第三章酶化学
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第三章酶化学
2H2O2
过氧化氢酶(机体内) 或Fe2+(化学催化)
2H2O+O2
1个Fe2+ 1个酶分子
1min 5分子 1min 500万分子
第三章酶化学
酶作用的专一性(specificity) ： 指酶对它所催化的反应物有严格的选择性，
只能作用于一种或一类底物（substrate） 。
绝对专一性
结构专一性
键专一性
相对专一性
酶的专一性
族专一性
旋光异构专一性
立体异构专一性
几何异构专一性
第三章酶化学
（1）结构专一性 绝对专一性 ： 催化某一特定底物反应
脲酶
CO(NH2)2+ H2O
2NH3 + CO2
脲酶对O=C
NHCl NH2
或
O=C
NHCH3 不起作用。 NH2
碳酸酐酶
（HCO2)2O + H2O
辅酶(coenzyme) ：与酶蛋白结合松弛，可用透析的 方法除去的辅因子。
酶蛋白决定反应的专一性 辅酶和辅基决定了化学反应的种类和性质
第三章酶化学
酶的命名： ⑴ 习惯命名法 ⑵ 国际系统命名法：
明确地标明了酶的底物(底物之间用“：”隔开)和 催
化反应的性质，每一种酶都有唯一确定的一个编号。
如： 习惯名称
３. X-射线晶体衍射法 ４. 定点诱变法
定点突变的方法改变编码蛋白质的DNA的顺序， 通过判断突变前后酶活性的变化来研究酶的活性中心。
第三章酶化学
酶催化作用的机理：
第三章酶化学
影响酶催化效率的因素： 1. 酶和底物的邻近和定向效应 邻近效应是指通过底物在酶分子表面的定位从而大大
提高底物的局部浓度，使反应速度加快的效应。 定向效应是指底物在酶的作用下，采取有利于反应进
谷丙转氨酶
系统命名
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
编号
EC2.6.1.2
第三章酶化学
酶催化作用的结构基础：酶的活性中心
酶的活性中心是指酶分子中能同底物结合并起催化反 应的空间部位，包括结合位点和催化位点。
酶的活性中心的特点： （1）活性中心只占整个酶体积的很小的一部分； （2）活性中心是一个具有三维空间构型的实体； （3）活性中心通常是一个裂缝，适合于底物的进入。 （4）底物和酶在活性中心的结合力属于弱相互作用； （5）活性中心的结构具有柔性，是可变的。
第三章酶化学
② 几何异构专一性（顺反异构专一性）
HC-COOH
COOH
HOOC-CH
+ H2O
延胡索酸酶HO-C-H
CH2 COOH
延胡索酸（反丁烯二酸）
苹果酸
HC-COOH 延胡索酸酶不能催化顺丁烯二酸 HC-COOH
与水的加成反应。
第三章酶化学
对酶作用专一性的几个假说: （1） 锁和钥匙学说 （2）三点附着学说
2 HCO3- + 2 H+
除碳酸酐外，碳酸酐酶不能催化任何物质起反应。
第三章酶化学
相对专一性 ： 催化某一类底物反应。又分为基团专一性和键专一性。
a. 键专一性
酯酶
脂肪（甘油三酯）＋3 H2O
甘油＋ 3 脂肪酸
酯酶
R1-COO-R2+H2O
R1-COOH + R2OH
蔗糖酶
蔗糖＋H2O
葡萄糖 + 果糖
蔗糖酶
棉子糖＋H2O
果糖 ＋ 蜜二糖
第三章酶化学
b. 基团专一性（族专一性）
第三章酶化学
（2）立体异构专一性 旋光异构专一性 L－氨基酸氧化酶只对L－氨基酸起作用，对D－
氨基酸无作用。 D－氨基酸氧化酶只对D－氨基酸起 作用，对L－氨基酸无作用。
精氨酸酶催化L-精氨酸；乳酸脱氢酶催化L-乳酸； 苦杏仁酶只催化β-甲基葡萄糖苷水解，对α－甲基葡 萄糖苷无水解活性。
上述两个学说属于“刚性模板”学说，可以解释底物的 立体专一性问题，但无法解释酶可同时催化正反应和逆反应 的原因。
第三章酶化学
（3）诱导契合假说 (induced fit theory): 1958年， 由D.Koshland提出。
第三章酶化学
名称 单体酶
组成
一条多肽 链
分子量
13KD35KD
举例
行的取向。
第三章酶化学
2. 酶和底物的诱导契合
底物在酶的作用下，某些基团的电子云密度发生改 变，产生电子张力，底物分子形变，导致反应易于进行 的效应。
第三章酶化学
3. 酸碱催化效应
酶通过向底物分子提供瞬时的质子或接受瞬时的 质子而稳定酶-底物复合物，加快反应进行的效应。
第三章酶化学
4. 共价催化效应
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的催化机理（了解）
胰凝乳蛋白酶的一级结构
第三章酶化学
Ser195-His57-Asp102 电荷接力系统
第三章酶化学
底物进入结合部第位三章，酶化S学er-:OH 作亲核试剂
第三章酶化学
NH2.
His H
第三章 酶化学
第三章酶化学
酶是由活细胞产生的，能在体内和体外其催化作 用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包 括蛋白质和核酸。
酶的酶的作用特点：化特点
⑴ 催化效率高； ⑵ 酶的作用具有高度的专一性； ⑶ 酶的作用条件温和，受环境的影响，易失活； ⑷ 酶的活力是受到调控的； ⑸ 酶的催化活力与辅酶、辅基及辅助因子有关。
酶和底物生成不稳定的共价中间物，该中间物容易转 变成过渡态，从而大大降低反应活化能。共价催化的一般 形式是酶的亲核基团对底物中亲电的碳原子进行亲核进攻。
第三章酶化学
5. 金属离子的催化效应
金属离子与底物形成络合物，稳定中间过渡态； 金属离子通过屏蔽底物的负电荷，使亲核反应更容易 进行。
6. 活性部位的疏水效应 活性部位通常位于疏水环境的裂缝中，使得酶和底物 的弱相互作用力变强，有利于反应的进行。
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的活性中心构象及 与底物的结合
第三章酶化学
研究酶活性部位的方法： 1. 侧链基团的化学修饰法
２. 亲和标记法：
利用与底物结构相似的共价修饰剂。它们能够象
底物一样进入酶的活性部位。如 TPCK（N-对甲基苯磺
酰苯丙酰氨氯甲基酮）就是胰凝乳蛋白酶最适底物的
wenku.baidu.com
结构类似物。
第三章酶化学
溶菌酶、 胰蛋白酶
寡聚酶 几个至几十 35KD-几百万 3-磷酸甘油醛脱氢酶、
个亚基
道尔顿 磷酸化酶A
多酶体系 几种酶彼此 几百万道尔 脂肪酸合成酶体系
嵌合
顿以上
第三章酶化学
单体酶 结合酶= 酶蛋白+辅因子
辅酶 金属离子
辅基
辅助因子本身无催化作用，参与转移电子、原子或 运载酰基作用。
辅基(prosthetic group) ：与酶蛋白紧密结合，不能 通过透析的方法除去的辅因子。
2H2O2
过氧化氢酶(机体内) 或Fe2+(化学催化)
2H2O+O2
1个Fe2+ 1个酶分子
1min 5分子 1min 500万分子
第三章酶化学
酶作用的专一性(specificity) ： 指酶对它所催化的反应物有严格的选择性，
只能作用于一种或一类底物（substrate） 。
绝对专一性
结构专一性
键专一性
相对专一性
酶的专一性
族专一性
旋光异构专一性
立体异构专一性
几何异构专一性
第三章酶化学
（1）结构专一性 绝对专一性 ： 催化某一特定底物反应
脲酶
CO(NH2)2+ H2O
2NH3 + CO2
脲酶对O=C
NHCl NH2
或
O=C
NHCH3 不起作用。 NH2
碳酸酐酶
（HCO2)2O + H2O
辅酶(coenzyme) ：与酶蛋白结合松弛，可用透析的 方法除去的辅因子。
酶蛋白决定反应的专一性 辅酶和辅基决定了化学反应的种类和性质
第三章酶化学
酶的命名： ⑴ 习惯命名法 ⑵ 国际系统命名法：
明确地标明了酶的底物(底物之间用“：”隔开)和 催
化反应的性质，每一种酶都有唯一确定的一个编号。
如： 习惯名称
３. X-射线晶体衍射法 ４. 定点诱变法
定点突变的方法改变编码蛋白质的DNA的顺序， 通过判断突变前后酶活性的变化来研究酶的活性中心。
第三章酶化学
酶催化作用的机理：
第三章酶化学
影响酶催化效率的因素： 1. 酶和底物的邻近和定向效应 邻近效应是指通过底物在酶分子表面的定位从而大大
提高底物的局部浓度，使反应速度加快的效应。 定向效应是指底物在酶的作用下，采取有利于反应进
谷丙转氨酶
系统命名
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
编号
EC2.6.1.2
第三章酶化学
酶催化作用的结构基础：酶的活性中心
酶的活性中心是指酶分子中能同底物结合并起催化反 应的空间部位，包括结合位点和催化位点。
酶的活性中心的特点： （1）活性中心只占整个酶体积的很小的一部分； （2）活性中心是一个具有三维空间构型的实体； （3）活性中心通常是一个裂缝，适合于底物的进入。 （4）底物和酶在活性中心的结合力属于弱相互作用； （5）活性中心的结构具有柔性，是可变的。
第三章酶化学
② 几何异构专一性（顺反异构专一性）
HC-COOH
COOH
HOOC-CH
+ H2O
延胡索酸酶HO-C-H
CH2 COOH
延胡索酸（反丁烯二酸）
苹果酸
HC-COOH 延胡索酸酶不能催化顺丁烯二酸 HC-COOH
与水的加成反应。
第三章酶化学
对酶作用专一性的几个假说: （1） 锁和钥匙学说 （2）三点附着学说
2 HCO3- + 2 H+
除碳酸酐外，碳酸酐酶不能催化任何物质起反应。
第三章酶化学
相对专一性 ： 催化某一类底物反应。又分为基团专一性和键专一性。
a. 键专一性
酯酶
脂肪（甘油三酯）＋3 H2O
甘油＋ 3 脂肪酸
酯酶
R1-COO-R2+H2O
R1-COOH + R2OH
蔗糖酶
蔗糖＋H2O
葡萄糖 + 果糖
蔗糖酶
棉子糖＋H2O
果糖 ＋ 蜜二糖
第三章酶化学
b. 基团专一性（族专一性）
第三章酶化学
（2）立体异构专一性 旋光异构专一性 L－氨基酸氧化酶只对L－氨基酸起作用，对D－
氨基酸无作用。 D－氨基酸氧化酶只对D－氨基酸起 作用，对L－氨基酸无作用。
精氨酸酶催化L-精氨酸；乳酸脱氢酶催化L-乳酸； 苦杏仁酶只催化β-甲基葡萄糖苷水解，对α－甲基葡 萄糖苷无水解活性。
上述两个学说属于“刚性模板”学说，可以解释底物的 立体专一性问题，但无法解释酶可同时催化正反应和逆反应 的原因。
第三章酶化学
（3）诱导契合假说 (induced fit theory): 1958年， 由D.Koshland提出。
第三章酶化学
名称 单体酶
组成
一条多肽 链
分子量
13KD35KD
举例
行的取向。
第三章酶化学
2. 酶和底物的诱导契合
底物在酶的作用下，某些基团的电子云密度发生改 变，产生电子张力，底物分子形变，导致反应易于进行 的效应。
第三章酶化学
3. 酸碱催化效应
酶通过向底物分子提供瞬时的质子或接受瞬时的 质子而稳定酶-底物复合物，加快反应进行的效应。
第三章酶化学
4. 共价催化效应
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的催化机理（了解）
胰凝乳蛋白酶的一级结构
第三章酶化学
Ser195-His57-Asp102 电荷接力系统
第三章酶化学
底物进入结合部第位三章，酶化S学er-:OH 作亲核试剂
第三章酶化学
NH2.
His H
第三章 酶化学
第三章酶化学
酶是由活细胞产生的，能在体内和体外其催化作 用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包 括蛋白质和核酸。
酶的酶的作用特点：化特点
⑴ 催化效率高； ⑵ 酶的作用具有高度的专一性； ⑶ 酶的作用条件温和，受环境的影响，易失活； ⑷ 酶的活力是受到调控的； ⑸ 酶的催化活力与辅酶、辅基及辅助因子有关。
酶和底物生成不稳定的共价中间物，该中间物容易转 变成过渡态，从而大大降低反应活化能。共价催化的一般 形式是酶的亲核基团对底物中亲电的碳原子进行亲核进攻。
第三章酶化学
5. 金属离子的催化效应
金属离子与底物形成络合物，稳定中间过渡态； 金属离子通过屏蔽底物的负电荷，使亲核反应更容易 进行。
6. 活性部位的疏水效应 活性部位通常位于疏水环境的裂缝中，使得酶和底物 的弱相互作用力变强，有利于反应的进行。
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的活性中心构象及 与底物的结合
第三章酶化学
研究酶活性部位的方法： 1. 侧链基团的化学修饰法
２. 亲和标记法：
利用与底物结构相似的共价修饰剂。它们能够象
底物一样进入酶的活性部位。如 TPCK（N-对甲基苯磺
酰苯丙酰氨氯甲基酮）就是胰凝乳蛋白酶最适底物的
wenku.baidu.com
结构类似物。
第三章酶化学
溶菌酶、 胰蛋白酶
寡聚酶 几个至几十 35KD-几百万 3-磷酸甘油醛脱氢酶、
个亚基
道尔顿 磷酸化酶A
多酶体系 几种酶彼此 几百万道尔 脂肪酸合成酶体系
嵌合
顿以上
第三章酶化学
单体酶 结合酶= 酶蛋白+辅因子
辅酶 金属离子
辅基
辅助因子本身无催化作用，参与转移电子、原子或 运载酰基作用。
辅基(prosthetic group) ：与酶蛋白紧密结合，不能 通过透析的方法除去的辅因子。