第05章酶与其他生物催化剂(二)
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酶与生物催化剂优秀课件
糜
蛋
白
酶
肽键
的
催
化
电子接力
机
制
亲核攻击
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
糜 蛋 白 酶 的 催 化 机 制
第二节 金属在酶催化中的作用
1. 金属酶与金属激活酶 ➢ 由金属离子作为辅基或辅酶与酶蛋白组
成的酶称为金属酶（Metalloenzyme）。 如碳酸酐酶（含锌）和淀粉酶（含钙） 等。
其它基团。
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。
酶的活性中心(active center)
或称活性部位(active site)，指必需基团在空间 结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域， 能与底物特异结合并将底物转化为产物。
➢ 金属激活酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧 密。
➢ 金属离子的作用 稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。
➢ 小分子有机化合物的作用 在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或
单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
全酶 (holoenzyme)
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物 金属离子
*各部分在催化反应中的作用
新教材2023年高中生物 第5章 第2课时 酶的特性 夯基提能作业 新人教版必修1
第5章第1节第2课时A 级·基础达标练一、选择题1．在验证酶的高效性活动中，下列有关叙述错误的是( B )A．本活动用鸡肝匀浆的目的是使酶从细胞中释放并与底物充分接触B．检测氧气产生量时用点燃后带明火的卫生香放在试管口，观察燃烧程度C．1、2号试管在反应时均需在试管口塞上橡胶塞D．该活动的自变量是催化剂的种类解析：用鸡肝匀浆的目的是使酶从细胞中释放并与底物充分接触，A正确；检测氧气产生量时用带火星的卫生香放在试管口，观察燃烧程度，B错误；1、2号试管在反应时均需在试管口塞上橡胶塞，防止空气进入，影响燃烧结果，C正确；该活动的自变量是催化剂的种类，D正确。
故选B。
2．下列与酶相关实验的叙述中，正确的是( D )A．探究酶的高效性时，自变量可以是酶的种类B．探究淀粉酶的专一性时，自变量只能是酶的种类C．探究pH对酶活性的影响时，自变量不止一种D．探究温度对酶活性的影响时，因变量不止一种解析：探究酶的高效性，自变量是催化剂的种类；探究淀粉酶的专一性，自变量也可以是底物种类；探究pH对酶活性的影响时，自变量就是pH；探究温度对酶活性的影响时，因变量可以是产物的生成速率或底物的消耗速率。
3．(2021·吉林省五地六校)如图为酶与底物结合示意图，下列有关叙述不正确的是( C )A．酶的形状在催化过程中会发生改变B．底物与酶特定部位的结合具有专一性C．此图可表示1分子蔗糖经酶催化后产生2分子葡萄糖的过程D．图示过程能够保证酶保持较高的催化活性解析：由图可知，酶在化学反应过程中，结构会发生变化，但数量不变，A正确；由图可知，底物需要与酶特定的位点结合，即具有专一性，B正确；蔗糖的水解产物是葡萄糖和果糖，C错误；图示过程体现了酶的专一性，能够保证酶保持较高的催化活性，D正确。
故选C。
二、非选择题4．取甲、乙两支洁净的试管，分别注入3 mL淀粉糊，然后在甲试管中注入2 mL新鲜的小麦淀粉酶滤液，在乙试管中加入2 mL清水。
酶与其他生物催化剂
第五章
酶与其他生物催化剂
Enzymes and Other Biocatalysts
目录
目录
目录
一、化学反应具有热力学和动力学特性
（一）热力学性质涉及能量平衡和反应平衡
1．反应平衡可用平衡常数来描述 反应平衡（reaction equilibrium） 任何一个化学反应在正向反应与逆向反
应速率相等时，反应便不再有新的产物生成, 这时的化学反应称为反应平衡。
目录
目录
Sumner 获诺贝尔奖
目录
三高一调
目录
二、酶的化学本质是蛋白质
（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶
有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅 助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。
如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖 核酸酶等。
目录
（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨 基酸组分的酶称为结合酶
如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶
NH2
COOH
C N CH
NH (CH 2)3
CH2 COOH
CH NH2
COOH
精氨酸代琥珀酸
NH2
精氨酸代琥 珀酸裂解酶
C NH NH
(CH 2)3
+
CH NH2
COOH
精氨酸
COOH CH CH HOOC
延胡索酸 目录
合酶（synthases） 催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与 另一底物结合形成一个分子
辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。
目录
小分子有机化合物辅酶（辅基）的种类与作用
辅酶或辅基
缩写
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+ （辅酶I）
转移的基团 H+，电子
酶与其他生物催化剂
Enzymes and Other Biocatalysts
目录
目录
目录
一、化学反应具有热力学和动力学特性
（一）热力学性质涉及能量平衡和反应平衡
1．反应平衡可用平衡常数来描述 反应平衡（reaction equilibrium） 任何一个化学反应在正向反应与逆向反
应速率相等时，反应便不再有新的产物生成, 这时的化学反应称为反应平衡。
目录
目录
Sumner 获诺贝尔奖
目录
三高一调
目录
二、酶的化学本质是蛋白质
（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶
有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅 助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。
如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖 核酸酶等。
目录
（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨 基酸组分的酶称为结合酶
如：脱水酶、脱羧酶、醛缩酶
NH2
COOH
C N CH
NH (CH 2)3
CH2 COOH
CH NH2
COOH
精氨酸代琥珀酸
NH2
精氨酸代琥 珀酸裂解酶
C NH NH
(CH 2)3
+
CH NH2
COOH
精氨酸
COOH CH CH HOOC
延胡索酸 目录
合酶（synthases） 催化反应方向相反，一个底物去掉双键，并与 另一底物结合形成一个分子
辅基在反应中不能离开与其结合的酶蛋白。
目录
小分子有机化合物辅酶（辅基）的种类与作用
辅酶或辅基
缩写
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD+ （辅酶I）
转移的基团 H+，电子
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
酶生物催化剂.pptx
正比；
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酶浓度对反应速度的影响
• 反应速度与酶浓度成正比：当[S][E],式中Km可
以忽略不计。
k3[E][S] v= Km + [S] =k3[E]
v
o
[S]
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温度对酶促反应速度的影响
产 物 2.0 麦 芽 1.5 糖 的 1.0 毫 克 0.5 数
0 10 20 30 40 50 60 ℃ 温度对唾液淀粉酶活性的影响
例如：有机磷农药中毒 （敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂1605、1059等）
RO O
P
+
RO X
有机磷化合物
E-OH 羟基酶
RO O
P
+
RO O E
磷酰化酶 (失活)
CHNOH N CH3
解磷定
RO O
P
+
HX
RO O E
磷酰化酶
(失活)
O OR P
CHNO OR + N
CH3
E-OH
乙酰胆碱酯酶是羟基酶，与有机磷农药共价结合后失活，使兴奋 性神经递质乙酰胆碱不能及时清除降解，而是过量地积累引起中毒。
▪ 活化能:在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的
自由能，单位是KJ/mol. （增加温度、加入催化剂降低反应活化能） • 酶促反应：E + S === ES === ES* EP E + P • 非酶促反应：
催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用
第22页/共58页
过渡态
酶的最适温度: 酶活性最高时的温度, 也即酶的催化效率 最高, 酶促反应速度最大时的温度。
第35页/共58页
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酶浓度对反应速度的影响
• 反应速度与酶浓度成正比：当[S][E],式中Km可
以忽略不计。
k3[E][S] v= Km + [S] =k3[E]
v
o
[S]
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温度对酶促反应速度的影响
产 物 2.0 麦 芽 1.5 糖 的 1.0 毫 克 0.5 数
0 10 20 30 40 50 60 ℃ 温度对唾液淀粉酶活性的影响
例如：有机磷农药中毒 （敌百虫、敌敌畏、乐果杀虫剂1605、1059等）
RO O
P
+
RO X
有机磷化合物
E-OH 羟基酶
RO O
P
+
RO O E
磷酰化酶 (失活)
CHNOH N CH3
解磷定
RO O
P
+
HX
RO O E
磷酰化酶
(失活)
O OR P
CHNO OR + N
CH3
E-OH
乙酰胆碱酯酶是羟基酶，与有机磷农药共价结合后失活，使兴奋 性神经递质乙酰胆碱不能及时清除降解，而是过量地积累引起中毒。
▪ 活化能:在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的
自由能，单位是KJ/mol. （增加温度、加入催化剂降低反应活化能） • 酶促反应：E + S === ES === ES* EP E + P • 非酶促反应：
催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速度的作用
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过渡态
酶的最适温度: 酶活性最高时的温度, 也即酶的催化效率 最高, 酶促反应速度最大时的温度。
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酶是生物催化剂ppt课件
5.底物浓度
酶量一定的条件下，在一定范
反
应
围内随着底物浓度的增加，反 速 率
应速率也增加，但达到一定浓
底物浓度[s]
度后不再增加，原因是受到酶数量和酶活性的
限制。
6.酶浓度
反
应
在底物充足、其他条件适宜且 速
率
固定的条件下，酶促反应速率
与酶浓度成正比。
酶浓度[E]
7.影响酶活性的曲线(多因素)
支 应 物 乘 剩 余 量 ( 相对 量 )
④在各自所控制的温度下保温一段时间
⑤滴加 碘 液 ，观察颜色变化
步骤顺 序
3%淀粉 液
2%淀粉 酶液
温度预 处理
混合后 摇匀
控制温 度
试管1 试管1’ 2ml
1ml 0℃保温5min
混合 0℃保温5min
试管2 试管2 ’ 试管3 试 管 3 ’
2ml
2ml
1ml
1ml
60℃保温5min 100℃保温5min
3、在上述实验中，自变量是什么?无关变量是 什么?
自变量是不同的温度；无关变量是可溶性淀粉溶 液、新鲜淀粉酶溶液、碘液的量
酶活性受许多因素的影响
(1)本实验不宜选用过氧化氢酶催化H₂O₂分解，因为 过氧化氢酶催化的底物过氧化氢在加热的条件下分解 也会加快。
(2)本实验不宜选用斐林试剂鉴定，温度是干扰
淀粉(非还原糖)淀粉酶 麦芽糖(还原糖) ① 淀粉(非还原糖)蔗糖酶淀粉
②再用本尼迪特试剂鉴定，从而探究酶的专一性。
1、探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用
第一步：1ml 水 水 水 淀粉酶淀粉酶 第二步：3ml 淀粉 蔗糖 淀粉酶淀粉蔗糖
第三步：各试管充分摇匀后，37℃保温15分钟
第二节_酶是生物催化剂-教学课件-2024-2025学年高中生物必修第1册同步教学资源
任 务 1 ： 酶的发现科学史
巴斯德之前，发酵是纯化学反应，与生命活动无关
[4]
[5]
巴斯德通过显微镜观察，提出酿酒是 由于酵母细胞的存在，没有活细胞的 参与，糖类是不可能变成酒精的。
德国化学家李比希却坚持认为，酒 精发酵仅仅是一种化学反应，与酵 母菌的活动无关。引起发酵的是酵 母细胞中的某些物质。
（酶是蛋白质）
任 务 1 ： 酶的发现科学史
[8]
奥特曼
资料5： 1982年，科学 家切赫和奥特曼发现某种 物质（由20%蛋白质和 80%RNA组成的）具有 催化活性。如果除去蛋白 质部分，并提高镁离子的 浓度，则留下的RNA具 有与全酶相同的催化活性。
（极少数特殊的RNA具有酶活性——核酶）
任务2：酶的结构特性初探
t/℃ 变性失活（空间结构被破坏）
任务4：酶的催化受到多种因素影响 酶促反应速率最快时的pH称为该酶促反应的pH。
[18]
酶的名称
最适PH
胃蛋白酶
2
唾液淀粉酶
7
胰蛋白酶
8
Q.从图中你能得出哪些结论？ 1、不同pH，酶的活性不同。 2、在最适pH时，酶的活性最大。 3、过酸、过碱，酶变性，活性为0。
任 务 1 ： 酶的发现科学史
德国化学家毕希纳实验（1897年） 假设：促使酒精发酵的是酵母还是酵母中的物质
[6]
过程：
现象： 结论：
任 务 1 ： 酶的发现科学史
[7]
萨母纳尔
萨母纳尔（美国）：认为酶是蛋白质，但是一直 没有办法证实。1917年的一天，他从资料中得知 刀豆种子中脲酶含量相当高，便决定从刀豆种子 中提取酶。在9年的一天清晨惊喜地发现，在用 丙酮作溶剂的提取液中出现了结晶。然后他又用 多种方法证明脲酶是蛋白质。继萨母纳尔之后， 科学家又相继获得胃蛋白酶、胰蛋白酶等许多酶 的结晶，并证明这些酶都是蛋白质。
酶与生物催化剂培训课件
4
酶是蛋白质的证明 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
➢ 萨姆纳（J. Sumner），美国生物化学家，1926年首 次从刀豆中得到尿素酶结晶，并证明尿素酶的化学本质 是蛋白质，进而提出酶可能都是蛋白质。 ➢ 诺思罗普（J. H. Northrop），美国生物化学家，在 1930~1938年间先后将胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶 等结晶出来，并发现它们是蛋白质，从而结束了有关酶 的化学本质的争论。 ➢ 斯坦利（ W. M. Stanley），美国生物化学家，主要研 究病毒及病毒蛋白酶。
• 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。
• 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合 ，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为 多功能酶。
由于他们对酶学研究的突出贡献而共同 获得1946年的诺贝尔化学奖。
5
核酶(ribozyme)的发现 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
T.Cech等首先发现四膜 虫rRNA前体具有自我 剪接作用 (1982)
S. Altman发现RNaseP中 的RNA可催化tRNA的加 工 (1983)
11
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
辅酶A(CoA-SH)是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶 ，它是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递 酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。
C H 3O H O
O
CH2 C CH C N H CH2 CH2 C N H CH2CH2SH
酶是蛋白质的证明 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
➢ 萨姆纳（J. Sumner），美国生物化学家，1926年首 次从刀豆中得到尿素酶结晶，并证明尿素酶的化学本质 是蛋白质，进而提出酶可能都是蛋白质。 ➢ 诺思罗普（J. H. Northrop），美国生物化学家，在 1930~1938年间先后将胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶 等结晶出来，并发现它们是蛋白质，从而结束了有关酶 的化学本质的争论。 ➢ 斯坦利（ W. M. Stanley），美国生物化学家，主要研 究病毒及病毒蛋白酶。
• 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。
• 多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合 ，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为 多功能酶。
由于他们对酶学研究的突出贡献而共同 获得1946年的诺贝尔化学奖。
5
核酶(ribozyme)的发现 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
T.Cech等首先发现四膜 虫rRNA前体具有自我 剪接作用 (1982)
S. Altman发现RNaseP中 的RNA可催化tRNA的加 工 (1983)
11
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
辅酶A(CoA-SH)是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶 ，它是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递 酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。
C H 3O H O
O
CH2 C CH C N H CH2 CH2 C N H CH2CH2SH
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。
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目录
四、酶促反应速率受反应系统温度的影响
双重影响
温 度 升高 ， 酶促 反 应速率升高；由于酶的 本质是蛋白质，温度升 高，可引起酶的变性， 从而反应速率降低 。
最适温度
(optimum temperature)： 酶促反应速率最 快时的环境温度。
目录
哺乳动物组织中酶的最适温度多在35～40℃之间
目录
2．间接测定法利用非酶辅助反应对底物或产物 的变化进行间接检测 有些酶促反应的底物和产物不能直接进行检测， 必须增加一些辅助试剂来达到检测的目的，这种方 法称为间接测定法（indirect assay）
目录
3．偶联测定法不直接涉及原始反应的底物或产物
许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，但可 以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底 物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。 这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地 反映待测酶反应的底物或产物变化量的方法称为酶偶联测定 法（enzyme coupled assay）
够的底物浓度等），每分钟催化1mol底物转变成
产物所需要的酶量为1个国际单位（IU）。
目录
催量（Katal）
1催量是指在特定条件下，每秒钟将1mol 底物转化成产物所需的酶量 1IU＝16.67×10－9 Kat 比活性（specific activity）：比较酶的纯度 比活性单位是每mg蛋白质所含酶的国际单位数， 其单位是IU mg 蛋白1
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度高达一定程度 酶被底物所饱和，反应速率不再增 加，达最大速率；反应为零级反应。
目录
（二）底物浓度与反应速率的关系可用米氏 方程式表示 1．米氏方程式可以很好地解释底物浓度曲线
酶促反应模式——中间产物学说
k1 k2 k3
E+S
ES
E+P
中间产物
目录
※1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底
H2O 2
HCO3 乙酰胆碱
40 000 000
400 000 14 000
-内酰胺酶
延胡索酸酶 Rec A蛋白
苄青霉素
延胡索酸 ATP
2 000
800 0.4
目录
5．在低底物浓度时，kcat/Km代表酶的催化效率 当[S]<< Km时
V=
kcat Km
[ Et] [ S ]
kcat/Km是此二级反应的速率常数，也称特异 性常数，其单位是L· 1· 1 。 mol S 反应速率的大小取决于E和S由于相互渗透而 相互碰撞的速率。.这种被渗透控制的碰撞速率 (diffusion-controlled rate of encounter，DCRE)的 上限是108109L· 1·1 。kcat/Km 越接近此数据， mol s 酶的催化效率越高。
外加的酶称为工具酶或辅助酶（auxiliary enzyme） 产物可直接检测的酶称为指示酶（indicator enzyme）
丙氨酸转氨酶 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 + NAD+ （在340nm处有吸收峰） （在340nm处无吸收峰）
胃蛋白酶的最适pH为1.8 精氨酸酶的最适pH为9.8
pH对几种酶活性的影响
目录
六、激活剂可加速酶促反应速率
酶的激活剂（activator） 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质 必需激活剂（essential activator） 为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。 Mg2+为己糖激酶的必需激活剂 非必需激活剂（non-essential activator） 可以提高酶的催化活性，但不是必需的。 Cl-对唾液淀粉酶的激活作用
目录
二、酶促反应速率受底物浓度的影响
（一）酶促反应的底物浓度曲线是矩形双曲线
在酶浓度和 其他反应条件 不 变的情况下， 反 应速率V对底物 浓度[S]作图呈矩 形双曲线。
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速率与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
目录
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速率不再成正比例加速；反应 为混合级反应。
衡量酶活性的尺度是酶促反应速率的大小。 酶促反应速率可用单位时间内底物的减少量 或产物的生成量来表示。 由于底物的消耗量不易测定，所以实际工作 中经常是测定单位时间内产物的生成量。
目录
酶的活性: 以国际单位（international unit, IU）表示。 在规定的实验条件下（如温度、pH的限定和足
V
=
V
max
K
V m [ S ]
目录
直线的斜率为-Km，直线的纵轴截距为Vmax
目录
三、酶促反应速率与酶的浓度相关
当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情
况下，反应速率与酶浓度成正比。
关系式为：V =
k3 [E]
目录
A：底物浓度曲线，其中，[E]1 > [E]2 > [E]3。从图中可 知， [E]的变化不影响酶促反应的Km。 B：反应速率对酶浓度作图，V与[E]呈直线关系。
目录
七、酶活性可被许多抑制剂可逆地或 不可逆地抑制
（一）可逆性抑制剂与酶非共价结合
酶的抑制剂(inhibitor)
凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。
区别于酶的变性
• 抑制剂对酶有一定选择性 • 引起变性的因素对酶没有选择性
目录
可逆性抑制（reversible inhibition）
整理得： ([Et]－[ES])[S] [ES] k2+k3 k1 ＝ k2+k3 k1
(2)
令：
＝ Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] ＝Km [ES]
目录
整理得:
[Et][S] [ES]＝─── Km + [S] k3[Et][S] V＝──── Km + 得
(4)
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时， 即[Et]＝[ES]，反应达最大速率 Vmax＝k3[ES]＝k3[Et] (5)
Vmax[S] 将(5)代入(4)得米氏方程式： V＝──── Km + [S]
目录
（三）动力学参数可用来比较酶的动力学 性质与活性
1．Km值相当于V为Vmax一半时的[S] V
目录
2．其他一些作图法也可较准确地求取Vmax和Km 海涅斯-沃尔弗作图法（Hanes-Wolff plot） 双倒数方程式两边同时乘以[S] [ S ] V = V K m max
1
+ [ S ]
V
max
目录
直线的斜率等于1/Vmax，横轴截距为-Km
目录
伊迪-霍夫斯蒂作图法（Eadie-Hofstee plot） 米氏方程式两边均除以[S]
当k3 << k2时，Km k2/k1。即相当于ES分解为 E + S 的解离常数（dissociation constant, Ks）。此 时，Km代表酶对底物的亲和力。 Km越大，表示酶对底物的亲和力越小； Km越小，表示酶对底物的亲和力越大。
目录
4．kcat代表酶的转换数 kcat = Vmax /[Et]
Vmax
Vmax/2 Km
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
[S]
∴Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
目录
2．Km是酶的特征性常数
在酶的结构、溶液pH、温度等条件不变的情 况下，酶促反应底物的Km不因反应中酶浓度的改 变而不同。 Km只与酶和底物的种类以及反应环境（ pH、温 度、离子强度）有关，而与酶浓度无关。
目录
（四）酶促反应动力学参数可用作图法求得
1．双倒数作图法是求取Vmax和Km的最常用方法 林-贝方程式（Lineweaver-Burk equation） 将米氏方程式两边取倒数，并加以整理， 则得出米氏方程式的双倒数形式 ： 1 V = Km Vm ax 1 + 1
[S ]
Vm ax
目录
直线在纵轴的截距等于1/Vmax，而在横轴 上的截距为1/Km
E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，
而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速率取决
于慢反应。即 V＝k3[ES]
(1)
S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应 的初始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
目录
2．稳态的概念介入米氏方程式的推导过程
稳态：是指ES的生成速率与分解速率相等， 即 [ES]恒定。 k1 ([Et]－[ES]) [S]＝k2 [ES] + k3 [ES]
Km（mol/L）
4 104 5 105 1.5 103 2.6 102 1.08 101 2.5 103 4.0 103 2.5 102 6.0 103
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碳酸酐酶 胰凝乳蛋白酶
3．Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
Km = k2 + k3 k1
单底物、单产物反应； 酶促反应速率（velocity，V）一般在规定的 反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和 产物的生成量来表示； 反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小 （一般在5﹪以内）时的反应速率； 底物浓度远远大于酶浓度。
目录
一、采用酶促反应初速率来研究酶促反 应动力学
（一）酶活性是指酶催化化学反应的能力
kcat 表示酶被底物完全饱和时，单位时间内 每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产物 的分子数。 kcat也称为酶的转换数(turnover number)，单 位是s1 。
四、酶促反应速率受反应系统温度的影响
双重影响
温 度 升高 ， 酶促 反 应速率升高；由于酶的 本质是蛋白质，温度升 高，可引起酶的变性， 从而反应速率降低 。
最适温度
(optimum temperature)： 酶促反应速率最 快时的环境温度。
目录
哺乳动物组织中酶的最适温度多在35～40℃之间
目录
2．间接测定法利用非酶辅助反应对底物或产物 的变化进行间接检测 有些酶促反应的底物和产物不能直接进行检测， 必须增加一些辅助试剂来达到检测的目的，这种方 法称为间接测定法（indirect assay）
目录
3．偶联测定法不直接涉及原始反应的底物或产物
许多酶促反应的底物和产物虽然不能直接检测，但可 以与另外的酶反应相偶联，偶联的酶以第一个酶的产物为底 物，或以此类推，以最后的酶反应产物可以直接检测为目的。 这种通过偶联其他酶并对此酶促产物进行直接检测，间接地 反映待测酶反应的底物或产物变化量的方法称为酶偶联测定 法（enzyme coupled assay）
够的底物浓度等），每分钟催化1mol底物转变成
产物所需要的酶量为1个国际单位（IU）。
目录
催量（Katal）
1催量是指在特定条件下，每秒钟将1mol 底物转化成产物所需的酶量 1IU＝16.67×10－9 Kat 比活性（specific activity）：比较酶的纯度 比活性单位是每mg蛋白质所含酶的国际单位数， 其单位是IU mg 蛋白1
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度高达一定程度 酶被底物所饱和，反应速率不再增 加，达最大速率；反应为零级反应。
目录
（二）底物浓度与反应速率的关系可用米氏 方程式表示 1．米氏方程式可以很好地解释底物浓度曲线
酶促反应模式——中间产物学说
k1 k2 k3
E+S
ES
E+P
中间产物
目录
※1913年Michaelis和Menten提出反应速率与底
H2O 2
HCO3 乙酰胆碱
40 000 000
400 000 14 000
-内酰胺酶
延胡索酸酶 Rec A蛋白
苄青霉素
延胡索酸 ATP
2 000
800 0.4
目录
5．在低底物浓度时，kcat/Km代表酶的催化效率 当[S]<< Km时
V=
kcat Km
[ Et] [ S ]
kcat/Km是此二级反应的速率常数，也称特异 性常数，其单位是L· 1· 1 。 mol S 反应速率的大小取决于E和S由于相互渗透而 相互碰撞的速率。.这种被渗透控制的碰撞速率 (diffusion-controlled rate of encounter，DCRE)的 上限是108109L· 1·1 。kcat/Km 越接近此数据， mol s 酶的催化效率越高。
外加的酶称为工具酶或辅助酶（auxiliary enzyme） 产物可直接检测的酶称为指示酶（indicator enzyme）
丙氨酸转氨酶 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 乳酸脱氢酶 丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸 + NAD+ （在340nm处有吸收峰） （在340nm处无吸收峰）
胃蛋白酶的最适pH为1.8 精氨酸酶的最适pH为9.8
pH对几种酶活性的影响
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六、激活剂可加速酶促反应速率
酶的激活剂（activator） 使酶从无活性变为有活性或使酶活性增加的物质 必需激活剂（essential activator） 为酶促反应所必需，如缺乏则测不到酶的活性。 Mg2+为己糖激酶的必需激活剂 非必需激活剂（non-essential activator） 可以提高酶的催化活性，但不是必需的。 Cl-对唾液淀粉酶的激活作用
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二、酶促反应速率受底物浓度的影响
（一）酶促反应的底物浓度曲线是矩形双曲线
在酶浓度和 其他反应条件 不 变的情况下， 反 应速率V对底物 浓度[S]作图呈矩 形双曲线。
目录
V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时 反应速率与底物浓度成正比；反 应为一级反应。
目录
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速率不再成正比例加速；反应 为混合级反应。
衡量酶活性的尺度是酶促反应速率的大小。 酶促反应速率可用单位时间内底物的减少量 或产物的生成量来表示。 由于底物的消耗量不易测定，所以实际工作 中经常是测定单位时间内产物的生成量。
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酶的活性: 以国际单位（international unit, IU）表示。 在规定的实验条件下（如温度、pH的限定和足
V
=
V
max
K
V m [ S ]
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直线的斜率为-Km，直线的纵轴截距为Vmax
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三、酶促反应速率与酶的浓度相关
当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情
况下，反应速率与酶浓度成正比。
关系式为：V =
k3 [E]
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A：底物浓度曲线，其中，[E]1 > [E]2 > [E]3。从图中可 知， [E]的变化不影响酶促反应的Km。 B：反应速率对酶浓度作图，V与[E]呈直线关系。
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七、酶活性可被许多抑制剂可逆地或 不可逆地抑制
（一）可逆性抑制剂与酶非共价结合
酶的抑制剂(inhibitor)
凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。
区别于酶的变性
• 抑制剂对酶有一定选择性 • 引起变性的因素对酶没有选择性
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可逆性抑制（reversible inhibition）
整理得： ([Et]－[ES])[S] [ES] k2+k3 k1 ＝ k2+k3 k1
(2)
令：
＝ Km （米氏常数）
则(2)变为: ([Et]－[ES]) [S] ＝Km [ES]
目录
整理得:
[Et][S] [ES]＝─── Km + [S] k3[Et][S] V＝──── Km + 得
(4)
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和时， 即[Et]＝[ES]，反应达最大速率 Vmax＝k3[ES]＝k3[Et] (5)
Vmax[S] 将(5)代入(4)得米氏方程式： V＝──── Km + [S]
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（三）动力学参数可用来比较酶的动力学 性质与活性
1．Km值相当于V为Vmax一半时的[S] V
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2．其他一些作图法也可较准确地求取Vmax和Km 海涅斯-沃尔弗作图法（Hanes-Wolff plot） 双倒数方程式两边同时乘以[S] [ S ] V = V K m max
1
+ [ S ]
V
max
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直线的斜率等于1/Vmax，横轴截距为-Km
目录
伊迪-霍夫斯蒂作图法（Eadie-Hofstee plot） 米氏方程式两边均除以[S]
当k3 << k2时，Km k2/k1。即相当于ES分解为 E + S 的解离常数（dissociation constant, Ks）。此 时，Km代表酶对底物的亲和力。 Km越大，表示酶对底物的亲和力越小； Km越小，表示酶对底物的亲和力越大。
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4．kcat代表酶的转换数 kcat = Vmax /[Et]
Vmax
Vmax/2 Km
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
[S]
∴Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半 时的底物浓度，单位是mol/L。
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2．Km是酶的特征性常数
在酶的结构、溶液pH、温度等条件不变的情 况下，酶促反应底物的Km不因反应中酶浓度的改 变而不同。 Km只与酶和底物的种类以及反应环境（ pH、温 度、离子强度）有关，而与酶浓度无关。
目录
（四）酶促反应动力学参数可用作图法求得
1．双倒数作图法是求取Vmax和Km的最常用方法 林-贝方程式（Lineweaver-Burk equation） 将米氏方程式两边取倒数，并加以整理， 则得出米氏方程式的双倒数形式 ： 1 V = Km Vm ax 1 + 1
[S ]
Vm ax
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直线在纵轴的截距等于1/Vmax，而在横轴 上的截距为1/Km
E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，
而ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速率取决
于慢反应。即 V＝k3[ES]
(1)
S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应 的初始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
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2．稳态的概念介入米氏方程式的推导过程
稳态：是指ES的生成速率与分解速率相等， 即 [ES]恒定。 k1 ([Et]－[ES]) [S]＝k2 [ES] + k3 [ES]
Km（mol/L）
4 104 5 105 1.5 103 2.6 102 1.08 101 2.5 103 4.0 103 2.5 102 6.0 103
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碳酸酐酶 胰凝乳蛋白酶
3．Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
Km = k2 + k3 k1
单底物、单产物反应； 酶促反应速率（velocity，V）一般在规定的 反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和 产物的生成量来表示； 反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小 （一般在5﹪以内）时的反应速率； 底物浓度远远大于酶浓度。
目录
一、采用酶促反应初速率来研究酶促反 应动力学
（一）酶活性是指酶催化化学反应的能力
kcat 表示酶被底物完全饱和时，单位时间内 每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产物 的分子数。 kcat也称为酶的转换数(turnover number)，单 位是s1 。