第03章 酶

二、酶浓度对反应速度的影响
当[S] » [E]时， 则 V 与 [E]成正比。
三、温度对酶促反应速度的影响
低温——抑制酶活性
高温——破坏酶活性
四、pH对酶促反应速度的影响
影响酶、底物、辅助因子等的解离程度。 影响酶蛋白空间结构。
五、激活剂对反应速度的影响
激活剂——能使酶活性提高的物质 Mg2+－ATP对己糖激酶 Cl－对唾液淀粉酶 必需激活剂（使酶由无活性变为有活性 ）
化指标
检测血清中同工酶谱的变化有重要的临床意义 当组织细胞病变时，该组织细胞特异的同工酶可
释放入血。因此，血浆中同工酶活性、同工酶谱
分析有助于疾病诊断和预后判定
第一节
酶分子的结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
一、酶的辅助因子
I
EIS
反竞争性抑制作用
Km变小
Vm变小
1 Km
1 Vm
各种可逆性抑制作用的比较
单链DNA。
酶的存在形式：
1.单体酶仅含有1条多肽链
由1条多肽链构成的酶称为单体酶（monomeric enzyme ）。
如牛胰核糖核酸酶、溶菌酶等。
牛胰核糖核酸酶
木瓜溶菌酶
2.寡聚酶含有2条或2条以上肽链
寡聚酶（oligomeric enzyme）是由多个相同或 不同的亚基以非共价键连 接组成的酶，如蛋白激酶
A和磷酸果糖激酶-1均含
有4个亚基。
3.多酶体系是由几种酶聚合而成
多酶体系（multienzyme system）是由几种不同
功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物，如哺乳动物 丙酮酸脱氢酶复合物含有 3种酶和5种辅助因子
丙酮酸脱氢酶复合物
4.多功能酶只有1条多肽链但具有多种催化功能
多功能酶（multifunctional enzyme）仅含有1条多 肽链， 但具有多种催化功能。肽链中的每一个结构 域具有一种催化功能。如哺乳动物脂肪酸合酶。 脂
（1）底物和抑制剂结构不相似。 （2）底物和抑制剂可同时与酶的不同部位相结合。 （3）抑制程度只取决于[I]。
（4）增加[S]不能去除抑制作用。
（5）Km值不变，Vmax值降低。
3、反竞争性抑制
这类抑制剂只可与ES复合物结合,不能与 E直 接结合,主要抑制催化功能, 不影响底物结合位点。
E + S ES + E + P
式
（二）Km的意义
1. Km值为酶反应速度为最大速度一半时的底物浓 度。 2. Km是酶的特征常数。 3. 酶对特定底物的Km值是恒定的。 4. Km可用于酶的鉴定。 5. Km 可以近似地代表E与S的亲和力。 6. Km可用来计算欲使反应速度达到某一特定反应 速度时的合理[S]。 7. 反映激活剂与抑制剂的存在。
4
可调节性
1. 绝对特异性
2. 相对特异性 3. 立体异构特异性
二、酶促反应机制
酶促反应的高效主要是通过降低反应活化能实现的
酶作用特异性的机制——诱导契合学说
Ⅰ.酶与底物接近；Ⅱ.酶与底物诱导契合；Ⅲ.底物分子过大；Ⅳ.底物分子过小
酶的作用机制
1. 邻近效应与定向排列
底物之间必须相互接近并形成有利于反应的正确定向关系 相互碰撞，才有可能发生反应。
H4
H3M
H2M2
HM3
M4
LDH同工酶在人体某些组织器官中的分布
表7-2 人体各组织器官LDH同工酶的分布（活性%）
LDH 亚基组成 红细胞 白细胞 血清 骨骼肌 心肌 肺 肾 肝 脾 同工酶
LDH1
LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
H4
H3M H2M2 HM3 M4
43 44 12 1 0
酶
单纯酶 结合酶
蛋白质部分 （酶蛋白）
+
非蛋白质部分 （辅助因子）
= 全酶 （有活性）
小分子有机化合物（B 族维生素）
辅酶 辅基
无机金属离子
辅酶(coenzyme)：与酶蛋白结合疏松，可以用 透析或超滤方法除去的辅助因子； 辅基(prosthetic group)：与酶蛋白结合紧密， 不易用透析或超滤方法除去的辅助因子。
※ 酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，指在规定
条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一
定量（mg、μg、μmol等）的产物或消耗一定数量的底 物所需的酶量。
一、底物浓度对酶促反应速度的影响
底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线
（一）米－曼氏方程式
V与[S]关系可用米-曼氏方程表示
1913年，L.Michaelis和M.L.Menten提出米氏方程
酶蛋白和辅酶（辅基）的作用 酶蛋白：决定酶促反应的特异性 辅酶（辅基）：决定反应性质和类型
注意：
一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合 一种辅助因子可以与不同的酶蛋白结合
金属离子作为辅助因子的作用： （1）稳定酶蛋白活性构象
（2）参与构成酶的活性中心
（3）连接酶和底物的桥梁 （4）中和阴离子
表7-1 含B族维生素的辅酶（或辅基）及其作用
（氨甲蝶呤）
二氢蝶呤 谷氨酸
FH2
FH4
MTX（-）
结构相似
结构相似
蛋白质←核酸 SN抑制敏感细菌的生长、繁殖
2、非竞争性抑制
抑制剂与活性中心以外的必需基团相结合，使
酶的构象改变而失去活性，称为非竞争性抑制作用。 E E
E
E
非竞争性抑制作用
1 Vm 1 Km
Km不变 Vm变小
非竞争性抑制特点：
12 49 33 6 0
27.1 34.7 20.9 11.7 5.7
0 0 5 16 79
73 24 3 0 0
14 34 35 5 12
43 44 12 1 0
2 4 11 27 56
10 25 40 20 5
血清LDH同工酶琼脂糖凝胶电泳图谱
2 1 2 3 4 + 正常 + 急性心肌梗死 3
（一）不可逆性抑制作用
• 丝氨酸酶：以丝氨酸羟基(-OH)为必需基团的酶。 • 抑制剂：有机磷化合物。 如胆碱酯酶抑制可用解磷定解救。
胆碱酯酶的失活与复活
有机磷农药的中毒机理
有机磷杀虫剂 (-)
乙酰胆碱 + H2O
胆碱酯酶
胆碱 + 乙酸
胆碱能神经兴奋
中毒
（肌肉震颤、瞳孔缩小、流涎、多汗、呼吸困难）
（一）不可逆性抑制作用
• 巯基酶：以巯基（-SH）为必需基团的酶。 • 抑制剂：重金属离子Ag+、Hg2+、砷剂等。 • 解除重金属离子中毒的常用物质：二巯基丙醇。
巯基酶的失活与复活
（二）可逆性抑制作用
概念：抑制剂与酶非共价结合，可用透析、
超滤等方法除去而恢复酶活性。 类型：竞争性抑制作用

溶菌酶的活性中心
溶菌酶的活性中心 是一裂隙，可以容 纳肽多糖的 6 个单 糖基（A，B，C， D，E，F），并与 之形成氢键和 van derwaals力。 催 化 基 团 是 35 位 Glu，52位Asp； 101 位 Asp 和 108 位 Trp是结合基团。
酶的活性中心特点：
辅酶或辅基名称 TPP（焦磷酸硫胺素） FMN（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸） NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸） NADP+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸） 磷酸吡哆醛 所含维生素 维生素B1 转移基团或原子 醛基
维生素B2（核黄素） 氢原子 维生素B2（核黄素） 氢原子 维生素PP（烟酰胺） 氢原子 维生素PP（烟酰胺） 氢原子 维生素B6（吡哆醛） 氨基
1. 体积小
2. 三维空间构象
3. 酶分子表面的一个裂隙
4. 以非共价键与底物结合
第二节 酶促反应的特点与机制
酶与一般催化剂的共同点
①只能催化热力学上允许的化学反应； ②在化学反应前后本身质和量不改变；
③可以提高化学反应速度，但不改变化学反应
的平衡点等。
一、酶促反应的特点
1
高效性
2 特异性
3
不稳定性
易进一步被水解形成产物和游离的酶。
第三节
酶促反应动力学
酶促反应动力学概念：
研究酶促反应的速度以及各种因素对酶促
反应速度影响的科学。
第三节
酶促反应动力学
影响因素包括有:
底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂等。 ※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
※ 采用酶促反应初速率研究酶促反应动力学。
酶
Enzyme
教学内容
酶 第一节 酶的分子结构 第二节 酶促反应特点与机制
第三节 酶促反应动力学
第四节 酶的调节 第五节 酶的命名与分类 第六节 酶与医学的关系
学习目标
【学习目的】 通过本章的学习，掌握酶的分子组成与活性中心、酶促反 应特点、酶的调节、酶促反应动力学以及酶与医学的关系
，为物质代谢及临床检验等内容的学习奠定基础。
辅酶A（CoA）
生物素 FH4（四氢叶酸）
泛酸
生物素 叶酸
酰基
二氧化碳 一碳单位
5’-脱氧腺苷钴胺素
硫辛酸
维生素B12
硫辛酸
甲基
酰基和氢原子
注意：
全酶＝酶蛋白＋辅助因子 只有全酶才具有催化活性，酶蛋白或辅
助因子单独存在时均无催化活性。
二、酶的活性中心
酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位

必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸 残基侧链的化学基团 中，一些与酶活性密 切相关的化学基团 （羟基、巯基、咪唑 基和羧基） 。
肪
酸 合 酶
同工酶
催化相同化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性 质乃至免疫学性质及电泳行为都不相同的一组酶。
同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同 一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和 不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。
同工酶
LDH同工酶：H型，M型；四聚体； 5种同工酶
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
1 5
4
5 -
2 1 + 慢性肝炎 3 4
5 1 +
2
3
4
5
-
溶血性贫血
2. 肌酸激酶 由M型（骨骼肌型）和B型（脑型）亚基组成二聚体 脑中含CK1（BB型）；心肌中含CK2（MB型）
正常血浆几乎不含CK2。心肌梗死3-6小时CK2活性升
高，12-24小时达到高峰，3-4天回落到正常水平， 因此CK2常作为临床早期诊断急性心肌梗死的一项生
【学习要点】 酶的分子组成与活性中心、酶促反应特点、酶的调节、酶 促反应动力学、酶活性测定与酶活性单位等内容。
酶的基本概念：
酶(enzyme)：由活细胞产生的对其特异性底物具
有高效催化作用的蛋白质。
核酶(ribozyme)：具有催化作用的RNA。 脱氧核酶（deoxyribozyme）: 具有催化功能的
2. 表面效应
酶的活性中心多疏水性，防止水分子对酶和底物功能基团
的干扰，有利于发生反应。
3. 酸碱催化作用
酶是两性电解质，其活性中心的某些基团具有一定的酸性 或碱性，酸性或碱性基团对许多化学反应均有较强的催化
作用。
4. 共价催化
酶与底物形成共价结合的ES复合物而将底物激活，并很容
竞争性抑制作用举例：
1. 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用
2. 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制作用
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H2 N PABA
COOH
H2 N
SN
SO2NHR
(对氨基苯甲酸)
（磺胺类药）
磺胺药与PABA相互竞争与二氢叶酸合成酶结合
磺胺类药物的抑菌机理
PABA FH2合成酶 磺胺类药物（-） FH2还原酶
非竞争性抑制作用
反竞争性抑制作用
1.竞争性抑制
抑制剂与底物结构相似，两者竞争与酶的活性中 E 心结合，当抑制剂与酶结合后，可以干扰酶与底 物的结合，使酶的催化活性降低。
E E
竞争性抑制特点：
（1）抑制剂与底物的结构相似； （2）抑制剂与底物相互竞争与酶活性中心结合； （3）抑制程度取决于[I]/ [S]相对比例； （4）增加底物浓度，可以减少或解除抑制作用； （5）Km值增大，Vm值不变。

酶的活性中心 (active center)
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。
底物
活性中心以外 的必需基团
催化基团
结合基团
活性中心
活性中心内的必需基团 结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所 必需。 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
非必需激活剂（酶活性提高）
六、抑制剂对酶促反应的影响
抑制剂——
使酶活性降低而又不使酶变性的物质。
丝氨酸酶抑制剂 不可逆抑制 巯基酶抑制剂 抑制作用 可逆性抑制 竞争性抑制作用 非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用
（一）不可逆抑制作用
抑制剂与酶活性中心必需基团共价结合， 不能用透析、超滤等物理方法将其除去恢复 酶活性。