最新酶四章-酶的催化作用

酶催化反应的基本特征
酶是生物为提高其生化反应 效率而产生的生物催化剂，其化 学本质为蛋白质，少数酶同时含 有少量的糖和脂肪。在生物体内， 所有的反应均在酶的催化作用下 完成，几乎所有生物的生理现象 都与酶的作用紧密联系。
目前已知的酶多达2200种以 上。作为生物催化剂的酶，它既 有一般催化剂的共性，又应具有 生物催化剂的特性。
1972年国际酶学委员会（Enzyme Commission, EC）提出，酶活力 一律用katal为单位，记为kat，在 特定条件下，每秒钟能催化1mol 底物转化的酶量定义为1kat。而比 活力则为每1kg酶所具有的数，即 kat/kg。
酶的催化活性中心又称为酶的转换数
催化剂
反应
酶催化剂 菠萝蛋白酶 木瓜蛋白酶 胰蛋白酶 碳酸酐酶
酶四章-酶的催化作用
酶催化反应动力学的内容和意义
酶催化反应动力学研究的是 酶催化反应速度问题，即研究各 种因素对酶催化反应速度的影响， 并据此推断从反应物到产物之间 可能进行的历程，在酶学研究和 酶工程中具有十分重要的理论意 义和广泛的实践意义。
从60年代初开始，人们已经 开始尝试用平衡态或稳态概念来 解释双底物甚至是三底物的酶催 化反应，并建立了变构酶催化反 应动力学模型。
1 酶的催化共性
——酶参与生物化学反应，能降低反应的活
化能，加快反应的速率；
——不改变反应的方向和平衡关系，即不能
改变反应的平衡常数，而只能加快反应达 到平衡的速率；
——酶在反应过程中，其立体结构和离子价态
可以发生某种变化，但在反应结束时，一 般酶本身不消耗，并恢复到原来状态。
例如，过氧化氢的分解，在
酶的反应专一性
——若一种酶只能催化某化合物在热力学 上可能进行的许多反应中的一种反应，这 种专一性称为酶的反应专一性，具有不同 反应专一性的酶只各自催化不同的反应。 ——例如，对同一反应物葡萄糖，以葡糖 氧化酶为催化剂可得葡糖酸；以葡糖异构 酶为催化剂可得果糖；以己糖激酶为催化 剂可的葡糖-6-磷酸。
温度/℃
0~37 0~37 0~37 0~37
25 420 25 350
明显看出，酶的转换数大大高于化学催化剂，尤其在生理温度下更为明显。
(2)有很强的专一性
——酶催化反应又很高的选择性，一 种酶仅能作用于一种物质或一类 结 构相似的物质进行某一种反应，这种 特性称为酶的专一性或选择性。 ——酶的专一性是酶作为催化剂最重 要的特性，也是酶催化反应过程优于 一般化学反应过程的最重要的理由之 一。
无催化剂存在时，该分解反应的 活化能为75.31kJ/mol，在用过氧 化氢酶催化时，该分解反应的活 化能仅为8.37kJ/mol。
2 酶的催化特性
(1)有较高的催化效率。酶的催化效率 主要ຫໍສະໝຸດ Baidu以下几种表示方法：
——酶的分子活力。在最适宜的条件下，每
1mol酶在单位时间内所能催化底物的最大量 （mol）。 ——酶的催化中心活力。在单位时间内，每一 个酶的催化中心所催化底物的量（mol）。 ——酶活力或比活力。在特定的条件下，每 min能催化1μmol底物转化为产物时所需要的酶 量，称为一个酶单位，或称为国际单位，用U 表示。酶活力还可用比活力表示，比活力指每 1mg酶所具有的酶单位数，用U/mg表示。
(4)酶易失活与变性
——酶的化学本质是蛋白质，因 而具有蛋白质的所有性质。其中 容易变性的性质使得酶在应用时 常因变性而活力下降，甚至完全 失去活力，即失活。
酶的变性多数为不可逆。引
起变性的原因有物理因素及化学 因素。 ——物理因素包括热、紫外线、 射线、声波等； ——化学因素包括酸、碱、表面 活性剂、重金属盐等化学药品的 影响。因而产生了诸如热变性、 酸碱变性、氧化变性等。
酶催化反应类型
单底物 异构酶 A
B；
单向单底物 裂合酶A
B+C；
假单底物 水解酶 A-B+H2O 双底物 氧化还原酶AH2+B
A-OH+BH； A+BH2
许多学者对酶催化反应 动力学进行了多方面的探索， 使酶催化反应动力学的研究 有了很大的进展。
对于从事酶应用的工程技术 人员，除了需要了解酶催化的反 应机理外，更应着重研究酶的总 反应速率，能定量解析影响总反 应速率的各种因素，建立可靠的 总反应速率方程氏，进而用于计 算反应时间、最佳反应条件，以 设计出合理的反应器。
一种酶只能催化一种底物， 则称为酶的底物专一性。一种酶 只能作用于所有立体异构体中的 一种，则称为立体专一性。此外， 还有官能团专一性、序列专一性 等。
利用酶催化的这种高度的多 种专一性，有可能制备出化学催 化反应所不能得到的化合物，这 也有利于提高产物的分离纯度。
(3)具有温和的反应条件
——酶催化反应温度一般在生理温度 25~37℃的范围，仅有少数酶反应可 在较高温度下进行。同时，酶催化反 应一般是在接近中性的pH值条件下进 行。
此外，酶作为催化剂还存在 着酶的提取工艺繁琐、成本昂贵、 及目前大多数酶催化反应还只能 在水溶液中进行的不足。
简单酶催化反应动力学
[S]0 ES稳态浓度
浓度
d[S]
- dt
t1
S的消耗和P的形成 的稳态速度
[S]
[ES] [P] 加酶后的时间
速度
d[P] d[ES]
dt
dt
t1
加酶后的时间
前稳态动力学和稳态动力学
酶的专一性
——绝对专一性 ——相对专一性 ——酶的反应专一性
绝对专一性
——一种酶若只能催化一种化合 物进行一种反应，这种专一性称 为绝对专一性。 ——例如脲酶只能催化尿素水解 生成二氧化碳和水。
相对专一性
——若一种酶能够催化一类具有 相同化学键或基团的物质进行某 种类型的反应，称之为相对专一 性。 ——如脂肪酶可以催化所有酯类 化合物水解。
肽的水解 肽的水解 肽的水解 羰基化合物的可
逆反应
化学催化剂 硅胶-氧化铝 硅胶-氧化铝
二氧化钒 二氧化钒
异丙基苯裂解 异丙基苯裂解 环己烷脱氢 环己烷脱氢
转换数mol/（中 心点•s）
4×10-3~5×10-1 8×10-2~1×101 3×10-3~1×102 8×10-1~6×105
3×10-8 2×104 7×10-11 1×102