶加速反应的机理是降低反应的活化能。
12
绝对专一性
酶只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 。
如：
N 2H 脲 酶
O C + H 2 O
2 N H 3 + C O 2
N 2H 尿 素
N C H 3H 脲 酶
O C
+ H 2 O
N 2H 甲 基 尿 素
教学ppt
13
立体异构专一性
乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase）
对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含 杂质越少）。
比活力是评价酶纯度高低的一个指标。
22
教学ppt
问题？
现有1g淀粉酶制剂，用水稀释1000mL,从中吸取0.5mL 测定该酶的活力，得知5分钟分解0.25g淀粉。计算每 克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。 （淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分 解1g淀粉的酶量为1个火力单位。）
教学ppt
J.B.Sumner
J.H.Northrop
证明了酶是蛋白质
6
*某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
教学ppt
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
模拟生物催化剂：
8
教学ppt
二、酶的催化作用特点
(一)、酶与一般催化剂的共性
1、只能催化热力学上允许的反应，降低反应的活化能 2、不改变化学反应平衡常数 3、反应前后酶没有质和量的改变
9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
教学ppt
（二）、酶作为生物催化剂的特点
1、高效性
*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。 *酶加速反应的机理是降低反应的活化能。
12
绝对专一性
酶只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 。
如：
N 2H 脲 酶
O C + H 2 O
2 N H 3 + C O 2
N 2H 尿 素
N C H 3H 脲 酶
O C
+ H 2 O
N 2H 甲 基 尿 素
教学ppt
13
立体异构专一性
乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase）
对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含 杂质越少）。
比活力是评价酶纯度高低的一个指标。
22
教学ppt
问题？
现有1g淀粉酶制剂，用水稀释1000mL,从中吸取0.5mL 测定该酶的活力，得知5分钟分解0.25g淀粉。计算每 克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。 （淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分 解1g淀粉的酶量为1个火力单位。）
生物化学第三章-酶(Enzyme)与维生素PPt课件
E+S↔ES→E+P
12
3.趋近效应与定向排列 酶可以将它的底物结合在它
的活性部位。 酶与底物之间的靠近具有一
定的取向，大大增加了ES复合 物进入活化状态的概率。
13
4.诱导契合学说
酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，
而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶
分子、有时是两者的构象同时发生了一定的变
在反应中起运载体的作用，传递电 子、质子或其它基团。
18
相同的辅助因子与不同的酶蛋白结合成催化特 异性不相同的结合酶。
举例：
乳酸脱氢酶
苹果酸脱氢酶
含相同：辅助因子 NAD+（递氢体）
含不同：酶蛋白， 有不同的催化特异性 ： L-乳酸 ＋ NAD+ LDH 丙酮酸 + NADH + H+ 苹果酸 ＋ NAD+ 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 + NADH+H+
19
三、酶的催化活性与活性中心
在酶分子表面特定区域上有些特殊基团，可与底物 结合，并催化底物转变为产物，这个区域称为酶的 活性中心（active center）。
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往 往只占整个酶分子体积的1%-2%。 2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间 结构。
20
3
一. 酶的概念和作用特点
酶（Enzyme） 是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质,
又称为生物催化剂(biocatalyst)。 目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）
反应通式
E
S
P
(substrate)
（product ）
4
二. 酶的分类及命名
12
3.趋近效应与定向排列 酶可以将它的底物结合在它
的活性部位。 酶与底物之间的靠近具有一
定的取向，大大增加了ES复合 物进入活化状态的概率。
13
4.诱导契合学说
酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，
而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶
分子、有时是两者的构象同时发生了一定的变
在反应中起运载体的作用，传递电 子、质子或其它基团。
18
相同的辅助因子与不同的酶蛋白结合成催化特 异性不相同的结合酶。
举例：
乳酸脱氢酶
苹果酸脱氢酶
含相同：辅助因子 NAD+（递氢体）
含不同：酶蛋白， 有不同的催化特异性 ： L-乳酸 ＋ NAD+ LDH 丙酮酸 + NADH + H+ 苹果酸 ＋ NAD+ 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 + NADH+H+
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三、酶的催化活性与活性中心
在酶分子表面特定区域上有些特殊基团，可与底物 结合，并催化底物转变为产物，这个区域称为酶的 活性中心（active center）。
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往 往只占整个酶分子体积的1%-2%。 2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间 结构。
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一. 酶的概念和作用特点
酶（Enzyme） 是由活细胞产生的具有催化作用的蛋白质,
又称为生物催化剂(biocatalyst)。 目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）
反应通式
E
S
P
(substrate)
（product ）
4
二. 酶的分类及命名
生化·第3章·酶ppt课件
Vmax[S] V=
Km+ [S]
V max 初 速 度 v
a
b 1 /2 V max
V≈Vmax
c
反应速率不再 增加，反应呈 零级反应
0 Km
[S ]
图 5-14 底 物 浓 度 对 酶 促 反 应 速 度 的 影 响
（二） Km和Vmax的意义
1.当反应速率为最大速率一半时，米氏方 程为：
当V =Vmax 时 2
酶：由活细胞合成的以蛋白质 为主的大分子生物催化剂。
大多数为蛋白质 少数为核酸 核酶(RNA)
脱氧核酶(DNA)
底物(S) 酶(E) 产物(P)
第一节 酶的分子结构与功能
单体酶：由一条肽链构成的酶（具有三级结 构）
寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键 相连的酶（具有四级结构）
多酶体系或多酶复合体：由几种不同功能的 一个团体 酶聚合形成的多酶复合物。
酶的必需基团在一级结构上可能相距 很远，但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 异结合并发挥催化作用，将底物转变为 产物的部位称为酶的活性中心 （active center）或活性部位。
A B
酶活性中心的示意图
活性中心内 结合基团 结合底物
必 需
必需基团
基
催化基团 催化底物
当底物浓度很低时（[S]＜＜Km），分 母中的[S]可忽略不计，此时
Vmax[S] V=
Km+ [S]
Vmax[S] V=
Km
V max
初
c
反应速率与 速
b
[S]呈正比， 度
成一级反应 v
1/2V max
a
0 Km
酶(生物化学)PPT课件
详细描述
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
生物化学7第三章酶PPT课件
率，但不改变反应的平衡点。
酶在生物体内参与多种代谢反应， 是维持生命活动不可或缺的物质。
酶的分类
根据酶的来源可分为动物酶、植物酶 和微生物酶。
根据酶的结构可分为单体酶、寡聚酶 和多聚酶等。
根据酶作用的性质可分为氧化还原酶、 水解酶、裂合酶、异构酶和转移酶等。
酶的结构与功能
酶的活性中心
酶的特定化学基团，与 底物结合并催化反应发
米氏方程是酶促反应动力学的核心理论之一，它能够帮助我 们了解酶促反应的特性，如酶的催化效率、底物亲和力等。
酶促反应速度的影响因素
底物浓度
最快。
酶浓度
酶浓度越高，反应速度越快。
温度
温度越高，酶促反应速度越快， 但温度过高可能导致酶失活。
抑制剂和激活剂
疏水催化
酶通过将底物分子包裹在活性 中心的疏水空腔中，降低溶剂 对反应的干扰，从而加速反应
。
03
酶促反应动力学
米氏方程
米氏方程是表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的方 程，其形式为v=Vmax[S]/(Km+[S])，其中v代表反应速度， Vmax代表最大反应速度，[S]代表底物浓度，Km代表米氏常数。
04
酶的抑制剂与激活剂
酶的抑制剂
01
02
03
04
不可逆性抑制剂
通过与酶的活性中心结合，永 久性地抑制酶的活性。
可逆性抑制剂
通过非共价键与酶结合，抑制 酶的活性，但可以在一定条件
下恢复酶的活性。
竞争性抑制剂
与底物竞争酶的活性中心，降 低酶与底物的亲和力，从而抑
制酶的活性。
非竞争性抑制剂
与酶的活性中心以外的位点结 合，影响酶与底物的结合，从
酶在生物体内参与多种代谢反应， 是维持生命活动不可或缺的物质。
酶的分类
根据酶的来源可分为动物酶、植物酶 和微生物酶。
根据酶的结构可分为单体酶、寡聚酶 和多聚酶等。
根据酶作用的性质可分为氧化还原酶、 水解酶、裂合酶、异构酶和转移酶等。
酶的结构与功能
酶的活性中心
酶的特定化学基团，与 底物结合并催化反应发
米氏方程是酶促反应动力学的核心理论之一，它能够帮助我 们了解酶促反应的特性，如酶的催化效率、底物亲和力等。
酶促反应速度的影响因素
底物浓度
最快。
酶浓度
酶浓度越高，反应速度越快。
温度
温度越高，酶促反应速度越快， 但温度过高可能导致酶失活。
抑制剂和激活剂
疏水催化
酶通过将底物分子包裹在活性 中心的疏水空腔中，降低溶剂 对反应的干扰，从而加速反应
。
03
酶促反应动力学
米氏方程
米氏方程是表示一个酶促反应的起始速度与底物浓度关系的方 程，其形式为v=Vmax[S]/(Km+[S])，其中v代表反应速度， Vmax代表最大反应速度，[S]代表底物浓度，Km代表米氏常数。
04
酶的抑制剂与激活剂
酶的抑制剂
01
02
03
04
不可逆性抑制剂
通过与酶的活性中心结合，永 久性地抑制酶的活性。
可逆性抑制剂
通过非共价键与酶结合，抑制 酶的活性，但可以在一定条件
下恢复酶的活性。
竞争性抑制剂
与底物竞争酶的活性中心，降 低酶与底物的亲和力，从而抑
制酶的活性。
非竞争性抑制剂
与酶的活性中心以外的位点结 合，影响酶与底物的结合，从
沈阳药科大学生物化学课件——第3章 酶
五、抑制剂对反应速度的影响
➢ 酶的抑制剂(inhibitor)
凡能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。
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。
目录
（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。
酶促反应速度最快时的 环境温度。
* 低温的应用
0.5
0 10 20 30 40 50 60
温度 ºC
温度对淀粉酶活性的影响
目录
四、 pH对反应速度的影响
酶 活 性
最适pH (optimum pH)：
胃蛋白酶
淀粉酶
胆碱酯酶
酶催化活性最大 时的环境pH。
0
2
4
6
8 10 pH
pH对某些酶活性的影响
目录
目录
米－曼氏方程式推导基于两个假设： E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而ES
分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于 慢反应即 V＝k3[ES]。 (1) S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初始 阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
目录
推导过程
稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定。 K1 ([Et]－[ES]) [S]＝K2 [ES] + K3 [ES]
沈阳药科大学生物化学 课件——第3章 酶
目录
酶的概念
目前将生物催化剂分为两类 酶 、 核酶（脱氧核酶）
生物化学——第三章酶
2）高度专一性
• 酶的专一性 （Specificity）(特异性)
指酶在催化生化反应时对底物的选择性。
3）反应条件温和,对环境变化敏感
• 酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范
围为20-40C。 • 高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。
4) 酶的催化活力受调控
如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活 及激素控制等。
结构专一性 键专一
基团专一
1）绝对专一性
（结构专一性）
• 酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的 底物。这种专一性称为绝对专一性（Absolute specificity)。
• 例：脲酶、
O
2HN-C-NH2
• 精氨酸酶
2)相对专一性(Relative Specificity)
• 酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或
+ E
酶 与 中 间 产 物
3、决定酶专一性的机制
（a）锁钥学说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚
性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如
同一把钥匙对一把锁一样
（b）诱导契合学说：
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，但酶的活性 中心具有一定的柔性，两者相遇底物诱导酶构象发生变 化，才形成了互补形状。
(2)酸碱性基团：
CH2 H2N CH2 C
• Asp和Glu的羧基
• Lys的氨基
OH H2N
• Tyr的酚羟基
• His的咪唑基 • Cys的巯基等
活性中心的结构特点
• 只占酶分子总体积的很小一部分 • 具有三维空间结构
• 酶的活性部位和底物的辨认和结合过程，称
为诱导契合（induced-fit）
生物化学-第三章酶
立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立 体异构体中的一种。
乳酸脱氢酶的底物和酶的三点附着（tree-point attachment） 理论。D(-)乳酸由于-OH、 -COOH的
位置正好相反，因此造成与酶的三个基团不能完成结合，故而 不能受酶的催化。
3．高度的不稳定性，酶易失活
底物或每秒钟6×105摩尔底物。
2.高度专一性 作为一种生物催化剂，酶对其作用的底物有一定的 要求，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。酶 的专一性分为两大类： 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。
多数酶是蛋白质。决定酶的作用条件一般应在 温和的条件下，如中性pH、常温和常压下进行。 强酸、强碱、高温条件下易使酶失去活性。
4．酶的催化活性的可调节性
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。 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
一、酶的催化作用与分子活化能
活化能：分子由常态转变为活化态所需的能量。 即：活化能指在一定温度下，1mol底物全
部进入活化态所需要的自由能，单位是J／ mol。
酶降低反应活化能的机理是通过改变反 应途径，使反应沿一个低活化能的途径进行。
酶的催化机理是降低活化能
二、酶催化的中间产物理论
ES k1 ES k2P E k1
消化道内几种蛋白酶的专一性
消化道蛋白酶作用的专一性
2 立体异构专一性
概念：酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对 其立体异构也有一定的要求
生物化学 酶PPT
1980s，Thomas R. Cech和Sidney Altman分别在四膜 虫的RNA前体加工和细菌核糖核酸酶P复合物研究中 发现：RNA具有催化作用，并提出了核酶的概念。
1994年，Gerald.F.Joyce等发现了具有催化活性的 DNA（为人工合成），称为脱氧核酶。
1989年度 诺贝尔化学奖
按照与酶蛋白的结合程度，辅助因子又可分为： ① 辅酶(Coenzyme)：
与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤方法除去。
② 辅基(Prosthetic group)：
与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤法除去。
三、维生素与辅助因子
1. 定义：维生素是维持人体正常生理功能或细胞正常代 谢所必需的营养物质，人体的需要量极小（常以毫克 或微克计），但在体内不能合成或合成量很少，必须 由食物供给的一类小分子有机化合物。
组成的多酶复合物。 • 多功能酶：指一些多酶体系在进化过程中
由于基因的融合，多种不同催化功能存在 于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶或 串联酶。
二、酶的分子组成
按照分子组成分为两种： 单纯酶：指仅由氨基酸残基组成的酶。如淀粉酶等。
蛋白质部分：酶蛋白
结合酶
apoenzyme
非蛋白质部分：辅助因子 cofactor
尼克酸, NAD+; 尼克酰胺 NADP+
多种脱氢酶的辅酶(传递氢)
VitB6
吡哆醇 吡哆醛
磷酸吡哆醛 氨基酸脱羧酶和转氨酶的辅基
磷酸吡哆胺
吡哆胺
泛酸 遍多酸 CoA
酰基转移酶的辅酶
生物素 VitH 生物素 羧化酶的辅基
叶酸
FH4
一碳单位转移酶的辅酶
VitB12 钴胺素 甲钴胺素 甲基转移酶的辅酶
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V= Vmax[S]
Km+[S]
两边同取倒数
Km 1/V= 1/[S] + 1/Vmax 1/V1/V Vmax max 1/[S] （林－贝氏方程）
1 / K
目录
2. Hanes作图法
在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S]
[S]/V
[S]/V=Km/Vmax + [S]/Vmax
Km/Vm
-Km
[S]
1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现 了发酵。
1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。
1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提 出核酶(ribozyme)的概念。
1995年，Jack 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)。
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) 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。
目录
活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
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。
目录
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计算 酶的
转换数(turnover number)，即动力学常数K3。
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
目录
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
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
（一）米－曼氏方程式
酶促反应模式——中间产物学说
目录
酶的转换数
定义 — 当酶被底物充分饱和时，单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分 子数。 意义 — 可用来比较每单位酶的催化能力。
目录
（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定 1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)， 又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
目录
二、酶浓度对反应速度的影响
当[S]＞＞[E]，酶可被
V
底物饱和的情况下，反
应速度与酶浓度成正比。
关系式为：V
= K3 [E]
0 [E]
当[S]>>[E]时，Vmax = k3 [E]
酶浓度对反应速度的影响
目录
三、温度对反应速度的影响
双重影响
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。
k1 k2 k3
E+S
ES
E+P
中间产物
目录
※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)
第 三 章
酶
Enzyme
目录
酶的概念
目前将生物催化剂分为两类
酶 、 核酶（脱氧核酶）
酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物 具有高效催化作用的蛋白质。
目录
酶学研究简史
公元前两千多年，我国已有酿酒记载。
一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的 结果。
1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。
目录
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
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
根据酶对其底物结构选择的严格程度不同， 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(stereo specificity)：作用于立 体异构体中的一种。
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。其中包 括三方面的调节。 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
目录
二、酶促反应的机理
（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说
酶底物复合物
E+S
ES
目录
推导过程
稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定。
K1 ([Et]－[ES]) [S]＝K2 [ES] + K3 [ES] 整理得： ([Et]－[ES])[S] [ES] K2+K3 K1 ＝ K2+K3 K1
(2)
令：
＝ Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] ＝Km [ES]
研究前提
I.
II.
III.
IV.
单底物、单产物反应 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用 单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来 表示 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小 （一般在5﹪以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度
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。
目录
第一节 酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
目录
酶的不同形式
单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结 构的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或 不同亚基以非共价键连接组成的酶。 多酶体系(multienzyme system)：由几种不同 功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
E+P
*诱导契合假说(induced-fit hypothesis) 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假说 。
目录
目录
酶的诱导契合动画
目录
底物
羧 肽 酶 的 诱 导 契 合 模 式
目录
（二）酶促反应的机理
1. 邻近效应(proximity effect) 与定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效应(surface effect)
最适温度
酶 活 性
2.0
1.5
1.0
(optimum temperature)：
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
目录
四、 pH对反应速度的影响
酶
活 性
胃蛋白酶
淀粉酶
胆碱酯酶
最适pH
(optimum pH)：
活性中心外的必需基团
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
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。
目录
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
目录
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；
多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶 (tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程 中由于基因的融合，多种不同催化功能存在 于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。
目录
一、 酶的分子组成
单纯酶
结合酶
(simple enzyme)
(conjugated enzyme)
氢原子（质子） 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 TPP（焦磷酸硫胺素） 酰基 辅酶A（CoA） 硫辛酸 烷基 钴胺素辅酶类 二氧化碳 生物素 氨基 磷酸吡哆醛 甲基、甲烯基、 四氢叶酸 甲炔基、甲酰基 等一碳单位
目录
第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
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、底物浓度对反应速度的影响
目录
辅助因子分类
Km+[S]
两边同取倒数
Km 1/V= 1/[S] + 1/Vmax 1/V1/V Vmax max 1/[S] （林－贝氏方程）
1 / K
目录
2. Hanes作图法
在林－贝氏方程基础上，两边同乘[S]
[S]/V
[S]/V=Km/Vmax + [S]/Vmax
Km/Vm
-Km
[S]
1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现 了发酵。
1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。
1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提 出核酶(ribozyme)的概念。
1995年，Jack 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)。
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) 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。
目录
活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
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。
目录
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计算 酶的
转换数(turnover number)，即动力学常数K3。
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速度与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
目录
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
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
（一）米－曼氏方程式
酶促反应模式——中间产物学说
目录
酶的转换数
定义 — 当酶被底物充分饱和时，单位时间内 每个酶分子催化底物转变为产物的分 子数。 意义 — 可用来比较每单位酶的催化能力。
目录
（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定 1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)， 又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
目录
二、酶浓度对反应速度的影响
当[S]＞＞[E]，酶可被
V
底物饱和的情况下，反
应速度与酶浓度成正比。
关系式为：V
= K3 [E]
0 [E]
当[S]>>[E]时，Vmax = k3 [E]
酶浓度对反应速度的影响
目录
三、温度对反应速度的影响
双重影响
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。
k1 k2 k3
E+S
ES
E+P
中间产物
目录
※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)
第 三 章
酶
Enzyme
目录
酶的概念
目前将生物催化剂分为两类
酶 、 核酶（脱氧核酶）
酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物 具有高效催化作用的蛋白质。
目录
酶学研究简史
公元前两千多年，我国已有酿酒记载。
一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的 结果。
1877年，Kuhne首次提出Enzyme一词。
目录
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
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
根据酶对其底物结构选择的严格程度不同， 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(stereo specificity)：作用于立 体异构体中的一种。
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。其中包 括三方面的调节。 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
目录
二、酶促反应的机理
（一）酶-底物复合物的形成与诱导契合假说
酶底物复合物
E+S
ES
目录
推导过程
稳态：是指ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定。
K1 ([Et]－[ES]) [S]＝K2 [ES] + K3 [ES] 整理得： ([Et]－[ES])[S] [ES] K2+K3 K1 ＝ K2+K3 K1
(2)
令：
＝ Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] ＝Km [ES]
研究前提
I.
II.
III.
IV.
单底物、单产物反应 酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用 单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来 表示 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小 （一般在5﹪以内）时的反应速度 底物浓度远远大于酶浓度
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。
目录
第一节 酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
目录
酶的不同形式
单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结 构的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或 不同亚基以非共价键连接组成的酶。 多酶体系(multienzyme system)：由几种不同 功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
E+P
*诱导契合假说(induced-fit hypothesis) 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假说 。
目录
目录
酶的诱导契合动画
目录
底物
羧 肽 酶 的 诱 导 契 合 模 式
目录
（二）酶促反应的机理
1. 邻近效应(proximity effect) 与定向排列(orientation arrange ) 2. 多元催化(multielement catalysis) 3. 表面效应(surface effect)
最适温度
酶 活 性
2.0
1.5
1.0
(optimum temperature)：
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
目录
四、 pH对反应速度的影响
酶
活 性
胃蛋白酶
淀粉酶
胆碱酯酶
最适pH
(optimum pH)：
活性中心外的必需基团
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
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。
目录
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
目录
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；
多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶 (tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程 中由于基因的融合，多种不同催化功能存在 于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。
目录
一、 酶的分子组成
单纯酶
结合酶
(simple enzyme)
(conjugated enzyme)
氢原子（质子） 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 TPP（焦磷酸硫胺素） 酰基 辅酶A（CoA） 硫辛酸 烷基 钴胺素辅酶类 二氧化碳 生物素 氨基 磷酸吡哆醛 甲基、甲烯基、 四氢叶酸 甲炔基、甲酰基 等一碳单位
目录
第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
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、底物浓度对反应速度的影响
目录
辅助因子分类