生物化学：第四节 酶的作用机理
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Enzyme
第四节 酶的作用机理 P149
一、酶与活化能
酶的催化机理
碰撞、有效碰撞、活化分子、
活化能：活化分子所有的最低能量(Ea)与 分子的平均能量(EA)之差。分子由常态转 变为活化状态所需要的能量称为活化能。
一、酶与活化能
酶的催化机理
二、酶与底物作用机理
中间产物学说
酶的催化机理
催化机理目前较满意的解释是：
如 His的咪唑基
在中性条件下，有一半是酸形式、一半是碱形式。因此 既可进行酸催化，又可进行碱催化。
所以咪唑基是酶分子最有效、最活泼的一个功能基团。
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(3) 酸碱催化
❖ 酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体或 受体对底物进行酸或碱催化。—— 酸碱催化
❖ 有时，酶活性部位上有几个基团分别作为质子 供体和受体，同时进行酸碱催化。—— 酸碱共 同催化
这种单位是由国际酶学委员会规定的。
在标准条件(25℃、最适pH、最适底物浓度)下， 酶每分钟催化 1mmol 底物转化，这样的速度所代 表的酶的活力即酶的量定义为1个国际单位 (IU)。
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
B. Katal
是由国际酶学委员会于1972年规定的一种新单位
在最适条件下，酶每秒钟催化1mol 底物转化， 这样的速度所代表的酶的活力即酶的量定义为 1 个Kat 。
变”
诱导
酶分子构象变化
底物分子的敏感键 产生“张力”和“形变”
有利于
敏感键断裂
酶催化的高效性的机理
(3) 酸碱催化
酶催化的高效性
❖ 化学反应中，通过瞬时反应向反应物提供质子或从反 应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的机制。 —— 酸碱催化
❖ 酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体或受体对 底物进行酸或碱催化。
酶催化的高效性
(1) 邻近效应和定向效应
对于双分子反应，底物结合到酶的活性中心
❖ 两底物分子相邻近，大大提高了底物的有 效浓度—— 邻近效应
❖ 底物分子还在活性中心“定向”排布，有 利于原子轨道的重叠 —— 轨道定向，使分 子间反应近似于分子内反应
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(2) “张力”和“形 底物与酶结合
指每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数
酶活力单位数 （U）
比活力 ＝
酶蛋白质量（mg）
比活力是酶制剂纯度的常用指标 —— 比活力越大，表示酶越纯
4. 酶的纯度
二.酶活力及其测定
纯化倍数 = 每次比活力/第一次比活力 产率（回收率）= 每次总活力/第一次总活力×100
4. 酶的纯度
二.酶活力及其测定
不同样品同一酶制剂的总活力、总蛋白、比活力比较
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
C. 自定义的活力单位
酶习惯上或测定时使用的反应速度的单位定 义为酶的活力单位。
有的甚至直接用测得的物理量，如单位时间 内消光值的变化 (DA/t) 表示酶活力单位。
这种单位简单方便，省去了许多计算；但只能 进行酶活力的相对比较。
3. 酶的比活力
二.酶活力及其测定
呈不稳定状态，亦即活化态，使反应活化能降低。
❖ 复合物ES转变成酶与产物的复合物EP
❖ EP裂解，生成产物
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
锁钥学说 (Lock and key)
1890年 Emil Fischer 提出。 酶和底物的结合状如钥匙与锁的关系。底物分
子或其一部分象钥匙一样，专一地楔入到酶的活性 中心部位，即底物分子进行化学反应的部位与酶分 子活性中心具有紧密互补的关系。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
此学说很好地解释了酶的立体异构专一性，但不 能解释酶的活性中心既适合于可逆反应的底物， 又适合于产物，也不能解释酶专一性中的所有现 象。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
诱导契合学说 (Induced fit)
1958年 D.E.Koshland提出。 酶分子活性中心的结构原来并非和底
物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔 性的而非刚性的。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的 构象发生相应的变化，其上有关的各个基团达 到正确的排列和定向，因而使底物和酶能完全 契合。
当反应结束产物从酶分子上脱落下来后， 酶的活性中心又恢复成原来的构象。
酶催化的高效性的机理
中间产物学说
又叫 过渡态学说
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
酶与底物通过形成中间产物使反应沿一个低 活化能的途径进行。
E+S
ES
E+P
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
❖ 底物S与酶结合形成中间产物ES S与E的结合导致分子中某些化学键发生变化，
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(4) 形成共价中间物 某些酶可以和底物形成共价中间物，使
反应的活化能大大降低。
共价催化的最一般形式是： 酶的亲核基团对底物中的碳原子进行攻击，
形成共价中间物。
酶催化的高效性的机理
如 胰凝乳蛋白酶 chymotrypsin
酶催化的高效性
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(5) 活性中心是低介电区 某些酶的活性中心穴内是非极性的，这种
低介电环境甚至还可能排除水分子。
这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团 之间就会有很大的反应力，加速反应的进行。
第五节 酶的提取纯化与活力测定
P171
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
酶活力就是酶促反应的能力。酶活力大小
就是指在一定条件所催化的某一化学反应速 度的快慢，即酶催化的反应速度越快，酶活 力越高，反之则表示该酶活力低。
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
但是，酶的定量并非对其蛋白质进行 定量，而是对它的催化能力进行定量。
所以，酶的定量就是测定酶的活 力，也即测定酶促反应的速度。
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
如何测定酶活力？
以产物浓度对反应时间作图，可得到酶促反应 速度曲线
产 物 浓ห้องสมุดไป่ตู้度
注意：初
速度的测
定是关键，
为什么？
0
时间
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
可见，反应速度只在最初一段时间内保持 恒定，随着时间的延长，反应速度逐渐下降
产
物
原因
浓 度
❖ 底物浓度的降低、
产物的增加造成的
逆反应的加快
❖ 产物的抑制作用
❖ 酶本身逐渐失活
0
时间
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
常用的酶活力单位有三种：
A. 国际单位 (IU)
第四节 酶的作用机理 P149
一、酶与活化能
酶的催化机理
碰撞、有效碰撞、活化分子、
活化能：活化分子所有的最低能量(Ea)与 分子的平均能量(EA)之差。分子由常态转 变为活化状态所需要的能量称为活化能。
一、酶与活化能
酶的催化机理
二、酶与底物作用机理
中间产物学说
酶的催化机理
催化机理目前较满意的解释是：
如 His的咪唑基
在中性条件下，有一半是酸形式、一半是碱形式。因此 既可进行酸催化，又可进行碱催化。
所以咪唑基是酶分子最有效、最活泼的一个功能基团。
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(3) 酸碱催化
❖ 酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体或 受体对底物进行酸或碱催化。—— 酸碱催化
❖ 有时，酶活性部位上有几个基团分别作为质子 供体和受体，同时进行酸碱催化。—— 酸碱共 同催化
这种单位是由国际酶学委员会规定的。
在标准条件(25℃、最适pH、最适底物浓度)下， 酶每分钟催化 1mmol 底物转化，这样的速度所代 表的酶的活力即酶的量定义为1个国际单位 (IU)。
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
B. Katal
是由国际酶学委员会于1972年规定的一种新单位
在最适条件下，酶每秒钟催化1mol 底物转化， 这样的速度所代表的酶的活力即酶的量定义为 1 个Kat 。
变”
诱导
酶分子构象变化
底物分子的敏感键 产生“张力”和“形变”
有利于
敏感键断裂
酶催化的高效性的机理
(3) 酸碱催化
酶催化的高效性
❖ 化学反应中，通过瞬时反应向反应物提供质子或从反 应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的机制。 —— 酸碱催化
❖ 酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体或受体对 底物进行酸或碱催化。
酶催化的高效性
(1) 邻近效应和定向效应
对于双分子反应，底物结合到酶的活性中心
❖ 两底物分子相邻近，大大提高了底物的有 效浓度—— 邻近效应
❖ 底物分子还在活性中心“定向”排布，有 利于原子轨道的重叠 —— 轨道定向，使分 子间反应近似于分子内反应
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(2) “张力”和“形 底物与酶结合
指每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数
酶活力单位数 （U）
比活力 ＝
酶蛋白质量（mg）
比活力是酶制剂纯度的常用指标 —— 比活力越大，表示酶越纯
4. 酶的纯度
二.酶活力及其测定
纯化倍数 = 每次比活力/第一次比活力 产率（回收率）= 每次总活力/第一次总活力×100
4. 酶的纯度
二.酶活力及其测定
不同样品同一酶制剂的总活力、总蛋白、比活力比较
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
C. 自定义的活力单位
酶习惯上或测定时使用的反应速度的单位定 义为酶的活力单位。
有的甚至直接用测得的物理量，如单位时间 内消光值的变化 (DA/t) 表示酶活力单位。
这种单位简单方便，省去了许多计算；但只能 进行酶活力的相对比较。
3. 酶的比活力
二.酶活力及其测定
呈不稳定状态，亦即活化态，使反应活化能降低。
❖ 复合物ES转变成酶与产物的复合物EP
❖ EP裂解，生成产物
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
锁钥学说 (Lock and key)
1890年 Emil Fischer 提出。 酶和底物的结合状如钥匙与锁的关系。底物分
子或其一部分象钥匙一样，专一地楔入到酶的活性 中心部位，即底物分子进行化学反应的部位与酶分 子活性中心具有紧密互补的关系。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
此学说很好地解释了酶的立体异构专一性，但不 能解释酶的活性中心既适合于可逆反应的底物， 又适合于产物，也不能解释酶专一性中的所有现 象。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
诱导契合学说 (Induced fit)
1958年 D.E.Koshland提出。 酶分子活性中心的结构原来并非和底
物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔 性的而非刚性的。
二、酶与底物作用机理
酶的催化机理
当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的 构象发生相应的变化，其上有关的各个基团达 到正确的排列和定向，因而使底物和酶能完全 契合。
当反应结束产物从酶分子上脱落下来后， 酶的活性中心又恢复成原来的构象。
酶催化的高效性的机理
中间产物学说
又叫 过渡态学说
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
酶与底物通过形成中间产物使反应沿一个低 活化能的途径进行。
E+S
ES
E+P
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
二、酶与底物作用机理 中间产物学说
酶的催化机理
❖ 底物S与酶结合形成中间产物ES S与E的结合导致分子中某些化学键发生变化，
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(4) 形成共价中间物 某些酶可以和底物形成共价中间物，使
反应的活化能大大降低。
共价催化的最一般形式是： 酶的亲核基团对底物中的碳原子进行攻击，
形成共价中间物。
酶催化的高效性的机理
如 胰凝乳蛋白酶 chymotrypsin
酶催化的高效性
酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
(5) 活性中心是低介电区 某些酶的活性中心穴内是非极性的，这种
低介电环境甚至还可能排除水分子。
这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团 之间就会有很大的反应力，加速反应的进行。
第五节 酶的提取纯化与活力测定
P171
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
酶活力就是酶促反应的能力。酶活力大小
就是指在一定条件所催化的某一化学反应速 度的快慢，即酶催化的反应速度越快，酶活 力越高，反之则表示该酶活力低。
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
但是，酶的定量并非对其蛋白质进行 定量，而是对它的催化能力进行定量。
所以，酶的定量就是测定酶的活 力，也即测定酶促反应的速度。
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
如何测定酶活力？
以产物浓度对反应时间作图，可得到酶促反应 速度曲线
产 物 浓ห้องสมุดไป่ตู้度
注意：初
速度的测
定是关键，
为什么？
0
时间
1. 酶活力概念
二.酶活力及其测定
可见，反应速度只在最初一段时间内保持 恒定，随着时间的延长，反应速度逐渐下降
产
物
原因
浓 度
❖ 底物浓度的降低、
产物的增加造成的
逆反应的加快
❖ 产物的抑制作用
❖ 酶本身逐渐失活
0
时间
2. 酶活力与单位
二.酶活力及其测定
常用的酶活力单位有三种：
A. 国际单位 (IU)