第五章酶4介绍
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酶工程 第五章
第—节 金属离子置换修饰
用于酶分子修饰的金属离子，往往是二价金属离子。例如 Ca 2 , Mg 2 , Mn2 , Zn2 , Co 2 , Cu 2 , Fe2 等等。金属离子置换修饰法只适用于本来 在结构中含有金属离子的酶。 在离子置换修饰的过程中，首先要加入一定量的乙二胺四乙酸 (EDTA)等金属螯合物到酶液中，使酶分子中的金属离子与EDTA形成螯 合物，此时酶成为无活性状态。通过透析或超滤、分于筛层析等方法， 可将EDTA-金属螯合物从酶液中分离除去。然后用不同的金属离子加到 酶液中，酶蛋白与金属离子结合。根据离子种类的不同，经离子置换 后的酶将会出现不同的特性。有些修饰酶活性比原来酶的活性降低， 甚至完全无活性；有些修饰酶的活性比原酶活性提高；有些修饰酶的 稳定性比原酶增加等。所以只要选择到适宜的金属离子作修饰剂，去 置换原来的金属离子，就有可能提高酶活力，增加酶稳定性。
第二节
大分子结合修饰
一、通过修饰提高酶活力
酶的催化能力受诸多因素的影响。本质上是由其特定 的空间结构，特别是由其活性中心的特定构象所决定的。 水溶性大分子通过共价键与酶分子结合后，可使酶的 空间结构发生某些改变，使酶的活性中心更有利于和底物 结合，并形成准确的催化部位，从而使酶活力得以提高。 例如：每分子核糖核酸酶与6.5分子的右旋糖酐结合，可 使该酶的活力提高到原有的活力的2.25倍；用右旋糖酐修 饰胰凝乳蛋白酶，当每分子酶与11分子右旋糖酐结合时， 修饰酶的活力达到原有的活力的5.1倍；每分子胰蛋白酶 用11分子的右旋糖肝修饰后，酶活力可提高30％等。
第二节 大分子结合修饰
利用水溶性大分子与酶结合，使酶的空间结构发生某 些精细的改变，从而改变酶的特性与功能的方法称为大分 子结合修饰法。简称为大分子结合法。 通常使用的水溶性大分子修饰剂有：有旋糖酐、聚乙 二醇、肝素、蔗糖聚合物(Ficoll)、聚氨基酸等。这些大 分子在使用前一般需经过活化，然后在一定条件下与酶分 子以共价键结合。对酶分子进行修饰。例如：右旋糖酐先 经高碘酸(HIO4)活化，然后与酶分于的氨基共价结合。
酶工程 第五章酶分子修饰 第四节酶蛋白侧链基团修饰
酶蛋白侧链基团修饰一般采用化学手段，故属于化学 修饰法。所采用的各种小分子化合物称为侧链基团修饰剂。 不同的侧链基团所使用的修饰剂各不相同，可根据需要加 以选择。现将几种常用的小分子侧链基因修饰剂介绍如下：
一、氨基修饰剂
凡能使酶蛋白侧链上的氨基发生改变的化台物，称为 氨基修饰剂。主要的有：二硝基氟苯、醋酸酐、琥珀酸酐、 二硫化碳、亚硝酸、乙亚腔甲酯、O-甲基异脲、顺丁烯二 酸酐等。这些修饰剂作用于酶蛋白侧键上的氨基或产生脱 氨基作用，或与氨是共价结合将氨基屏蔽起来，使氨基原 有的副链改变，从而改变酶蛋白的构象。
酶蛋白侧链基团的修饰可以使用各种小分子物质，也 可使用各种大分子物质。其中使用水溶性大分子与侧链基 团结合的属大分子结合修饰，已在本章第二节阐述。使用 不溶性大分子与酶侧链基团结合的属于结合固定化方法， 将在下一章介绍。本节主要介绍各种小分子化合物与酶蛋 白侧极基团相互作用的修饰方法。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
已知大肠杆菌的苹果酸酶可催化下列4种生化反应：
该酶的巯基用乙基马来酰亚胺修饰后，其催化 主反应A的功能消失，同时也失去催化反应B的能力， 然而催化反应C和D的酶活性却提高10倍以上。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
酶经侧链基团修饰后，对于酶的活性、稳定性或抗原 性都有显著影响，往往可提高其使用价值。例如：用O-甲 基异脲修饰溶菌酶，使赖氨酸残基的ε-氨基与之结合， 修饰后酶活力保持不变，但稳定性提高，且很容易结晶析 出；用亚硝酸修饰天门冬酰胺酶，使其氨基末端的亮氨酸 和肽链中的赖氨酸的氨基脱去变成羟基，经修饰后，该酶 的稳定性大大提高，在体内的半衰期可延长2倍，显著提 高治疗效果；枯草杆菌蛋白酶的第l 04位酪氨酸可特异地 被碘化、硝化和琥珀酰化，经修饰后的酶，由于负电荷能 引入，而增加了对带正电荷底物的结合力；葡萄糖异构酶 经琥珀酰化修饰后，其最适pH值下降0.5单位，并增加酶 的稳定性，这对果葡糖的生产有利。
一、氨基修饰剂
凡能使酶蛋白侧链上的氨基发生改变的化台物，称为 氨基修饰剂。主要的有：二硝基氟苯、醋酸酐、琥珀酸酐、 二硫化碳、亚硝酸、乙亚腔甲酯、O-甲基异脲、顺丁烯二 酸酐等。这些修饰剂作用于酶蛋白侧键上的氨基或产生脱 氨基作用，或与氨是共价结合将氨基屏蔽起来，使氨基原 有的副链改变，从而改变酶蛋白的构象。
酶蛋白侧链基团的修饰可以使用各种小分子物质，也 可使用各种大分子物质。其中使用水溶性大分子与侧链基 团结合的属大分子结合修饰，已在本章第二节阐述。使用 不溶性大分子与酶侧链基团结合的属于结合固定化方法， 将在下一章介绍。本节主要介绍各种小分子化合物与酶蛋 白侧极基团相互作用的修饰方法。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
已知大肠杆菌的苹果酸酶可催化下列4种生化反应：
该酶的巯基用乙基马来酰亚胺修饰后，其催化 主反应A的功能消失，同时也失去催化反应B的能力， 然而催化反应C和D的酶活性却提高10倍以上。
第四节 酶蛋白侧链基团修饰
酶经侧链基团修饰后，对于酶的活性、稳定性或抗原 性都有显著影响，往往可提高其使用价值。例如：用O-甲 基异脲修饰溶菌酶，使赖氨酸残基的ε-氨基与之结合， 修饰后酶活力保持不变，但稳定性提高，且很容易结晶析 出；用亚硝酸修饰天门冬酰胺酶，使其氨基末端的亮氨酸 和肽链中的赖氨酸的氨基脱去变成羟基，经修饰后，该酶 的稳定性大大提高，在体内的半衰期可延长2倍，显著提 高治疗效果；枯草杆菌蛋白酶的第l 04位酪氨酸可特异地 被碘化、硝化和琥珀酰化，经修饰后的酶，由于负电荷能 引入，而增加了对带正电荷底物的结合力；葡萄糖异构酶 经琥珀酰化修饰后，其最适pH值下降0.5单位，并增加酶 的稳定性，这对果葡糖的生产有利。
第五章酶反应动力学
rS rS ,max
当CS＜＜Km时，是一级反应，反应速率与底 物浓度成正比，其反应式：
rS
rS max Km
CS
反应最大速率：
rS ,max, K2 E0 K+2——反应常数。 E0—酶总浓度。
二、反应时间计算 1、间歇操作反应器（BSTR)
对间歇搅拌反应器，可对整个反应器做 反应组分的物料衡算为:
r c c K c max m
S0
S
S0
S
m
S
（1）平推流式反应器（CPFR)
V
0
cS
V
0
(cS
dcS)
r
S
dV
R
dcS
dt
dV
R
连续稳态操作时， dcS 0 ,于是 dt
V 0dcS rS dVR
• 对整个反应器有，有
dc cSf
S VR 1
r dV cS0
对底物的物料衡算式有：
V
0
cS
0
V
0
cS
r
SV
R
dcS
dt
V
R
V 0 ——物料流量
c c、 S0 S
——进料、反应器中的底物浓度
V R ——反应器有效体积
在连续稳态时，dcS 0 ，并由上式可得： dt
V c c R S0 S
V m 0
rS
均相酶反应，符合M-M方程反应：
c c ( )
暂存罐 泵
淀粉糖生产的糖化罐
无菌空气
螺旋板换热器
糖化罐
对产物抑制酶反应，由于在CSTR中维持了比CPFR 中较高的产物浓度，因而在CSTR中产物的抑制作 用较大，此时显然应采用CPFR 更为有利于。
高一生物必修一第五章酶的特性知识点
高一生物必修一第五章酶的特性知识点
酶的特性主要四点：
1、酶具有高效率的催化能力;其效率是一般无机催化剂的10的7次幂~~10的13次幂。
2、酶具有专一性;(每一种酶只能催化一种或一类化学反应。
)
3、酶在生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与催化剂相似);
4、酶的作用条件较温和。
(1)酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。
(2)在最适宜的温度和PH条件下，酶的活性最高。
温度和PH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。
一般来说，动物体内的酶最适温度在35~40℃之间;植物体内的酶最适温度
在40~50℃之间;动物体内的酶最适PH大多在6.5~8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适PH为1.5;植物体内的酶最适PH大多在4.5~6.5之间。
(3)过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高。
酶对化学反应的催化效率称为酶活性。
5、活性可调节性。
6、有些酶的催化性与辅因子有关。
7、易变性：大多数酶都是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。
第五章酶的特性知识点的全部内容就是这些，预祝大家取得更好的成绩。
第五章酶的概念本质命名分类作用特点专一性结构与功能关系
2. 酶的活性部位具有三维空间结构。 空间构象具有一定 的柔性。
3. 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而是 需动态诱导契合（induced-fit）.
4. 位于酶分子表面的一个裂隙（crevice）内.裂隙内是一 个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合。
5. 底物靠许多弱的键力与酶结合。
O
NH2
二、 酶的分类
（一）国际系统分类法
1. 氧化-还原酶类 Oxido-reductases
催化氧化-还原反应。 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶
(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+ OH
CH3CCOOH NADH H+ O
His12, His119, Lys41
溶菌酶
129
Asp52, Glu35
胰凝乳蛋白酶
241
His57, Asp102, Ser195
胃蛋白酶
348
Asp32, Asp215
木瓜蛋白酶
212
Cys25, His159
羧肽酶A
307 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+
酶活性中心的结构特点
酶活性中心示意图
牛胰蛋白酶
第四节、酶作用的专一性
酶的底物专一性即特异性（substrate specificity）一种酶只能作用于某一种或某 一类结构性质相似的物质。 类型： 结构专一性和立体化学专一性。
１. 结构专一性
（１）绝对专一性（Absolute specificity)
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)。
3. 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而是 需动态诱导契合（induced-fit）.
4. 位于酶分子表面的一个裂隙（crevice）内.裂隙内是一 个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合。
5. 底物靠许多弱的键力与酶结合。
O
NH2
二、 酶的分类
（一）国际系统分类法
1. 氧化-还原酶类 Oxido-reductases
催化氧化-还原反应。 主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶
(Oxidase)。 如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+ OH
CH3CCOOH NADH H+ O
His12, His119, Lys41
溶菌酶
129
Asp52, Glu35
胰凝乳蛋白酶
241
His57, Asp102, Ser195
胃蛋白酶
348
Asp32, Asp215
木瓜蛋白酶
212
Cys25, His159
羧肽酶A
307 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+
酶活性中心的结构特点
酶活性中心示意图
牛胰蛋白酶
第四节、酶作用的专一性
酶的底物专一性即特异性（substrate specificity）一种酶只能作用于某一种或某 一类结构性质相似的物质。 类型： 结构专一性和立体化学专一性。
１. 结构专一性
（１）绝对专一性（Absolute specificity)
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)。
第五章 蛋白酶溶菌酶
产生了苦味。
• 如果采取有控制的酶水解，使蛋白质的水解反应 停止在某一个阶段，使肽键具有足够的长度将疏 水性氨基酸埋藏在它的结构内部，就能减少水解 蛋白质的苦味。
• 一般，20%左右的蛋白质水解，不易生成苦味肽。
1.6蛋白酶作为食品添加剂的应用：
• 1.6.1作为肉类嫩化剂
– 菠萝炒牛肉 – 多使用木瓜蛋白酶。从宰杀老龄的动物得到的肉类，
2.4 溶菌酶的抗菌机理
• 溶菌酶能有效地水解细 菌细胞壁的肽聚糖，其 水解位点是N-乙酰胞壁 酸(NAM)的l位碳原子和 N-乙酰葡萄糖胺(NAG) 的4位碳原子间的β-l，4 糖苷键，结果使细菌细 胞壁变得松弛，失去对 细胞的保护作用，最后 细胞溶解死亡。
肽聚糖的结构
• 对于G+细菌与G-细菌，其细胞壁中肽聚糖含量不 同，G+细菌细胞壁几乎全部由肽聚糖组成，而G细菌只有内壁层为肽聚糖，因此，溶菌酶只能破 坏G+细菌的细胞壁，而对G-细菌作用不大。
被抑制，而还原剂半胱氨酸（或亚硫酸盐）或EDTA能 恢复酶的活力。 – 还原剂作用：从-S-S——-SH，EDTA螯合重金属离子。
• 木瓜蛋白酶在pH5时，有良好稳定性，而在pH<3 或>11时酶很快失活，最适pH随底物改变。
• 木瓜蛋白酶具有较高的耐热性，酶液在pH7和70 度下加热30分钟，而使牛乳凝结的活力仅下降 20%。
经烧煮后口感粗糟和坚硬。肉类中存在一定数量的胶 原蛋白质，胶原蛋白质中的交联数目和强度随动物年 龄的增加而提高。木瓜蛋白酶作用效果从肉类感官评 定和剪切力测定中可以看出。
• 1.6.2绿茶饮料浑浊：
浑浊物质主要是由蛋白质（15~65%）和多 酚类化合物（10~35%），通称茶乳酪 （creamy）,是绿茶饮料生产中的关键，添加木瓜 蛋白酶除去绿茶浸提液中的蛋白质，对稳定绿茶 饮料十分有利。
• 如果采取有控制的酶水解，使蛋白质的水解反应 停止在某一个阶段，使肽键具有足够的长度将疏 水性氨基酸埋藏在它的结构内部，就能减少水解 蛋白质的苦味。
• 一般，20%左右的蛋白质水解，不易生成苦味肽。
1.6蛋白酶作为食品添加剂的应用：
• 1.6.1作为肉类嫩化剂
– 菠萝炒牛肉 – 多使用木瓜蛋白酶。从宰杀老龄的动物得到的肉类，
2.4 溶菌酶的抗菌机理
• 溶菌酶能有效地水解细 菌细胞壁的肽聚糖，其 水解位点是N-乙酰胞壁 酸(NAM)的l位碳原子和 N-乙酰葡萄糖胺(NAG) 的4位碳原子间的β-l，4 糖苷键，结果使细菌细 胞壁变得松弛，失去对 细胞的保护作用，最后 细胞溶解死亡。
肽聚糖的结构
• 对于G+细菌与G-细菌，其细胞壁中肽聚糖含量不 同，G+细菌细胞壁几乎全部由肽聚糖组成，而G细菌只有内壁层为肽聚糖，因此，溶菌酶只能破 坏G+细菌的细胞壁，而对G-细菌作用不大。
被抑制，而还原剂半胱氨酸（或亚硫酸盐）或EDTA能 恢复酶的活力。 – 还原剂作用：从-S-S——-SH，EDTA螯合重金属离子。
• 木瓜蛋白酶在pH5时，有良好稳定性，而在pH<3 或>11时酶很快失活，最适pH随底物改变。
• 木瓜蛋白酶具有较高的耐热性，酶液在pH7和70 度下加热30分钟，而使牛乳凝结的活力仅下降 20%。
经烧煮后口感粗糟和坚硬。肉类中存在一定数量的胶 原蛋白质，胶原蛋白质中的交联数目和强度随动物年 龄的增加而提高。木瓜蛋白酶作用效果从肉类感官评 定和剪切力测定中可以看出。
• 1.6.2绿茶饮料浑浊：
浑浊物质主要是由蛋白质（15~65%）和多 酚类化合物（10~35%），通称茶乳酪 （creamy）,是绿茶饮料生产中的关键，添加木瓜 蛋白酶除去绿茶浸提液中的蛋白质，对稳定绿茶 饮料十分有利。
生物化学05.第五章 酶
2.有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要
时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催
化作用。
3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶
的抗酶物质。
三、酶促反应的机制
(一)活化分子与活化能
1.活化能：底物分子从基态转变到活化态所需的能量。 2.活化分子：从基态转变到活化态的底物分子。
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 应 过 程
反
酶促反应活化能的改变
(二)诱导契合假说
酶底物复合物
E+S
ES
E+P
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 。
酶的诱导契合动画
(三)邻近效应与定向排列
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。
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
二、酶原与酶原的激活
(一)酶原
有些酶在细胞 内合成或初分泌时 无活性，此无活性 前体称为酶原。
(三)激活过程
酶原
在特定 条件下
特定的肽链水解 分子构象发生改变 酶的活性中心形成
(二)酶原的激活
一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的 某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变 酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。
1.变构酶 (allosteric enzyme) 2.变构部位 (allosteric site) 3.变构效应剂 (allosteric effector)
变构激活剂
变构抑制剂
(二) 共价修饰调节
时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催
化作用。
3.胃、肠黏膜及肠道寄生虫均有抵抗消化酶
的抗酶物质。
三、酶促反应的机制
(一)活化分子与活化能
1.活化能：底物分子从基态转变到活化态所需的能量。 2.活化分子：从基态转变到活化态的底物分子。
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 应 过 程
反
酶促反应活化能的改变
(二)诱导契合假说
酶底物复合物
E+S
ES
E+P
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 。
酶的诱导契合动画
(三)邻近效应与定向排列
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。
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
二、酶原与酶原的激活
(一)酶原
有些酶在细胞 内合成或初分泌时 无活性，此无活性 前体称为酶原。
(三)激活过程
酶原
在特定 条件下
特定的肽链水解 分子构象发生改变 酶的活性中心形成
(二)酶原的激活
一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的 某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变 酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。
1.变构酶 (allosteric enzyme) 2.变构部位 (allosteric site) 3.变构效应剂 (allosteric effector)
变构激活剂
变构抑制剂
(二) 共价修饰调节
《生物化学》-第五章 酶化学
亲核基团
—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
—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
生物化学第五章酶
第二节 酶的命名和分类
1、习惯命名 2、国际系统命名法 3、国际系统分类法及酶的编号
1、习惯命名：
根据酶的底物命名：如：淀粉酶、蛋白酶； 根据酶所催化的反应性质命名：如：转氨酶； 综合上述两原则命名：如：乳酸脱氢酶； 上述命名加酶来源或酶的其它特点：胃蛋白酶、胰蛋白酶。
2、国际系统命名法
以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明 确标明酶的底物及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物 起反应，应在他们的系统名称中包括两种底物的名称，并以 “:”将他们隔开，若底物中有水可以略去不写。
（3）X-衍射直接探明活性中心。
1、活性中心的实质
活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的 几个aa残基或其上的某些基团。 实例：胰凝乳蛋白酶
实验：酶蛋白经水解切去部分肽链后，残留部分仍有活性。 说明：参与催化反应的只是其中一小部分，即活性中心。
胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 活 性 中 心
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
第五章 酶 (Enzyme)
主要内容：介绍酶的概念、作用特点 和分类、命名，讨论酶的结构特征和催化
功能以及酶专一性及高效催化的策略，进
而讨论影响酶作用的主要因素 。 对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
思考题？
目
录
第一节 酶的概念及作用特点 第二节 酶的命名和分类 第三节 酶活力测定和分离纯化 第四节 酶催化作用的结构基础和高效催化的策略 第五节 酶促反应的动力学 第六节 重要的酶类及酶活性的调控 第七节 酶工程简介
习惯单位（U）:一定时间内将一定量的底物转化为产物所需 的酶量
国际单位（IU）：最适反应条件下（25℃），在1分钟内把
5酶
酶和一般催化剂的共性
1)用量少而催化效率高，只参加化学反应速度，不 参加化学反应 2)它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学 平衡常数 3)酶只能够本身能够发生的反应进行，反之则不行
二、酶的生物催化特点
（一）高效性
酶的催化作用可使反应速度比非催化反应提高107 -1020 倍。比其他催化反应高107 -1要内容
酶的一般概念 酶的组成与辅酶 酶结构与功能的关系 酶催化机理 酶促反应动力学 酶活性调节
第一节 酶的一般概念
酶的概念 酶的分类和命名 酶催化活性表示法 酶的特征
一、酶的概念
什么是酶（enzyme）？
酶是生物催化剂。绝大部分酶是蛋白质，还有一些核 糖核酸RNA具有催化作用，称为核酶（ribozyme）。
酶的转换数：Kat指每秒钟每个酶分子转换底物的
mmol数，代表酶的催化效率。
酶的活力单位（U）：酶活力的度量单位。1961年国
际酶学委员会规定：1个酶活力单位是指特定条件下，在1 分钟内能转化1umol底物的酶量。
酶比活性（enzyme specific activity）:每毫克酶
制剂所含的酶的国际单位数。用于比较每单位重量酶蛋白 的催化能力。比活性愈高表明酶愈纯
第二节 酶的组成和辅酶
一、简单酶（ simple enzyme）单纯由氨基酸组
成。如脲酶、胃蛋白酶、淀粉酶等
二、结合酶（conjugated enzyme）
结合酶（全酶）= 蛋白质部分（酶蛋白）+ 非蛋白质部分（辅因子）
酶的辅助因子: 本身无催化作用，在酶促反应中起 运
输电子、原子或某些功能基团的作用，包括金属离子和辅 酶（基）
一）酶的命名
1 习惯命名——依据所催化的底物（substrate）、反应的 性质、酶的来源等命名。例如淀粉酶，胃蛋白酶、碱性磷 酸酶。
1)用量少而催化效率高，只参加化学反应速度，不 参加化学反应 2)它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学 平衡常数 3)酶只能够本身能够发生的反应进行，反之则不行
二、酶的生物催化特点
（一）高效性
酶的催化作用可使反应速度比非催化反应提高107 -1020 倍。比其他催化反应高107 -1要内容
酶的一般概念 酶的组成与辅酶 酶结构与功能的关系 酶催化机理 酶促反应动力学 酶活性调节
第一节 酶的一般概念
酶的概念 酶的分类和命名 酶催化活性表示法 酶的特征
一、酶的概念
什么是酶（enzyme）？
酶是生物催化剂。绝大部分酶是蛋白质，还有一些核 糖核酸RNA具有催化作用，称为核酶（ribozyme）。
酶的转换数：Kat指每秒钟每个酶分子转换底物的
mmol数，代表酶的催化效率。
酶的活力单位（U）：酶活力的度量单位。1961年国
际酶学委员会规定：1个酶活力单位是指特定条件下，在1 分钟内能转化1umol底物的酶量。
酶比活性（enzyme specific activity）:每毫克酶
制剂所含的酶的国际单位数。用于比较每单位重量酶蛋白 的催化能力。比活性愈高表明酶愈纯
第二节 酶的组成和辅酶
一、简单酶（ simple enzyme）单纯由氨基酸组
成。如脲酶、胃蛋白酶、淀粉酶等
二、结合酶（conjugated enzyme）
结合酶（全酶）= 蛋白质部分（酶蛋白）+ 非蛋白质部分（辅因子）
酶的辅助因子: 本身无催化作用，在酶促反应中起 运
输电子、原子或某些功能基团的作用，包括金属离子和辅 酶（基）
一）酶的命名
1 习惯命名——依据所催化的底物（substrate）、反应的 性质、酶的来源等命名。例如淀粉酶，胃蛋白酶、碱性磷 酸酶。
生物化学第五章 酶
第五章酶第一节概述一、酶的概念酶是由活性细胞产生的、具有高效催化能力和催化专一性的蛋白质，又叫生物催化剂。
酶(enzyme) 是由生物细胞合成的,以蛋白质为主要成分的生物催化剂。
不同生物体所含的酶在种类和数量上各有不同，这种差异决定了生物的代谢类型。
二、酶催化作用的特点1、酶与非生物催化剂的共性：1) 用量少、催化效率高。
2) 都能降低反应的活化能。
3) 能加快反应的速度，但不改变反应的平衡点。
4) 反应前后不发生质与量的变化。
2、酶作为生物催化剂的特性1) 催化效率极高（immense catalytic power ）可用分子比（molecular ratio)来表示，即每摩尔的酶催化底物的摩尔数。
酶反应的速度比无催化剂高108－1020倍，比其他催化剂高107－1013倍酶作为催化剂比一般催化剂更显著地降低活化能，催化效率更高。
通常用酶的转换数(turnover number,TN，或催化常数K cat)来表示酶的催化效率。
它们是指在一定条件下，每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，或每秒钟每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数。
Kcat:103～1062) 高度的专一性(highly specific ）∶所谓酶的专一性是酶对反应物(底物)的选择性绝对专一性：一种酶只能作用于特定的底物。
发生特定的反应，对其他任何物质都没有作用。
相对专一性：有些酶的专一性较低，对具有相同化学键或成键基团的底物都具有催化性能。
立体异构专一性（光学专一性）：几乎所有酶对立体异构物的作用都具有高度专一性。
内肽酶胃蛋白酶R1，R1：芳香族氨基酸及其他疏水氨基酸（NH2端及COOH端胰凝乳蛋白酶R1：芳香族氨基酸及其他疏水氨基酸（COOH端）弹性蛋白酶R2：丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸等短脂肪链的氨基酸（COOH端胰蛋白酶R3：碱性氨基酸（COOH端)外肽酶羧肽酶A R m：芳香族氨基酸羧肽末端的肽键羧肽酶B Rm：碱性氨基酸羧肽末端的肽键氨肽酶氨肽末端的肽键二肽酶要求相邻两个氨基酸上的α-氨基和α-羧基同时存在3) 反应条件温和4) 酶的催化活性是受调节控制的5) 酶不稳定，容易失活2. 酶的分类(1) 氧化-还原酶Oxidoreductase氧化-还原酶催化氧化-还原反应。
高一生物上册第五章知识点：酶
学年高一生物上册第五章知识点：酶生物学源自博物学，经历了实验生物学、分子生物学而进入了系统生物学时期。
为大家推荐了高一生物上册第五章知识点，请大家仔细阅读，希望你喜欢。
一、酶的概念：酶(enzyme)是由活细胞产生的生物催化剂，这种催化剂具有极高的催化效率和高度的底物特异性，其化学本质是蛋白质。
酶按照其分子结构可分为单体酶、寡聚酶和多酶体系(多酶复合体和多功能酶)三大类。
二、酶的分子组成：酶分子可根据其化学组成的不同，可分为单纯酶和结合酶(全酶)两类。
结合酶则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成，酶蛋白部分主要与酶的底物特异性有关，辅助因子则与酶的催化活性有关。
与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶。
与酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅基。
三、辅酶与辅基的来源及其生理功用：辅酶与辅基的生理功用主要是：⑴ 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。
⑵ 运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。
大部分的辅酶与辅基衍生于维生素。
维生素(vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在许多生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。
四、金属离子的作用：1. 稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象;2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心;3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。
五、酶的活性中心：酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基团集中，直接参与将底物转变为产物的反应过程，这一部位就称为酶的活性中心。
参与构成酶的活性中心的化学基团，有些是与底物相结合的，称为结合基团，有些是催化底物反应转变成产物的，称为催化基团，这两类基团统称为活性中心内必需基团。
在酶的活性中心以外，也存在一些化学基团，主要与维系酶的空间构象有关，称为酶活性中心外必需基团。
六、酶促反应的特点：1.具有极高的催化效率：酶的催化效率可比一般催化剂高106～1020倍。
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［S］＝1/9Km
2021/2/6
16
a 仅底物是别构调节物时
底物是别构抑制剂
1负协同 V
2米氏曲线
V
1
90%V
2 3
10% V0
底物是别构激活剂
3正协同
[S]90%V [S]10%V
81
[S]
• S曲线：正协同＜81(开关)—V↑随［S］↑而加
快双曲线：负协同＞81—V↑随［S］↑而减慢
2021/2/6
[I] 增加
1/[S]
Back13
各类可逆抑制的米氏方程及常数
类型 无抑制剂 竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制
2021/2/6
方程式
Vmax Vmax 不变 减小 减小
Km Km 增加 不变 减小
Back14
(八）酶的别构效应
• 别构——蛋白质在实现生物功能时构象发生变化， 活力改变的现象。
专一性 ⊙
不可逆抑制作用 irreversible
非专一性 ⊙
竞争性抑制 ⊙ competitive
可逆抑制作用 reversible 比较 ⊙
非竞争性抑制 ⊙ non-competitive
反竞争性抑制 ⊙ un-competitive
Back3
可逆与不可逆抑制
抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧 失，能用物理方法如透析、超滤等除去抑制剂而使酶复 活，抑制作用是可逆的。
• 别构酶——具有别构现象的酶
特点： 1.多亚基 一部分亚基有活性中心， 另一部分有别构调解中心
别构激活剂 别构抑制剂
2021/2/6
15
2.底物也是调节物，不服从米氏方程
V[S] V=
Km + [S]
当V=90％V
[s]90%V
= 81
[s]10%V
0.9Km=0.1[S]
［S］＝9Km
当V=10％V
(七）、抑制剂对酶作用的影响
1 基本概念 ⊙ 2 抑制作用的类型 ⊙ 3 可逆抑制作用和不可逆抑制作用的鉴别 4 可逆抑制作用动力学 5 一些重要的抑制剂
2021/2/6
Back1
1 基本概念
失活（Inactivation）
抑制（Inhibition）
使酶蛋白变性而引起酶活力的丧失
酶的必需基团化学性质发生改 变，但酶没有变性，而导致的酶活 性的降低甚至丧失
2021/2/6
1 kat = 6×107 U
20
Back
酶的比活力
定义：每毫克蛋白质中所含有的酶活力单位数（国际酶委）。 酶纯度的代表
对于同一种酶，比活力越高，酶的纯度越高。
脲酶制品：500 U/mg
每毫克制品中含有 200微克 脲酶
碳 脲酸酶酐制酶品制：品10：001U0/0m0 gU/mg
每毫克制品中含有 1400微克 碳 脲酸 酶酐酶
2021/2/6
被抑制基团
Back 5
专一性不可逆抑制剂
这类抑制剂选择性很强，它只能专一性地与酶活性中 心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。
Ser OH
酶
Enzyme
有机磷杀虫剂
OR XPO R
O
2021/2/6
Back 6
机制
2021/2/6
竞争性抑制作用
E + S k1 ES k3 E + P
17
别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
2021/2/6
18
八、酶活力测定
检测酶的含量及存在，很难直接用酶的“量” （质量、体积、浓度）来表示。
常用酶催化某一特定反应的能力来表示酶量， 即用 酶的活力 表示。
2021/2/6ຫໍສະໝຸດ Back19酶活力的表示方法
酶（活力）单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为 产物所需的酶量。
I
ki
ESI
E+P
ki = [ES][I] / [ESI] ki = [EI][S] / [ESI]
机制 酶
2021/2/6
酶 动力学特征 ⊙
酶
Back10
非竞争性抑制的动力学特征
v
1/v
[I] 增加
Vmax
无I
Vmax 2
有I
Km = Km’
2021/2/6
Vmax’ Vmax’
2
[S] 有I 无I
有
变性剂
选择性
抑制剂
无
抑制程度的表示方法：
不加抑制剂时的反应速率为v0，加抑制剂后的速率为vi
相对（残余）活力分数（a）
a = vi / v0
抑制分数（i）
指2被02抑1/2制/6而失去活力的分数 i = 1 - a = 1 - vi / v0
Back2
酶 的 抑 制 作 用
2021/2/6
2 抑制作用的类型
1/[S]
Back11
反竞争性抑制
E +S
k1 ES k3 E + P
k2
+
I
ki ESI
ki = [ES][I] / [ESI] 动力学特征 ⊙
2021/2/6
Back12
反竞争性抑制的动力学特征
v
1/v
Vmax
无I
Vmax 2
有I
Km Km’
2021/2/6
Vmax’ Vmax’
2
[S] 有I 无I
1961年，国际生化协会：在最适的反应条件（30℃）下，每分钟内
催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力国际单位（U）， 即：1 U = 1μmol/min
1972年，国际酶学委员会：在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转 化为产物所需的酶量定为1kat单位（katal），即：1 kat =1 mol/s
+
I
k2
ki EI
ki = [E][I] / [EI]
底物
酶
相同的结合位点
酶
抑制剂
酶
动力学特征 ⊙ 实例 ⊙
Back 7
竞争性抑制的动力学特征
[I] 增加
v
1/v
无I 有I
Vmax
Vmax 2
Km Km’
[S]
V [S] v = ——————— 2021/2K/6m(1+[I ]/ki)+[S]
有I 无I
1/[S]
Back 8
竞争性抑制实例
磺胺药物的药用机理
叶酸
蝶呤
对氨基苯甲酸 谷氨酸
H2N-
-COOH 对氨基苯甲酸
细
H2N-
-SO2NH2
菌
对氨基苯磺酰胺（磺胺）
正 常 生
叶酸
人怎么办？
长
嘌呤核苷酸的生物合成
2021/2/6
吃！
Back 9
非竞争性抑制
E +S +
I
EI + S
k1
ES
k3
k2
+
2021/2/6
App2l1.
酶活力测定方法
终点法：酶反应进行到一定时间后终止其反应，再 用化学或物理方法测定产物或反应物量的变化。
对于反应 A
B
[A]的减少与[B]的增加均可以用来表明反应的进程
抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力 丧失，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶 复活，抑制作用不可逆。
2021/2/6
Back
4
非专一性不可逆抑制剂
抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些 基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。
抑制剂类型
酰化剂 烷化剂 还原剂和氧化剂 有机汞、有机磷