第二章 酶的基础知识

-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨
淀粉水解。
2、酶作为生物催化剂的特性* ②专一性 Specificity

酶的专一性 又称为特异性，是指酶在催化 生化反应时对底物的选择性，即一种酶只能 作用于某一类或某一种特定的物质。亦即酶 只能催化某一类或某一种化学反应。
例如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化淀粉的水解； 核酸酶催化核酸的水解。

通过酶分子化学结构的变化：酶原激活，共 价修饰调节等 通过酶分子立体结构的变化：别构效应

通过酶分子含量的变化：阻遏与诱导，激素
控制等
Ⅰ 酶活性的调节
酶原和酶原的激活
酶原*：某些酶在细胞内合成或初分泌时没有活性，这
些没有活性的酶的前身称为酶原（酶的无活性的前体）。 酶原的激活*：由无活性的酶原转变为有活性的酶的过 程。 酶原激活的意义：保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的 消化破坏；使酶原在特定的生理条件和规定的部位受到 激活并发挥其生理作用。
2、酶作为生物催化剂的特性* ③酶易失活，要求温和的反应条件

凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱、高温 等条件都能使酶破坏而完全失去活性。所以酶 作用一般都要求比较温和的条件如常温、常压 和接近中性的酸碱度。 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。

2、酶作为生物催化剂的特性* ④酶活力可调节控制
（酶的分子结构特点）
1、 单体酶-monomeric enzyme
一般由一条肽链组成。但有的由多条肽链组成， 肽链间通过二硫健相连形成一个共价整体。 一般
是催化水解反应的酶。
牛胰RNase 鸡卵清溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 124a.a 129a.a 单链 单链 三条肽链
2、 寡聚酶 oligomeric enzyme
要求。如酯酶催化酯键的水解 O R—C--OR’


基团专一性（不但要求一定的化学键，还要求键一端的基
团）。如胰蛋白酶，只专一的水解赖氨酸或精氨酸的羧基形成的 肽键。 —NH--CH—CO--NH—CH—CO—NH
R1 Lys,Arg R2
立体异构（化学）专一性
１、旋光异构专一性

当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中 的一种。
静电吸引 力或氢键
组 57
X 丝
195
S S
-S-S-
胰 蛋 白 酶 原
活性中心
游离的六肽
缬 天 天 天 天 赖
缬 异 组 天 丝
X -S-S-
S S
胰 蛋 白 酶
胰蛋白酶原的激活过程
2、酶作为生物催化剂的特性* ⑤某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属 离子有关
小
结
酶作为生物催化剂的特性*
1．高效性 2．专一性 3．酶易失活，要求温和的反应条件 4. 酶活力可调节控制 5. 某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子 有关。
‖
HOOC-C-H 延胡索酸
＋H2O
∣
HO-C-COOH L－苹果酸
3.潜手性专一性 有些酶对有机化学中属于对称分子中的 两个等同的基团，只催化其中一个。 H2C－OH │ HC－OH │ H2C－OH 甘油
甘油激酶
ATP ADP
C－O－P=O H2 _ O │ HC－OH │ H2C－OH 1-磷酸甘油

习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶
明确，但罗嗦

五、国际系统分类法及酶的编号
（一）国际系统分类法及编号
国际生化学会酶学委员会根据酶所催化的反 应性质将酶分为六大类*：

氧、转、水、裂、异、合

分别用1、2、3、4、5、6表示
六大类酶*
国 际 系 统 分 类 法
1. 氧化-还原酶类 2. 转移(移换)酶类 3. 水解酶类 4. 裂合（裂解）酶类 5. 异构酶类 6. 合成酶类
结构专一性
1. 绝对专一性

有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一 个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性。
例如：脲酶、淀粉酶及延胡索酸水化酶等。
O ‖ NH2－C－NH2 ＋H2O O ‖ NH2－C－NHCl
脲酶
2NH3＋CO2
O ‖ NH2－C－NH-CH3
（２）相对专一性

一种酶能够作用于结构上类似的一系列化合物。这种 专一性称为相对专一性。包括： 键专一性:要求底物有适合的化学键，对化学键两侧的基团不
C. 同时底物分子也要发生构象的变化。 D. 在酶反应过程中，酶活性中心构象的变化是可逆的。即酶与底
物结合时，产生一种诱导构象，反应结束时，产物从酶表面脱 落，酶又恢复其原来的构象。
第一节
酶学概论
酶的概念及其作用特点 酶的化学本质及其组成 单体酶、寡聚酶、多酶复合体 酶的命名及分类
（二）酶的化学组成
简单蛋白酶类 据酶分子 组成分类 结合蛋白酶类 （全酶）
酶促反应的专一性及高效 率取决于酶蛋白部分 酶蛋白 小分子有机物 辅助因子 金属离子 而辅助因子决定酶促反应的 性质
酶的辅助因子（决定酶促反应的类型）
根据与酶蛋白结合牢固程度划分： 辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析法除去 辅助因子 辅基：与酶蛋白结合紧密，用透析法不能除去 从化学本质上划分： 金属离子：稳定酶分子构象；参与传递电子； 辅助因子
二、 酶的化学本质及其组成
（一） 酶的化学本质
1926年，Sumner从洋刀豆中获得第一个结晶脲酶，证实 酶的本质为蛋白质。迄今所鉴定的数千种酶中，绝大多 数的酶都是蛋白质。 证据： （1）酸水解的产物是氨基酸；能被蛋白酶水解失活； （2）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质变性的 因素都能使酶变性；（具有蛋白质的颜色反应）。

活性部位构象的变化是可逆的，反应结束产物脱落时，酶又恢
复原构象。
诱导契合学说要点概括*：
A. 酶活性中心的结构有一定的灵活性，在酶和底物结合之前，酶
和底物并不是完全契合的。
B. 当底物与酶分子非常接近时，酶分子受到底物的诱导作用，酶
蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催 化基团和结合基团正确地排列和定向。
核酶的发现
1982年美国科学家T.Cech以原生动物四膜虫为材料，研究RNA 的基因转录问题发现， 26SrRNA基因的rRNA前体（大约6400个 核苷酸残基）在成熟过程中，其居间序列（L-19RNA， 413个 核苷酸） 通过剪接反应被除去。 此过程在鸟苷和Mg2+存在下，切除自身的内含子，使两个外显
在酶与底物间起连接作用；降低反应的静电斥力。
维生素B族衍生物
主要可溶性维生素和相应辅酶
维生素 1. B1(硫胺素) 2. B2(核黄素 ) 3. PP 【尼克酸（酰胺）】 4. 泛酸（遍多酸） 辅酶 TPP FMN、FAD NAD+、NADP+ CoASH 功能 α -酮酸氧化脱羧 氢载体 氢载体 酰基载体 转氨、脱羧、消旋 一碳基团载体 羧化辅酶 氧化还原作用 酰基载体、氢载体 甲基钴氨素 脱氧腺苷钴氨素 变位酶辅酶 一碳基团载体
5. B6 【吡哆醇（醛、酸）】 磷酸吡哆醇（醛） 6. 叶酸 7. 生物素 8. C（抗坏血酸） 9. 硫辛酸 10. B12（氰钴氨素） FH4(THFA)
第一节
酶学概论
酶的概念及其作用特点 酶的化学本质及其组成 单体酶、寡聚酶、多酶复合体 酶的命名及分类
三、 单体酶、寡聚酶、多酶复合体*
第一节
酶学概论
酶的概念及其作用特点 酶的化学本质及其组成 单体酶、寡聚酶、多酶复合体
酶的命名及分类
一、酶的概念及其作用特点
(一）概念：
酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生
物分子，所以又称为生物催化剂
(Biocatalysts) 。
（二）酶的作用特点
1、酶和一般催化剂的共性
①用量少而催化效率高；

①丙酮酸脱氢酶组分（E1）
②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）
以二聚体存在 以二聚体存在
③二氢硫辛酸脱氢酶（E3）

焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子
将乙酰基转移到CoA
丙酮酸氧化脱羧
丙酮酸脱氢酶组分
二氢硫辛酸转 乙酰基酶
将还原型硫辛酸转变为氧化型 二氢硫辛酸脱氢酶
明底物与酶的结合，不能说明催化。因此属于 “刚性模板”学说。
(2)诱导契合学说(induced-fit hypothesis)
1958年 D.Koshland提出。

认为酶的活性中心并不是和底物的形状正好互补，但酶分子与
底物分子接近时，底物诱导酶分子构象变化，从而二者互补契 合，进行反应。就象手与手套的关系一样。
由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成，其中每一个
酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个
代谢途径或代谢途径的一部分。 分子量很高，在几百万以上。如丙酮酸脱氢酶复 合体、脂肪酸合酶复合体等。
多酶复合体
丙酮酸脱氢酶复合体
大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶几 十个亚基组成，总分子量4.6×106 ：
例如：淀粉酶只能选择性地水解D－葡萄糖形成的1，4 －糖苷键； L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化.
２.几何异构专一性

指有些酶对具有顺/反式异构体的底物有严格的 选择性。
如:延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反－丁烯二酸）水合生成苹 果酸，对马来酸（顺－丁烯二酸）则不起作用。 H-C-COOH 延胡索酸酶 CH2-COOH
O
_
酶作用的专一性
结构专一性
绝对专一 相对专一 键专一
小 结
立体异构专一性
旋光异构 几何异构 潜手性
基团专一
3、关于酶作用专一性的假说
酶如何选择底物？
锁钥学说 诱导契合学说
(1)锁钥学说 (lock-key hypothesis)
1894年，Fischer提出该学说，认为酶活性中心和底 物在结构上严格互补，犹如钥匙与锁的关系。 缺陷： 酶和底物之间的关系认为是“刚性的”，只能说

由两个或两个以上亚基组成，亚基可相同可不同，之间 非共价键结合，彼此很容易分开。

分子量在35000-几百万。
如3-磷酸甘油醛脱氢酶、乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶等。

寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有的与
酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。
3、 多酶复合体 multienzyme system
②它能够加快化学反应的速度，但是不能 改变化学反应平衡。
③降低反应活化能。
④反应前后自身结构不变。
2、酶作为生物催化剂的特性*
①催化效率更高
酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020
倍，并且高出非酶催化反应速度至少几个数量级。

过氧化氢分解 2H2O2


2H2O
+
O2
用过氧化氢酶催化效率是用Fe3+ 催化的1010倍。
（三）酶的专一性
1、概念：
酶的底物专一性即特异性（substrate specificity） 指酶对它所作用的底物有严格的选择性。一种 酶只能作用于某一种或某一类结构性质相似的 物质。
2．专一性

酶的底物专一性类型：
相对专一性
结构专一性
绝对专一性 旋光异构专一性 立体化学专一性
几何异构专一性
潜手性专一性
子(exon)拼接起来，形成成熟的rRNA_——没有任何蛋白质酶 参与，称为自我剪接（self-splicing）
证明RNA具有催化能力，Cech给这种具有催化能力的RNA定名为
核酶（Ribozyme）。

四膜虫rRNA成熟中RNA的剪接示意图
核酶的发现突破了酶的化学本质是蛋白质这一传统观念。
丙酮酸+CoA+NAD+
乙酰CoA+ C2O+NADH+H+
第一节
酶学概论
酶的概念及其作用特点 酶的化学本质及其组成 单体酶、寡聚酶、多酶Biblioteka Baidu合体 酶的命名及分类
四、酶的命名与分类
(1)习惯命名法:

根据其催化底物来命名（蛋白酶；淀粉酶） 根据所催化反应的性质来命名（水解酶；转氨酶；裂 解酶等）

胰腺最初分泌出来的各种蛋白酶和肽酶均以 无活性的酶原形式存在，胰液中还存在胰蛋 白酶抑制剂，能保护胰组织免受蛋白酶的自 身消化作用。
胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用
胰蛋白酶原 肠 激 酶 六肽
胰凝乳蛋白酶原
弹性蛋白酶原
胰蛋白酶
胰凝乳蛋白酶
弹性蛋白酶
羧肽酶原
羧肽酶
肠激酶或 胰蛋白酶
缬 天 天 天 天 赖 异 缬 甘

结合上述两个原则来命名（琥珀酸脱氢酶）
有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点（胃 蛋白酶、胰蛋白酶、碱性磷酸脂酶和酸性磷酸脂酶）。 简单明了，但缺乏系统性，一酶多名或一名数酶

(2)国际系统命名法（国际酶学委员会１９６１年提出）
系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最 后加一个酶字。 例如： 丙氨酸+ -酮戊二酸 谷氨酸 + 丙酮酸