酶的性质

底物
催化基团
结合基团
活性中心
四、酶蛋白的结构与功能
酶的活性中心与酶作用的专一性
空间结构与酶的催化活性
酶原与酶原的激活
酶原 (zymogen)： 有些酶在细胞内合成或初分泌时，没有催
化活性，只是酶的无活性前体，此前体物质称
为酶原。 酶原的激活： 在一定条件下，酶原分子结构发生变化，暴 露或形成活性中心，转变成具有活性酶的过程。
尼克酰胺
CONH 2 N
+
NH2 N N
N HO O H2 C O P O OH OH OH O P O O CH2
N
O
NAD+：R为 H NADP+：R为
OH
OH OR
P OH
O
NAD+及NADP+是体内多种脱氢酶的辅酶，起传递氢的作用。
维生素B6
﹡维生素B6包括吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺 ﹡体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺
hypothesis）：
诱导契合假说（induced-fit
hypothesis）：
羧 肽 酶 的 诱 导 契 合 模 式
三、酶的分类与命名
（一） 酶的分类：
1.氧化还原酶类（oxidoreductases ） 2.转移酶类 （transferases ）
3.水解酶类 （hydrolases ）
∴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。
（二） Km与Vmax的意义
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， Km值最 小的底物一般为该酶的最适底物或天然底物。 d) 了解Km值及其底物在细胞内的底物浓度，可推 知该酶在细胞内是否受底物浓度的调节。 f) 测定不同抑制剂对某个酶的Km及Vmax的影响，可 区别抑制的类型。


第一节 酶是生物催化剂
一、酶的生物学意义
目前将生物催化剂分为两类： 酶 、 核酶
酶是生物体内一类具有催化活性和特定 空间构象的生物大分子。
酶催化作用的特点：
1、酶与一般催化剂的共同点：
• 在反应前后没有质和量的变化；
•
•
只能催化热力学允许的化学反应；
只能加速可逆反应的进程，而不改变反应
Ⅲ
Ⅱ
N
Ⅰ
H3C
N
Vit B2 FMN AMP
FAD
﹡FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传递体的作用。
维生素PP
﹡维生素PP包括： 尼克酸(nicotinic acid)
尼克酰胺(nicotinamide)
﹡体内活性形式：
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)
氧化型
还原型
硫辛酸是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，参与α-酮酸氧化脱羧。
B族维生素及其辅酶形式
维生素
维生素B1
辅酶形式
TPP
硫辛酸 泛酸
维生素B2 维生素PP 生物素 叶酸 维生素B12 维生素B6
硫辛酸 CoA
FAD、FMN
转移基团 α-酮酸氧化脱羧酮基 转移 α-酮酸氧化脱羧 转移酰基
传递氢原子
NAD+、NADP+ 传递氢原子 生物素 传递二氧化碳 四氢叶酸 “一碳单位”的转移 5-甲基钴胺素 5-脱氧腺苷钴胺 甲基的转移 素 磷酸吡哆醛 氨基的转移
——酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中 与酶的活性密切相关的化学基团。

活性中心内的必需基团： 结合基团 （binding group） 与底物相结合 催化基团 （catalytic group） 催化底物转变成产物

活性中心外的必需基团： 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
第三节 酶的作用机制
一、酶能降低反应的活化能 (activation
energy)
活化能: 底物分子从 常态转变到活化 态所需的能量。
二、中间产物学说:
酶底物复合物
E+S
ES
E+P
三、酶催化作用高效率的机制：
• 邻近效应与定向排列 • 多元催化
• 表面效应
四、核酶与抗体酶

（一）核酶（ribozyme） 具有生物催化活性的RNA 功能是切割和剪接RNA，底物是RNA分子
酶原激活的机理：
酶原
在特定条件下
一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
分子构象发生改变 形成或暴露出酶的活性中心
肠激酶
胰蛋白酶
缬天天天天赖异缬甘
组
46
丝
183
S
S
S
S 活性中心
缬天天天天赖
缬 异甘组 丝 S S S S
胰蛋白酶原的激活过程
酶原激活的生理意义:
避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并 使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内 代谢正常进行。
小分子有机化合物在酶分子中的作用
在反应中起运载体的作用，传递电子、 质子或其它基团的作用。
（三）蛋白类辅酶
某些蛋白质起辅酶作用，自身不起催 化作用，但为酶所必需，这些辅酶称为基 团转移蛋白或称蛋白类辅酶。
蛋白类辅酶参与基团转移或氧化还原反应， 主要是传递氢或电子。
*各部分在催化反应中的作用：

4.裂解酶类 （lyases ）
5.异构酶类（ isomerases ）
6.合成酶类 （ligases ）
（二） 酶的命名：
１.习惯命名法 ２.系统命名法
第二节
酶的化学本质、结构与功能
一、 酶的化学本质与分子组成
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方程式， 简称米氏方程式。
Ｖ Km+[S] ──
＝
Vmax[S]
[S]: 底物浓度 V: 不同[S]时的反应速度
Vmax:
最大反应速度 Ｋm: 米氏常数
Km值的推导：
当反应速度为最大反应速度一半时: V
Vmax Vmax /2 Km [S]
Vmax[S] Vmax ＝ 2 Km+[S] Km＝[S]

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。
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。
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
※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物
羧酮基的转移。
维生素B2
﹡维生素B2又名核黄素(riboflavin) ﹡体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN) 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
NH2 N N O H2C HCOH HCOH HCOH CH3 H3C OH N C C O NH O OH O P OH O O P OH O N CH3 N O
生物素
﹡生物素(biotin)是多种羧化酶的辅酶，
参与CO2的传递。
O
与羧基结合生 成羧基生物素
HN
CH H2C
NH HC CH
与赖氨酸残基ε 氨 基结合成生物胞素
-
(CH 2)4 COOH
S
泛酸
﹡泛酸(pantothenic acid)又名遍多酸 ﹡体内活性形式为辅酶A(CoA) 酰基载体蛋白(ACP)
蛋白质部分：酶蛋白 apoenzyme
全酶
holoenzyme 辅助因子 cofactor 辅酶 辅基
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
H2N N
N O N HO P O O CH2 O
﹡CoA及ACP是酰基转移 酶的辅酶，参与酰基 的转移作用。
N
CoA的结构式
O H3C HO OPO3H2 OH CH2 C CH3
HO
源自文库
P O
泛酸
C H CO NH O CH2 C NHCH2CH2
4-磷酸泛酰 巯基乙胺
H2C
SH
叶酸
﹡叶酸(folic acid)又称蝶酰谷氨酸 ﹡体内活性形式为四氢叶酸(FH4)
第六章
酶
enzyme
一、目的与要求： 在掌握蛋白质结构与功能的基础上进 一步掌握酶活性中心的结构与功能；酶 促反应的特点与机制；酶动力学的概念 及影响酶促反应的因素以及机体如何调 节酶活性。
二、重点与难点 重点：掌握酶的概念、酶的化学组成、酶 活性中心的概念；必需基团的概念及分 类；酶动力学的概念及影响酶促反应的 因素。
的平衡点。
2、作为生物催化剂的特点： 1）条件温和 2）高效性 3）高度专一性 4）催化作用受调控 5）酶可催化某些特异的化学反应

立体化学专一性（立体的化学性质） 立体异构专一性
几何异构专一性 非立体化学专一性（化学键及组成键的基团）
键专一性

基团专一性
绝对专一性
酶作用专一性的学说
锁钥假说（lock-key
二、酶的辅助因子
辅助因子分类：
（按其与酶蛋白结合的紧密程度）
辅酶 (coenzyme)：
与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的 方法除去。
辅基 (prosthetic group)：
与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤
的方法除去 。
从化学本质分类：
无机金属元素 小分子有机化合物 蛋白辅酶
（一）无机离子对酶的作用
子有机化合物，动物体内不能合成或合成不足，
必须由食物供应或补充。
脂溶性维生素 水溶性维生素（B族维生素）
维生素B1
﹡维生素B1又名硫胺素(thiamine)
﹡体内活性形式为焦磷酸硫胺素(TPP)
N H3C N
CH2
N
+
CH3 CH2 CH2
O O P O OH
O P OH OH
NH2 HC
S
TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶,参与α-酮酸氧化脱
叶酸
二氢叶酸还原酶
二氢叶酸
二氢叶酸还原酶
四氢叶酸
NADPH+H+
H N
8
NADP+
NADPH+H+
NADP+
N H2N N
3 1
7
O
HO
N H
5
CH CH2 NH 9 10 6
C
NH CH (CH2)2 COOH HOOC
5, 6, 7, 8-四氢叶酸
﹡ FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。
维生素B12
﹡维生素B12又称钴胺素(coholamine)
﹡体内活性形式为甲基钴胺素 5 -脱氧腺苷钴胺素
R：-CH3 甲基钴胺素
R：5`-脱氧腺苷 5`-脱氧腺苷钴胺素
﹡生化作用： 甲基 钴胺素是甲 基转移酶的 辅酶， 参与体内甲基转移 作用。
硫辛酸(lipoic acid)
CH2 H2C CH (CH 2)4 HOOC S － 2H ＋ 2H S H2C CH (CH 2)4 HOOC SH CH2 SH
（二）抗体酶
第四节 酶促反应动力学

概念：探讨酶催化反应的速度及各种因素对酶促反应速度的 影响。

影响因素包括有：温度、 氢离子浓度、底物浓度、酶浓度、
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。
一、底物浓度对反应速度的影响
酶底物复合物
E+S
ES
E+P
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。
CH2OH HO H3C N CH2OH [ ] O HO H3C
CHO CH2OH NH 2 N HO H3C
CH2NH2 CH2OH N
吡哆醇
吡哆醛
吡哆胺
CHO
HO H3C N CH2OPO3H2
CH2NH2
＋-NH2 －-NH2
HO H3C N
CH2OPO3H2
磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，参与转氨、脱羧作用。
难点：底物浓度、抑制剂对酶活性的影响
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。 1878年，Kuhne首次提出 Enzyme 一词。 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。
酶蛋白决定反应的专一性 辅助因子决定反应的类型（起递氢、传递
电子和转移某些化学基团的作用）
三、酶蛋白的结构
酶的活性中心
（active
center）
——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 特异的结合并将底物 转化为产物。
胰凝乳蛋白酶的一级结构和空间结构
*必需基团（essential group ）：
金属酶 金属离子与酶结合紧密。如：黄嘌呤氧化酶 金属活化酶 酶本身不含金属，但金属离子为酶的活性所必需。 如：Mg2+可活化多种激酶。
无机离子在酶分子中的作用
维持酶分子的活性构象 通过氧化还原传递电子 在酶与底物之间起桥梁作用
利用离子的电荷影响酶的活性
（二）维生素与辅酶的关系
维生素是一类维持细胞正常功能所必需的小分