第三章 酶

心 肝 骨骼肌
（ 占总 LDH活性的百分比） 35~70 28~45 2~16 0~6 0~5 0~8 2~10 3~33 6~27 30~8 1~10 4~18 8~38 9~36 40~97
正常血清 27.1±2.8 34.7 ± 4.3 20.9 ± 2.4 11.7 ± 3.3 57 ± 2.9
4. 共价催化
▪ 酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪 唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
第七节 酶促反应的速度和影响因素（酶促 反应动力学）
一、酶反应速度的测量 用一定时间内底物减少或产物生成的量来表 示酶促反应速度，单位为mol/min等。 测定反应的初速度：在酶促反应开始无任何 干扰因素出现时短时间内酶的反应速度为反应初 速度。一般指反应底物消耗5%以内时的反应速 率。 酶反应过程曲线（图）
如：凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环 中运行，一旦需要便不失时机地转化为有活性的酶，发 挥其对机体的保护作用。
三、同工酶(isoenzyme)
1959年Markert首次用电泳分离法发现动物的乳 酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)具有多种 分子形式，并提出同工酶的概念。 ——能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子 的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明 显差异的一组酶，称为同工酶。
包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(oxidase)。
2. 转移酶类(transferases)：催化分子间基团转 移的酶。
A· X + B A + B· X
3. 水解酶类(hydrolases)：催化水解反应的酶。
AB + H2O AOH + BH
水解酶类大都属于胞外酶，在生物体内分布最广，数量也多
5. 异构酶（isomerases）：催化各种同分异构 体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重 排过程。 A B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构 和变位酶类。
6. 合成酶类（或连接酶类, synthetases或 ligases）：催化有ATP参加的合成反应(即两个 分子合成一个分子)的酶。
二、中间产物学说－－关于酶催化高效性 的假说
E+S ES E +P
由于形成不稳定的ES, 可有效降低发生反 应的活化能, 从而解释酶催化的高效性
三、诱导嵌合学说－－关于酶作用专一性 的假说
1. 锁钥学说（Fisher，1890）：
锁钥学说
底物 S 酶E
酶-底物复合物 ES
2. 诱导嵌合学说（Koshland，1958）：
终 态 活 化 过 程
酶促反应活化能的改变
三、酶的催化特性
1. 高效性：通常比非生物催化剂的催化活性高 106~1013倍。
2H2O2 2H2O + O2 1mol过氧化氢酶 5×106molH2O2/s 1mol离子铁 6×10-4molH2O2/s
不同催化剂存在下过氧化氢分解反应的活化能
催化剂 无催化剂 胶态钯 过氧化氢酶
丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱羧酶 （EⅠ）、二氢硫辛酸乙酰移换酶（EⅡ）和二 氢硫辛酸脱氢酶（EⅢ）。
碱性 EⅠ + EⅡ EⅢ 脲 EⅡ + EⅢ
EⅠ EⅡ EⅢ
第四节 酶的结构与功能的关系
一、活性部位和必需基团
必需基团：酶分子中间接或直接与酶催化活性相 关的某些氨基酸残基的功能基团。－－这些基团 若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。 活性部位（活性中心）：酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直接有关的部位。
当ΔG＞0，反应不能自发进行。 当ΔG＜0，反应能自发进行。 活化能：分子由常态转变为活化状态(过渡态) 所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应 物全部进入活化状态所需的自由能。
促使化学反应进行的途径： 1. 用加热或光照给反应体系提供能量。 2. 使用催化剂降低反应活化能。 酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需 的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度 加快。
乳酸脱氢酶（LDH）同工酶:
CH3 C O + NADH + H COOH +
乳酸脱氢酶 （LDH）
CH3 CHOH + NAD COOH
+
H
M
LDH1 (H4)
LDH2 (H3M)
LDH3 (H2M2)
LDH4 (HM3)
LDH5 (M4)
人体心肝和骨骼肌LDH同工酶谱
组织器官 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
缬 天 天 天 天 赖 异 缬 甘
静电吸引 力或氢键
组 46
X 丝
183
S S
胰 蛋 白 酶 原 活性中心
-S-S-
游离的六肽
缬 天 天 天 天 赖
缬 组 异 甘 丝
S S
胰 蛋 白 酶
-S-S-
胰蛋白酶原的激活过程
酶原与酶原激活的生理意义： 1、保护组织器官本身免受酶的水解破坏； 2、保证酶在特定时空发挥催化作用； 3、酶原可视作酶的储存形式。
4. 裂解酶类（或裂合酶类, lyases）：催化非水 解性地除去分子中的基团及其逆反应的酶。
C—C键
CH3 C=O CH3 C=O + CO2
COOH
H
HCCOOH HOOCCH + H2O
C—O键
CH2COOH HO—CH—COOH
C—N键
COOH CH—NH2 CH2 COOH
COOH CH HC COOH + NH3
底物 S
酶E
酶-底物复合物 ES
诱导契合学说
S S
a
E b
c
a E b
c
E-S复合物
四、使酶具有高催化效率的因素
1. 邻近定向效应
A B
酶
2. ―张力”与“形变”
稳定的底物
底物张力 变形，被 激活形成 过渡态
3. 酸碱催化：酶活性部位上的某些基团可以做为 良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化 。
结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅因子 辅酶 :与酶蛋白结合比较松驰的小分子有机物
辅因子
辅基 :与酶蛋白结合比较紧密的小分子有机物 金属离子
★金属离子：(1)作为酶活性部位的组成部分，(2)帮助 形成酶活性所必需的构象 ★辅酶或辅基：通常是作为电子、原子或某些化学基团 的传递载体 ★酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分
第五节
酶作用的专一性
酶的专一性就是指酶对它所作用的底物的严格的 选择性。即：酶只能催化一种或一类底物,发 生一定的化学变化, 生成一定的产物。
键专一性
相对专一性
酶 的 专 一 性
结构专一性
基团专一性
绝对专一性 旋光异构专一性（D-、L-）
立体异构专一性
几何异构专一性(顺反、异构)
一、结构专一性
1.相对专一性：作用于一类化合物或一种化学 键。 如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解 酶等。
A + B + ATP A· B + ADP +Pi
乳酸脱氢酶 EC 1.
1.
1.
27 第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团为CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的顺序号
二、酶的命名
两种命名方法：系统名、惯用名。
系统名：包括所有底物的名称和反应类型。
乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+
α-葡萄糖 OH 苷酶 OH
5
O
O
1
O R
+H 2 O
OH
OH OH
+ ROH
OH OH
基团专一性
胰蛋白酶
2. 绝对专一性：只能作用于某一底物，生成 一种特定产物
O
脲酶：H2N—C—NH2 + H2O
2 NH3 + CO2
•再如: •凝血酶作为一种特殊的蛋白酶只作用于蛋白分 子中精氨酸残基的羧基与甘氨酸残基形成的肽 键。---Arg-Gly----
乳酸：NAD+ 氧化还原酶
惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。 乳酸：NAD+氧化还原酶 丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 乳酸脱氢酶 谷丙转氨酶
对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应 类型。
第三节 酶的化学本质 一、大多数酶是蛋白质
1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶， 证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质 的观点。
结合基团 活性部位 必需基团 专一性
催化基团
维持酶的空间构象
催化性质
酶活性中心示意图
S-S
活性中心外 必需基团
底物
结合基团
催化基团 肽链
活 性 中 心 必 需 基 团
活性中心
酶活性中心示意图
S-S
活性中心外 必需基团
底物
结合基团
催化基团 肽链
活 性 中 心 必 需 基 团
活性中心
二、酶原的激活
2.几何异构专一性(顺反异构专一性)
• 如琥珀酸脱氢酶只能催化丁二酸脱氢生 成反-丁烯二酸的可逆反应。
琥珀酸脱氢酶——顺反异构专一性
FAD
FADH2
第六节 酶的作用机制 一、 酶的催化作用与分子活化能
化学反应自由能方程式 ΔG =ΔH –TΔS
（ ΔG是总自由能的变化， ΔH 是总热能的变化， ΔS是熵的变化）
二、核酶（ribozyme）
1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然 RNA——ribozyme（核酶），以后Altman和 Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。 核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还 促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一 步探讨。