第03章 酶

节等。
（四）酶的不稳定性 酶的化学本质是蛋白质，酶促反应要在一定的 温度和pH条件下进行。凡强烈的理化因素都可能使
酶蛋白变性而丧失活性。
第三节 酶促反应的机制
The Mechanism of Catalytic Reaction of Enzyme
一、酶-底物复合物的形成和诱导契合学说
（一）酶-底物复合物的形成 大量的资料证明，在酶促反应中，酶（E）总是先
活化，从而加速反应的进行。
活化能：即底物分子从常态转变到活化态所需的最低 能量，只有达到活化态的分子才能发生化学反应。
自 由 能
非催化反应活化能
一般催化剂 反应的活化能
酶促反应 活化能
初 态 全部自由能的变化 终 态
反
应
进
程
酶催化反应的自由能变化
催化过程和非催化过程的能量变化
1. G非≠＞G催≠＞ G酶≠； 2. ⊿ G非o = ⊿ G催o= ⊿ G酶o； 3. 催化反应并不改变化学反应历程，仅仅是加快
2.相对专一性：催化一类化合物（或同种化学键） →一定的P。 对S不太严格的选择性。例如：脂肪酶。 3.立体异构体专一性：催化立体异构体中的一种S →一定的P。 例如：延胡索酸酶。
（三）酶活性的可调节性
酶所具有的催化能力的大小叫酶活性或酶活力。 酶活性受多种因素调节，例如别构调节、共价修
饰调节、正反馈与负反馈调节、酶原激活及激素调
二、维生素与辅酶
维生素(vitamin,Vit.)是一类维持细胞正常功能所必
需的小分子有机化合物， 动物体内不能合成或合成不
足，必须由食物小量供应。
维生素分脂溶性和水溶性两大类。 脂溶性有维生素 A、D、E、K，各有重要的生理功能。水溶性维生素中， 除维生素C外，总称为B族维生素。几乎所有的B族维生 素均参与辅酶组成，因此也是许多酶发挥其催化活性所
些酸性或碱性基团对许多有机反应都是有力的催化剂。
四、表面效应
该机制认为： 底物受酶催化的反应，常常发生在酶分子内部的 疏水区域，因为疏水环境可避开水分子的多重干扰： 有利于底物和酶的靠近接触；有利于酶的功能基团 对底物的快速催化。
第四节 酶促反应的动力学
Kinetics of Catalytic Reaction of Enzyme
与底物（S）形成不稳定的中间产物（ES），然后再
分解成酶（E）和产物（P）。此即中间产物学说：
E+S
所需活化能很低
（中间产物）
ES
E+P
ES的形成可使S的活化能大大降低，从而使反应加速。
（2h止）
实验证明： 1. P的生成速度 v 只与ES 的浓度成正比，而与游
离的E或S无关。（根据反应速度定律：pA＋qB→nC
（二）米－曼氏方程式
Michaelis和Menten根据上述理论和反应式，从平衡法
推导出下列公式，即米－曼氏方程式：
＝ Ｖ K
Vmax[S]
m+
[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 (Michaelis constant) 。 【 推导此式时，没有考虑逆反应 E+ P→ES。而要忽略此反 应，必须[P]趋近于零，因此米－曼氏方程式仅适用于测量反应 的初速度，也即在反应开始, [P]很低时。通常把底物浓度变化在 5%以内的速度作为初速度。】
1/V
斜率=
Km 1/V= V 1/[S] + 1/Vmax max
Km Vmax
1 / Vmax ﹣1 / Km
截距
1/ [S]
1.作图：1 / V对1/ [S]作图。 2.应用：求Km和Vmax ；研 究抑制剂作用。 3.缺点：实验点过分集中 于直线左端，作图不易 十分准确。
2. Hanes-Woolf作图法 在林-贝氏方程基础上，两边同乘以[S],得到
＋mD, 反应速度 v﹦k﹝A﹞p ·﹝B﹞q，k为速度常 数） 2. 光谱分析：各物质具有特异的光吸收值。 3. 已获得ES的结晶以及对它的X射线衍射分析结果。
（二）诱导契合学说 目前了解，当酶与底物接近时，酶受底物分子的 诱导，其构象发生了有利于和底物结合的变化，酶与 底物在此基础上互相契合进行反应。此即诱导契合学
[S]/V
斜率=
1 Vmax
[S]/V=Km/Vmax + [S]/Vmax 以[S]/V对[S]作图，求出Km和Vmax。
－ Km Km/Vm [S]
二、酶浓度对反应速度的影响
当[S]＞＞ [E]， 酶可
被底物完全饱和，反应速度
V与[E]成正比。 关系式：V = k2 [E]
V
[在临床检验中常用此高浓度 0 [E] 底物测定血清酶活性。但有时 当[S]>>[E]时，Vmax = k2 [E] 由于底物溶解度或成本等原因， 酶浓度对反应速度的影响 所用[S]只是略大于Km.]
酶动力学概念

1. 酶动力学是对酶促反应速度及其影响因素进行 定量研究的科学。 2. 影响因素包括： [S] 、 [E] 、温度、 pH 、激活剂、 抑制剂等。 3. 如何研究：只改变待观察的因素，其他条件恒定。 4. 研究前提：⑴ 单底物、单产物；⑵ 速度的表示： 单位时间内 S的减少量或P的增加量；⑶ 反应速度采 用初速度：不超过 5%的S →P时的速度；⑷ [S] >> [E] 。
四、多酶复合物及多功能酶
1. 单体酶—分子结构中只有一条多肽链的酶。
2. 寡聚酶—由多个相同或不同的亚基组成的酶。
3. 多酶复合物或多酶体系—催化不同反应，但功能相
关、彼此嵌合在一起的酶。如丙酮酸脱氢酶复合体。
4. 多功能酶—在一条酶蛋白多肽链上有多个活性中心， 能完成多种催化功能。如脂肪酸合成酶有七种酶活 性中心，协同作用，有利于脂肪酸快速有序的合成。 （1h止）
一、底物浓度对反应速度的影响
（一）底物浓度曲线 在[E]、温度、 pH恒定的条 件下，对大多数酶来说，底物浓度对反应速度的影响 呈矩形双曲线关系。 V Vmax c b a 当[S]很低时， [S] 酶未被饱和，速度v取决于中间产物[ES]的多少， 此时v与[S]成正比；为一级反应（a 段，即S →P的反 应）。
三、pH对反应速度的影响
1. 原理：pH 可影响酶和底物的解离以及两者的结合， 但往往只有一种解离状态最适宜于它们互相结合， 并发生催化作用。此时酶的活性最高。 2. 最适pH定义： 酶催化活性最大时的环境 pH, 称为 最适pH。 最适pH不是E的特征性常数，它受缓冲液种类、 浓度、[S]及E纯度的影响。
反应速度。
注：G非≠ 、 G催≠等表示活化能， ⊿ G非o 、 ⊿ G催o等 表示自由能变化。
（二）高度特异性 酶对所催化的底物有选择性以及能使底物生成确 定结构的产物，此称为酶的特异性或专一性。
根据酶对底物的选择程度不同，酶的特异性分以
下3种类型：
1.绝对专一性：催化一种 S →一定的P, 对S有严格选择性。 例如：脲酶。
说。不少物理化学实验结果支持这一假设，证明了酶
与底物结合时，确有显著的构象改变。
二、邻近效应及定向排列
酶可将它的底物结合于它的活性部位，彼此靠近， 并有一定的取向，从而大大增加ES复合物进入过渡态 的几率。
不利的定向 不利的趋近
不利的定向 有利的趋近
有利的定向 有利的趋近
三、酸碱催化
酶的活性中心含有特殊氨基酸残基的R基团，这 些基团可以是质子供体或质子受体。 在水溶液中这
基伸入，通过疏水作用相结合。而胰蛋白酶分子在活
性Ser附近有一凹陷，其中有带负电荷的Asp侧链，很
容易与蛋白质中带正电荷的碱性氨基酸侧链形成盐键 而结合成中间产物。故这两种蛋白酶具有不同的专一
性（看下图）。
3. 酶的活性中心和整个酶分子是不可分的。酶的其 他部分对于酶的催化功能、调节功能以及维持空间结 构等方面均有重要作用。
必要的组成部分。
B族维生素参与组成的辅酶及其作用见下表：
三、酶的活性中心
（一）必需基团 酶分子中与催化活性密切相关的基团。
（二）酶活性中心的概念
1.定义：酶分子中的必需基团在空间上彼此靠近， 形成能与底物结合并将底物转变成产物的空间结构 区域。 [ 活性中心往往位于酶分子表面，或凹陷处，或 裂隙处，也可通过凹陷或裂隙深入到酶分子内部的 疏水区域。]
（4）同一种 E对于不同 S有不同的Km值。
2. 最大反应速度 Vmax: （1）定义：当酶完全被底物饱和时的反应速度，与[E]成正 比。
表达式：V max = k2 [E] （2）如果酶的总浓度已知，可从 Vmax计算动力 学常数 k2 ，即酶的转换数（每秒钟每个酶分子转换底
物的分子数）。 k2值越大，表示酶的催化效率越高，
（3h止）
（三）米氏方程动力学常数的意义
1. 米氏常数（ Km）的意义
（ 1 ） 米 氏 常 数 Km 即 是 V=1/2Vmax 时 的 [S] 。 单 位 是 mol/L或mmol/L 。
（2）Km值是E的特征性常数；只与E性质有关，而与 [E]无关。 （3） Km可近似表示 E对S的亲和力； 反比关系。
L72h版
第三章
酶
Enzyme
酶(Enzyme,E) 是由活细胞产生的具有高效催化
作用的蛋白质。
对于生化反应：A+B↔C+D, A与B为作用物，现 常称为底物（S），C与D为生成物，现常称为产物 （P）, 酶所催化的反应叫酶促反应 。S即substrate ，
P即product。
第一节 酶的分子结构
2. 活性中心内的必需基团： 结合基团 (binding group) 与S结合 催化基团 (catalytic group) 催化S转变成P