酶化学
酶化学的概念
酶化学的概念酶化学是指研究酶的物理性质、结构、功能和催化机理等方面的科学领域。
酶是生物体内的一类特殊蛋白质分子，具有高度的专一性和高效的催化活性。
它在生物体内扮演着极为重要的角色，参与几乎所有生物体内的代谢过程。
酶的研究涉及到许多学科，如生物化学、生物物理学、分子生物学、结构生物学等。
酶的分类：酶可以按照催化反应的类别进行分类，包括氧化还原酶、转移酶、水解酶、合成酶等等。
酶还可按照酶本身的性质进行分类，如氧化酶、脱羧酶、脱氢酶、酯酶、蛋白水解酶等。
每一类酶都有独特的催化机理和底物特异性。
酶的物理性质：酶是大分子量的蛋白质，通常由数百个氨基酸残基组成。
酶的大部分结构是由α-螺旋和β-折叠片段构成的。
酶的结构对其催化活性和底物特异性起着至关重要的作用。
酶还具有空间构象的变化能力，可以通过构象变化来调控其活性。
此外，酶还可以与底物和辅助物质结合形成酶底物和酶产物复合物，在催化过程中发挥重要作用。
酶的功能：酶主要通过催化底物的化学变化来实现其功能。
酶催化反应可以加速底物的反应速率，使反应在生物体内以可控的速率进行。
此外，酶还展示出高度的底物特异性，即只催化特定的底物分子。
酶的底物特异性由其活性中心和底物分子的互作以及结构适配性决定。
酶的催化机理：酶催化反应的机理通常可以分为两种主要类型，即酶促反应中的酸碱催化和酶促反应中的亲核催化。
酶促反应中的酸碱催化是指酶中的酸碱基团参与了底物的质子交换过程，从而改变了底物的活性。
酶促反应中的亲核催化是指酶通过提供亲核基团来引发底物分子的亲核进攻，从而促进了底物分子的化学反应。
酶的调控：酶活性的调控对于维持生物体内代谢的平衡和适应环境变化起着重要作用。
酶活性可以通过多种方式进行调控，包括底物浓度、辅助物质和蛋白质结构等方面的调控。
酶的活性还可以通过其他分子的结合或去结合来调节。
酶的调控通常会发生在多个层面，从基因转录、转录后修饰到蛋白质的空间结构调整等。
酶的应用：酶在许多领域都有广泛的应用。
生物化学-酶化学
酶化学（一）名词解释1．全酶（holoenzyme）与酶蛋白（apoenzyme）2．米氏常数（K m值，Michaelis constant）3．底物专一性（substrate specificity）4．绝对专一性（absolute specificity）、相对专一性与立体异构专一性（stereospecificity）5．辅基（prosthetic group）与辅酶（coenzyme）6．单体酶（monomeric enzyme）7．寡聚酶（oligomeric enzyme）8．多酶体系（multienzyme system）9．激活剂（activator）10．抑制剂（inhibitor inhibiton）11．酶的失活与抑制12．可逆抑制（reversible inhibition）与不可逆抑制（irreversible inhibition）13．竞争性抑制（competitive inhibition）与非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）14．变构酶（allosteric enzyme）15．同工酶（isozyme）16．诱导酶（induced enzyme）17．酶原（zymogen或proenzyme）与酶原的激活（proenzyme activation）18．酶反应的初速度（initial speed）19．酶活力（enzyme activity）与酶的比活力（enzymatic compare energy）20．活性中心（active center）21．酶的转换数k cat（turnover number）22．核酶（ribozyme）23．抗体酶（abzyme）24．固定化酶（immobilized enzyme）（二）英文缩写符号1．NAD+（nicotinamide adenine dinucleotide）2．FAD（flavin adenine dinucleotide）3．THFA（tetrahydrofolic acid）4．NADP+（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）5．FMN（flavin mononucleotide）6．CoA（coenzyme A）7．PLP（pyridoxal phosphate）8．BCCP（biotin carboxyl carrier protein）9．ACP（acyl carrier protein）（三）填空题1．酶是产生的，具有催化活性的。
第三章 酶化学
第三章酶化学1．试比较酶与非酶催化剂的异同点。
2．解释酶作用专一性的假说有哪些？各自的要点是什么？3．酶的习惯命名法的命名原则是什么？5．已知丙氨酸是某酶的底物结合部位上的一个氨基酸；一次突变丙氨酸转变为甘氨酸，但酶活性没有受到影响。
在另一次突变时，丙氨酸变成了谷氨酸，使该酶的活性明显丧失，请分析原因。
6．在一酶促反应中，若底物浓度为饱和，并有一种抑制剂存在，问：1）继续增加底物浓度，2）增加抑制剂浓度，反应速度将如何变化？为什么？8．何谓共价调节酶？举例说明其如何通过自身活性的变化实现对代谢的调节。
10．举例说明酶的专一性及其研究意义是什么？12．下表数据是在没有抑制剂存在或有不同浓度的抑制剂存在时测得的反应速度随底物浓度变化的情况：1）无抑制剂存在时，反应的最大速度和Km是多少？2）若有2mmol的抑制剂存在，反应的最大速度和Km又是多少？该抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？3）若有100mmol的抑制剂存在，最大反应速度和Km又是多少？该种抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？13．举例说明酶的竞争性抑制作用及其研究意义。
16．酶原及酶原激活的生物学意义是什么？17．为什么吸烟者患肺气肿的可能性较大？18．从一级结构看，胰蛋白酶含有13个赖氨酸和2个精氨酸，为什么胰蛋白酶不能水解自身？20．以E．coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）为例说明变构酶的结构特征及其在代谢调节中的作用？21．虽然凝血酶和胰蛋白酶的性质有许多相似之处，但胰蛋白酶原经自身催化可转变为胰蛋白酶，而凝血酶原不能，为什么？22．何谓同工酶？举例说明其分子结构的特征及研究意义？23．胰蛋白酶原的第2，3，4，5位氨基酸都是天门冬氨酸，这一结构特征的意义是什么？24．为什么胰脏酶原激活过程中产生的肽链的C一末端氨基酸一般是精或赖氨酸？27．为什么说N一磷乙酰基L一天门冬氨酸（PALA）是研究天门冬氨酸转氨甲酸酶（AT －Case）性质的特异性试剂？28．碱性磷酸酶水解1一磷酸葡萄糖产生葡萄糖和磷酸。
生物化学第6章 酶化学
课外练习题一、名词解释1、酶：是活细胞产生的对其特异底物起高效催化作用的生物分子，包括蛋白质和核酸等，所以又称为生物催化剂。
2、辅酶：是结合酶的非蛋白质部分，与酶蛋白以非共价键的方式结合，结合比较疏松，可以用透析和超滤法除去。
3、酶的活性中心：在酶分子表面上由必须基团形成一定的空间结构，能与底物结合并将底物转变为产物，这个包括底物结合基团和催化基团的区域称为酶的活性中心。
4、同工酶：在同种生物体内，催化相同的化学反应，但酶本身的分子结构和理化性质不同的一组酶。
5、诱导契合：酶活性中心的某些氨基酸残基或基团可以在底物的诱导下获得正确的空间定位，以利于底物的结合与催化。
二、符号辨识1、FMN：黄素单核苷酸；2、LTPP：焦磷酸硫胺素；3、THP：四氢叶酸；4、Km：米氏常数，酶促反应速度达到最大速度一半时的底物浓度；5、IU：酶活性的国际单位；三、填空1、酶促反应具有高效性、专一性、（不稳定性）以及酶活性受到（调节和控制）的特点；2、酶作用的专一性有立体化学专一性和非立体化学专一性两种类型。
其中，立体化学专一性包括（立体异构）专一性和（几何异构）专一性，非立体化学专一性包括（键）专一性、（基团）专一性和（绝对）专一性。
3、酶的辅助因子包括（金属离子）、（小分子有机物）和（蛋白质辅酶）；4、辅酶是结合酶的非蛋白质部分，与酶蛋白以（非共价键）的方式结合，结合比较（疏松），可以用透析和超滤法除去。
5、辅基是结合酶的非蛋白质部分，与酶蛋白以（共价键）的方式结合，结合比较（紧密），不能用透析和超滤法除去。
6、完全由蛋白质组成没有辅助因子的酶是（单纯酶）。
如各种水解酶；7、酶蛋白只有一条多肽链，大多催化水解反应，这样的酶是（单体酶）；8、酶蛋白由几条至几十条多肽链亚基组成，这些多肽链或相同或不同，这样的酶被称为（寡聚酶）；9、由几种酶彼此嵌合形成，有利于一系列反应连续进行的复合体被称为（多酶复合酶）；10、酶的系统命名法可以简单表示为：（底物）＋（反应性质）＋酶11、依据国际酶学委员会的规定，按催化反应的类型，酶可分为6大类，即（氧化还原酶类）、（转移酶类）、（水解酶类）、（裂合酶类）、（异构酶类）和（合成酶类）。
《生物化学》-第五章 酶化学
—CH2—·O·：
H
底物中典 型的亲电 中心包括：
磷酰基
Cys-SH
—CH2—·S·：
H
脂酰基 糖基
His-咪唑基
—CH2—C=CH
HN N：
CH
（五）金属离子催化
金属离子作为酶的辅助因子起作用的方式：
1.与酶蛋白紧密结合稳定酶的天然构象，亲电催化 2.与酶结合较弱，作为激活剂存在。 3.通过价态的可逆变化，参与氧化还原反应。
其他成分的酶：
核酶（ribozyme） ：具有催化活性的天然RNA。 近年还有DNA分子具有催化活性报道。
酶的概念： 酶是生物催化剂。由活细胞产生的具有高效催化能力 和催化专一性的蛋白质、核酸或其复合体。
脲酶：专一性水解尿素。
第一个被分离提取的酶，并证明其化学本质为蛋白质。 抗体酶：是用化学反应的过渡态类似物作免疫原产生 的催化性抗体，是一种具有催化能力的蛋白质，其本 质上是免疫球蛋白。
（6）对于结合酶，辅酶、辅基往往参与酶活中心的 组成。
第二节 酶催化作用的机制
一、酶与底物的结合——中间复合物学说
该学说认为，在酶促反应中，酶（E）总是先和底 物（S）结合生成不稳定的中间复合物（ES），再 分解成产物（P），并释放出酶（E）。 ——中间复合物学说能较好的解释酶为什么能降 低反应的活化能。
实际上，底物与酶结合是一种相互作用的过程， 底物可诱导蛋白质构象改变，蛋白质必需基团也可使 底物敏感键发生变化，更好“契合” 。 3.“三点附着”模型：该模型认为底物与酶活中心的 结合有三个结合位点，只有当这三个位点都匹配的时 候，酶才会催化相应的反应。
二、酶作用高效率机制
（一）底物与酶的邻近、定向效应
1）绝对专一性
酶化学
第三章酶学I 主要内容一、酶的组成分类1．酶的化学本质是蛋白质，可以分为简单蛋白和结合蛋白。
2．简单蛋白质酶类：这些酶的活性仅仅由它们的蛋白质结构决定。
3．结合蛋白质酶类：这些酶的活性取决于酶蛋白和辅因子两部分。
辅因子主要包括无机离子和有机小分子两种物质，其中有机小分子又根据其与酶蛋白结合的紧密程度不同分为辅酶和辅基。
在结合蛋白质酶类分子中，酶促反应的专一性主要由酶蛋白质的结构决定，催化性质则主要由辅因子化学结构所决定。
二、酶的催化特性1．高效性：酶的催化效率非常高，酶促反应的速度与化学催化剂催化的反应速度高1010倍左右。
2．专一性：每一种酶只能作用于某一类或某一种物质。
根据专一性的程度可分为绝对、相对专一性和立体结构专一性三种类型。
3．温和性：酶一般是在体温、近中性的pH及有水的环境下进行，作用条件较为温和。
4．酶活性的可调节性：细胞内酶活性可以受底物浓度、产物浓度等许多因素的影响。
三、酶的命名和分类1．命名法：习惯命名法和系统命名法。
2．国际系统分类和编号：根据国际系统分类法的原则，所有的酶促反应按反应性质分为六大类，用1，2，3，4，5，6的编号来表示。
1-氧化还原酶类；2-转移酶类；3-水解酶类；4-裂合酶类；5-异构酶类；6-合成酶类。
如：Ecl.1.1.27 乳酸：NAD+氧化还原酶。
四、酶活力(或酶活性)、比活力表示法用反应初速度表示酶活力。
酶活力单位：U；酶的比活力：U／mg蛋白质五、酶促反应动力学1．底物浓度对酶促反应速度的影响。
米氏常数(Km)：当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。
它是酶的特征性常数之一，只与酶的种类有关，而与底物浓度无关；米氏常数(Km)的测定主要采用双倒数作图法。
2．温度对酶反应速度的影响：最适温度：酶反应速度最大的环境温度，它是酶的条件性特征常数，只在一定情况下才有意义。
3．pH对酶促反应速度的影响：最适pH：酶反应速度最大的介质pH值。
4．酶浓度对酶反应速度的影响：当底物浓度远远大于酶浓度时，反应速度与酶浓度成正比。
酶化学
酶的分离纯化步骤
选材 保 存
破碎细胞
检测酶纯度
抽提
浓缩、制干
分离、纯化
进一步纯化
分离纯化注意事项：
全部操作一般在0~5℃间进行。用有机溶剂 时，必须在－15℃至－20℃下进行。
有时需在抽提溶剂中加少量EDTA，以妨重 金属使酶失活。
对于巯基酶需加入少量巯基乙醇，以妨酶 被氧化失活。 在整个分离纯化过程中，不能过度搅拌， 以免产生大量泡沫使酶失活。 在整个分离纯化过程中，必需经常测活， 以指导纯化工作。
一种酶蛋白一般只能与一种辅助因子结合
3、酶的辅助因子
辅助因子的化学本质是金属离子或小分子有机化合物，按其
与酶蛋白结合的紧密程度不同可分为辅酶（ coenzyme ）与 辅基（prosthetic group）。 辅酶：与酶蛋白结合疏松（一般非共价结合），可用透析或 超滤的方法除去 辅基：与酶蛋白结合紧密（一般以共价键结合），不能通过 透析或超滤将其除去
②结合酶：由蛋白质部分和非蛋白质部分组成，前者称为酶蛋 白（ apoenzyme ），后者称为辅助因子（ cofactor ）。酶蛋白
与辅助因子结合形成的复合物称为全酶（holoenzyme）。
全酶＝酶蛋白＋辅助因子
酶蛋白与辅助因子单独存在时，均无催化活性，只有二者结合
成全酶才有催化作用。
酶蛋白：决定反应专一性（特异性） 辅助因子：直接参加反应，决定反应类型（性质） 一种辅助因子可与多种酶蛋白结合
The Nobel Prize n Chemistry 1989
The Royal Swedish Academy of Sciences has awarded the 1997 Nobel Prize in Chemistry with one half to Paul D. Boyer and John E. Walker for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP); and with one half to Jens C. Skou, for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+, K+-ATPase.
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。
胰凝乳蛋白酶的催化机理（了解） 胰凝乳蛋白酶的催化机理（了解）
酯酶 酯酶
甘油＋ 3 脂肪酸
R1-COO-R2+H2O 蔗糖＋H2O 棉子糖＋H2O
蔗糖酶
R1-COOH + R2OH 葡萄糖 + 果糖 果糖 ＋ 蜜二糖
蔗糖酶
b. 基团专一性（族专一性）
（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。
３. X-射线晶体衍射法 X４. 定点诱变法 定点突变的方法改变编码蛋白质的DNA的顺序， 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。
酶催化作用的机理：
影响酶催化效率的因素： 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 行的取向。
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。
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。
酶化学
酶化学单体酶：由一条肽链组成，一般不需要辅助因子。
寡聚酶：由两个或两个以上亚基组成的酶。
大多是调节酶，多含偶数个亚基。
同工酶：指催化化学反应相同，蛋白质分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
酶的比活力：每毫克酶蛋白中所含有的酶活力单位。
回收率：每次提纯后酶制剂的比活力/提取液总活力。
纯化倍数：每次提纯后酶制剂比活力/提取液比活力。
组成酶：是细胞从恒定速率和恒定数量生成的酶类，是细胞中天然存在的，其含量较稳定，一般不受外界条件的影响。
诱导酶：是细胞中进入特定的诱导底物后，被诱导生成的，其有无及含量的多少受外界条件的影响。
酸碱催化：由质子转移所致的催化作用为酸碱催化作用；由催化剂向反应物提供质子为酸催化，由催化剂从反应物中夺取质子为碱催化。
共价催化：在酶催化反应过程中，酶与底物以共价键结合成中间物过滤态以加速反应。
即在催化时，亲核催化剂或亲电催化剂能分别放出点子或汲取电子，并作用于底物的缺电子反应中心或负电中心，迅速形成不稳定的共价键中间复合物，降低反应活化能，使反应加速。
酶的亲核标记：根据酶与底物能特异性结合的性质，设计合成一种含反应基因的底物类似物，作为活性部位的标定试剂，它能像底物一样进入酶的活性部位，并以其活泼的化学基团与酶的活性基团的某些特定基因共价结合，使酶失去活性。
Ks型不可逆抑制剂：这类抑制剂主要作用于酶活性部位的必须基团，但也作用于酶非活性部位，取决于抑制剂与酶活性部位必须基团在反应前形成非共价络合物的解离常数以及与非活性部位同类基团形成非共价络合物的解离常数之比，即Ks的比值，故称为Ks型不可逆抑制剂。
Kcat型不可逆抑制剂：这类抑制剂不但具有与天然底物相类似的结构，而且本身也是酶的底物，可被酶催化而发生类似底物的变化。
但这类抑制剂还有一种潜伏性的反应基团，这种基团可因酶的催化而暴露或活化，作用于酶活性中心或辅基，使酶共价共价修饰而失活。
酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的过程，称为酶分子修饰。
第三章-酶化学
第一节 酶的概述
▪ 酶的发现和提出：1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母 汁成功实现了发酵。提出了发酵与活细胞无关，而与细胞液 中的酶有关。
▪ 1903年，Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。 ▪ 1913年，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理—米氏
学说。 ▪ 1925年，Briggs和Handane对米氏方程做了修正，提出了稳
态学说。
▪ 1926年，Sumner从刀豆种子中分离、纯化得到了脲酶结晶，首 次证明酶是具有催化活性的蛋白质。
• 1930年 Northrop 分离得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白 酶结晶并证实其均为蛋白质，酶的蛋白质本质确立。
1969年，Merrifield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。 1982年，Cech和Altman对四膜虫的研究中发现RNA具有催化作用，
• 酶中参与共价催化的基团主要包括以下亲核基团： His 的咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟 基等；亲电子基团：H+ 、Mg2+、 Mn2+ 、Fe3+
• 某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参 与共价催化作用。
（三）靠近和定向效应
靠近效应：在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物 分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使 底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，从而使反应速率大大增加 的效应叫做邻近效应。
多酶体系-multienzyme system：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。 主要指结构化的多酶复合体如丙酮酸脱氢酶系、脂肪酸合成酶复合 体等。
第二节
与分类
第三节 酶的作用机理
一、酶的活性部位（活性中心） ◆ 酶的活性中心：在酶分子三级结构的构象中，由
酶化学
胰脏分泌出来的三种酶在氨基酸序列等方面表现出极大的相似性，反映 出他们起源于共同的祖先，但又表现出不同的专一性。这种来自共同祖 先，通过基因改变而得到不同专一性的结果，称为同源的“趋异进化”。
结构上：三种酶的氨基酸序列分析显示40％左右的氨基酸
序列相同，三者活性中心的丝氨酸附近的氨基酸序列则是完 全一样的，其序列均为：Gly—Asp—Ser—Gly—Gly—Pro
补匹配时，酶才作用于这个底物显示活性，催化S反应。该学说可
以很好的解释E的立体异构专一性。
二者都属于“刚性模板学说. 邻 近 效 应 （ proximity
（orientation effect） effect ）
酶催化的高效性
和定向效应
两种效应使酶具有高效率和专一性特点。
的结合体，此结合体称为多酶复合体(multienzyme complex)。 多酶体系：体内物质代谢的各条途径往往有许多酶共同参 与，依次完成反应过程，这些酶不同于多酶复合体，在结 构上无彼此关联，故称为多酶体系(multienzyme system)。 如参与糖酵解的11个酶均存在于胞液，组成一个多酶体系。
金属离子的作用
稳定构象：
构成酶的活性中心 连接作用：
稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象；
作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心；
作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。
一、酶的分类
（二）根据酶蛋白分子的特点
单体酶
肽链
寡聚酶
多酶复合体(物理结合体) 多酶体系 多功能酶
多酶复合体：体内有些酶彼此聚合在一起，组成一个物理
可解析酶分子的三维结构，了解酶活性部位AA的相对位置
与实际状态和与活性部位有关的其他基团。
《食品生物化学》第六章 酶化学
四.诱导契合学说
1.“锁和钥匙学说”
（1）内容： 底物的结构必须与酶活性中心的结构
非常吻合 → 二者紧密结合，形成中间产 物。
1.“锁和钥匙学说” （图6-4左）
底物
酶－底物 酶
（2）缺点：不能解释可逆反应
乳酸脱氢酶
乳酸
丙酮酸
2H
底物 酶
酶－底物 产物
2.诱导契合学说（图6-4右）
1.竞争性抑制作用
抑制剂（I）与酶作用的底物（S）结构 相似，可与底物共同竞争酶的活性中心。
琥珀酸脱氢酶
琥珀酸
延胡索酸
丙二酸
琥珀酸脱氢酶
COOH
CH2 CH2 COOH 琥珀酸
COOH CH2 COOH 丙二酸
抑制剂（I）与酶作用的底物（S）结构相似， 可与底物共同竞争酶的活性中心。
1.竞争性抑制作用
V1
V2
V3
V4
V5
底物浓 底物浓 底物浓 底物浓 底物浓
度很低 度低
度稍髙 度高
度很高
（1）
（2）
制得相对平 滑的曲线
V
（3） ..
.
.
. （4）
（5）
[S]与V之间
的关系曲线
0 1 2 3 4 5 [S]
三.底物浓度对酶促反应的影响
1.底物浓度与酶促反应速率的关系
[S]与V之间 的关系曲线
图6-8
Km值最小的底物称为酶的最适 底物。
蔗糖酶
蔗糖
葡萄糖＋果糖
Km＝28mmol/L
蔗糖酶的最适 底物是蔗糖
蔗糖酶
棉子糖
葡萄糖＋果糖-半乳糖
Km＝350mmol/L
（4）Vmax值
3第三章酶化学137030032
二、中间产物学说：在此基础上又提出过渡态学说
E + S ES ES* EP P + E
(酶 ） （ 底物） （酶-底物中间物)（过渡态 ） (酶-产物中间物） （产物 ）
三、影响酶催化效率因素
1、邻近与定向效应： 酶促反应中，底物结合到活性中心，有效浓度大大增 加，利于提高反应速度 由于活性中心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
6、金属离子催化 7、协同催化
小分子有机化合物（主要是B族维生素）（重要) 常见辅酶及与维生素关系 有机辅因子
NAD+ 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
作用
传递氢
维生素组分
烟酸 (VPP,VB5) 烟酸 (VPP,VB5)
需要该因子的酶 脱氢酶
作用基团 尼克酰胺
NADP+ 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸
传递氢
脱氢酶
（2）亲电催化：与亲核催化相反，酶分子中的亲电基 团（辅基中的Mg2+ 、 Mn2+ 、 Fe2+)对底物中的亲核 基团发生攻击通过形成共用电子对而形成共价中间物 5、微环境影响：活性中心穴内是相对疏水环境。酶的催 化基团被低介电环境所包围，因此，底物分子的敏感键和 酶的催化基团之间有很大的反应力。
总活力=700 U 总活力=650 U 每一步总活力 第一步总活力
比活力=0.4375 U/mg
比活力=1.3 U/mg
回收率=
×100%
=650/700×100%=92.86% 每一步比活力 纯化倍数= 第一步比活力 =1.3/0.4375×100%=2.97
一、底物浓度（ [S] ）对酶反应速度（V）的影 响： 1、 [S]与V的关系： 用[S]对V作图，得 到一矩形双曲线。
酶化学
Section 3酶化学酶是由活细胞产生的，以蛋白质为主要成分的并具有极强的催化能力和高度专一性的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。
一、酶的分类①氧化还原酶类：催化氧化还原反应、电子及氢的转移，如琥珀酸脱氢酶②转移酶：催化分子间基团的转移，如谷丙转氨酶GPT③水解酶：催化水解反应，如蛋白酶④裂解酶：催化非水解地除去底物分子中的基团及其逆反应，如草酰乙酸脱羧酶⑤异构酶：催化分子异构，产生同分异构体，如普通糖磷酸异构酶⑥合成酶：在ATP的作用下，合成有关物质，如丙酮酸羧化酶二、酶的化学本质1大部分酶是蛋白质，酶是生物体合成的具有催化作用的蛋白质，某些核酸有催化活性，如核酶（ribozyme）；某些抗体有催化活性，如抗体酶（abzyme）。
有的酶为结合蛋白，分子中除了蛋白质外，还有其他非蛋白质物质。
结合蛋白的蛋白质部分叫酶蛋白，非蛋白质部分根据其与酶蛋白结合的紧密程度分为辅酶和辅基。
前者与酶蛋白分子结合较疏松，后者结合较为紧密。
酶蛋白与辅因子单独存在时均无活性，二者结合才能产生活力。
酶蛋白与辅酶组成的完整分子为全酶。
全酶=酶蛋白+辅因子金属离子辅因子辅基小分子有机物辅酶决定酶催化专一性的是蛋白质部分。
三、酶的特性1、高效性2、专一性（specificaty）：一种酶只作用于一种或一类底物（substrate，S，既被酶作用的物质）◆结构专一性①绝对专一性②相对专一性A基团专一性B键专一性◆立体异构专一性3、高敏感性：即酶易失活，酶作用需要比较温和的条件，如常温、常压和接近中性的酸碱度等。
这是由于酶的化学本质为蛋白质，凡使蛋白质变性的因素都能使蛋白质失活4、可调节性：包括抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活和激素控制等5、与辅酶、辅基和金属离子的相关性：结合酶的催化活性与辅酶、辅基和金属离子的作用是相关的。
四、酶的结构与功能酶的活性部位又称酶的活性中心，是指酶分子中直接同底物结合，并起催化反应的空间部位。
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有些DNA也有催化活性
1995年Cuenoud等发现有些DNA分 子亦具有催化活性。
酶 enzymes
除蛋白质部分外，不需要其它的化学 成分的酶，即不需要辅助因子 (Cofactor)
第二节 酶的催化性质
1)高效性 2)酶在活性中心与底物结合 3)专一性 4)反应条件温和 5)对反应条件敏感容易失活 6)受到调控
1)高效性
酶的催化作用可使反应速度提高 106 _1012倍。
2)酶在活性中心与底物结合
• 活性中心：酶分子上 直接与底物结合，并 与催化作用直接相关 的区域。
活性中心由2部分组成：
1982年美国T. Cech等人发现四膜虫的rRNA前 体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现 RNA有催化活性
1983年美国S.Altman等研究RNaseP（由20% 蛋白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的 RNA可催化E. coli tRNA的前体加工。
Cech和Altman各自独立地发现了RNA的催化 活性，并命名这一类酶为ribozyme（核酶），2人 共同获1989年诺贝尔化学奖。
酶还有以下功能：
控制一个反应在何时何地进行； 调节反应的速度； 防止副反应的发生； 优化特殊条件下的反应。
第三节 酶的命名及分类
1、酶的命名
1)习惯命名法:一般采用底物加反应类 型来命名，如蛋白水解酶、乳酸脱氢 酶、磷酸己糖异构酶。
2)国际系统命名法
系统名称包括底物名称、构型、反应性质, 最后加一个酶字。 例:丙氨酸:酮戊二酸氨基转移酶
H2O
脂肪酶
RCOOH
CH3CH2OH
2)氧化-还原酶(Oxidoreductase)
催化氧化-还原反应
CH3CHCOOH NAD+
CH3CCOOH NADH H+
乳酸脱
OH
氢酶
O
乳酸
(3)转移酶(Transferase)
催化基团转移反应
谷丙转氨酶
两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:） 分开。如其中一个底物为水时，水可略去。
例1： 丙氨酸+α-酮戊二酸 → 谷氨酸+丙酮酸 丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶
例2： 脂肪+H2O → 脂酸+甘油 脂肪水解酶
2.酶的分类
1)水解酶(hydrolase) 催化底物的加水分解反应
R
COOCH2CH3
1. 是一个三维实体； 2. 只占酶总体很小的一部分； 3. 为酶分子表面的一个裂缝、空隙、口袋； 4. 与底物结合为多重次级键； 5. 底物结合的特异性取决于活性中心和底物之间
的互补性。 6. 构想具有可变性。
3)专一性
又称特异性，指酶在催化生化反应时对底 物的选择性。
专一性的类型
绝对专一性 基团专一性 键专一性 立体专一性
① 结合部位：酶分子与底物直接结合的部位。
② 催化部位：酶分子中催化底物发生化学变化的部 位。
活性中心的形成需要酶分子具有一定的空间构象， 因此，酶分子中其他部位的作用对于酶的催化来说， 可能是次要的，但绝对不是毫无意义的，它们至少为 酶活性中心的形成提供了结构基础。
（牛胰岛素）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 活性中心的特征：
酶的化学本质：RNA
发现了RNA具有催 化功能。获得了 1989年度诺贝尔化 学奖。
Sidney Altman
Thomas R.Cech
抗体酶（abzyme）
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的 可变区（即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这 部分区域被赋予了酶的属性。
需要其它的化学成分(Cofactor)的酶
Cofactors
一种或多种无机离子，如Fe2+, Mn2+等
复合有机或金属有机(metalloorganic) 分子, 即辅酶(Coenzymes)
全酶 = 酶蛋白 + 辅助因子
辅酶，辅基，金属离子
辅酶：与酶蛋白结合松散、用透析的方法就容易去除的 有机小分子；
4)反应条件温和
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。
5)对反应条件敏感容易失活
每一种酶都有最佳的反应条件，偏离最佳 条件或不佳的反应条件会影响到它的催 化效率，甚至导致酶活性丧失。
6)受到调控
酶的活性特别是一条代谢途径之中的限速 酶活性是受到严格调控的，调控的手段 也是多种多样的。
分别得到脲酶和 胃蛋白酶的结晶， 并用实验证明酶 是蛋白质。为此 获得了1946年度 诺贝尔化学奖。
James Batcheller Sumner
John Howard Northrop
• 20世纪80年代发现某些RNA有催化活性， 还有一些抗体也有催化活性，甚至有些 DNA也有催化活性，使酶是蛋白质的传统 概念受到很大冲击。
第一节 酶的化学本质
一、酶的特性
酶的概念 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物
分子，又称为生物催化剂(Biocatalysts)。大多 数的酶都是蛋白质，极少数是RNA。
酶的化学本质：蛋白质
1926年美国Sumner得到了脲酶的 结晶，并指出酶是蛋白质
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， 并进一步证明了酶是蛋白质。
辅基：与酶蛋白结合紧密、用透析的方法难以去除的有 机小分子；
金属酶：常见的金属酶有铜、镁、锰。
全酶(Holoenzyme): 具有完整催化活性的酶(酶 蛋白＋辅助因子)
Holoenzyme
辅助因子(Cofactor): coenzyme and/or one or more metal ions
酶蛋白(protein part): 酶去除辅助因 子的部分亦称为去辅基酶 (apoenzyme)或去辅基蛋白 (apoprotein)
有两种模型可以解释酶作用的专一性
1.锁钥学说：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。
2.诱导契合学说：酶表面并没有一种与底 物互补的固定形状，只是由于底物的诱导才 形成了互补形状。
3.“三点附着”模型：
酶与底物的结合处至 少有三个点，而且只 有一种情况是完全结 合的形式。