第三章 酶
生物化学第三章 酶
（四）酶的比活力（比活性） • 酶的比活力是指每单位质量样品中的酶 活力，即每毫克酶蛋白中所含的活力单 位数或每千克酶蛋白中所含的Kat数。
比活力=
酶活力单位数 酶蛋白质量（mg）
• 比活力是表示酶制剂纯度的一个重要指 标，对同一种酶而言，酶的比活力越高， 纯度越高。
七、酶促反应动力学
• 酶促反应动力学主要研究酶催化的反 应速度及影响反应速度的各种因素。 • 在探讨各种因素对酶促反应速度的影 响时，通常测定其初始速度来代表酶
单纯酶 酶→ 结合酶（全酶）→ 辅助因子→ 酶蛋白 辅酶 辅基 金属离子
●
●酶蛋白与辅助因子单独存在时均无催化活性，二 者只有结合成完整的分子时，才具有催化活性。 ●一种酶蛋白只与一种辅酶结合，组成一种全酶， 催化一种或一类底物进行某种化学反应。 ●一种辅酶可以和多种酶蛋白结合，组成多种全酶， 分别催化不同底物进行同一类反应。
（三） 诱导契合学说-关于酶作用专一性的假说 ●1890年，Emil Fischer提出“锁钥学说” ：底 物的结构和酶活性部位的结构非常吻合，就象 锁和钥匙一样，这样它们就能紧密结合形成中 间产物。
底物
+
酶
酶 –底物复合物
●1958年，Koshland提出“诱导契合学说”： 酶活性部位的结构与底物的结构并不特别 吻合，但活性部位具有一定的柔性，当底 物与酶接近时，可以诱导酶活性中心的构 象发生改 变，使之 成为能与 底物分子 密切结合 的构象 。
促反应速度，即底物转化量 <5% 时的
反应速度。
（一）酶浓度对反应速度的影响 • 当反应系统中底物的浓度足够大时， 酶促反应速度与酶浓度成正比，即 ν =k[E]。
(二) 底物浓度对反应速度的影响
第三章 酶
（三）Km的求测方法
1. 双曲线法
2. 双倒数作图法
斜率=Km/Vmax
1.0
1 = v
Km . Vmax
1 1 + [S] Vmax
0.8
0.6
1/v
0.4
-1/Km
0.2
1/Vmax
0.0 -4 -2 0 2 4
-1
6
8
10
1/[S](1/mmol.L )
3.Hanes作图法
二、酶浓度对反应速度的影响
酶的活性中心：在酶分子上，必需基团在空 间结构上彼此靠近，形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，此区域称为酶的活性中心。
活性中心内的必需基团
结合基团 与底物相结合 催化基团 催化底物转变成产物
活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中 心应有的空间构象所必需。
白结合紧密，用透析或超滤的方法不能将其除
去的称为辅基。
金属离子的作用
1.稳定酶分子构象。 2.参与催化反应或传递电子。 3.在酶与底物间起桥梁作用。
4.中和阴离子降低反应中的静电斥力。
根据金属离子与酶结合的形式不同，可将
酶分为金属酶和金属活化酶。
小分子有机物的作用
其结构中常含有维生素或维生素类物 质，以辅酶或辅基的形式参与酶的催化过
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
第二节 酶促反应的特性与催化机制
酶与一般催化剂的共同点
只能催化热力学上允许进行的化学反应。 能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能 改变平衡点。 对可逆反应的正反两个方向都具有的催化
作用。
生物化学 第3章 酶
生物化学第3章酶生物化学第3章酶第3章酶自学建议1.掌握酶及所有相关的概念、酶的结构与功能的关系、酶的工作原理、酶促反应动力学特点、意义及应用。
2.熟识酶的分子共同组成与酶的调节。
3.了解酶的分类与命名及酶与医学的关系。
基本知识点酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。
单纯酶是仅由氨基酸残基组成的蛋白质，融合酶除所含蛋白质部分外，还所含非蛋白质辅助因子。
辅助因子就是金属离子或小分子有机化合物，后者称作辅酶，其中与酶蛋白共价紧密结合的辅酶又称辅基。
酶分子中一些在一级结构上可能相距很远的必需基团，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，这一区域称为酶的活性中心。
同工酶就是指催化剂相同化学反应，酶蛋白的分子结构、化学性质乃至免疫学性质相同的一组酶，就是由相同基因编码的多肽链，或同一基因mRNA分解成的相同mrna所译者的相同多肽链共同组成的蛋白质。
酶促反应具有高效率、高度特异性和可调节性。
酶与底物诱导契合形成酶-底物复合物，通过邻近效应、定向排列、表面效应使底物容易转变成过渡态。
酶通过多元催化发挥高效催化作用。
酶促反应动力学研究影响酶促反应速率及其影响因素，后者包括底物浓度、酶浓度、温度、ph、抑制剂和激活剂等。
底物浓度对反应速率的影响可用米氏方程表示。
v?vmax[s]km?[s]其中，km为米氏常数，其值等同于反应速率为最小反应速率一半时的底物浓度，具备关键意义。
vmax和km需用米氏方程的双倒数作图去求得。
酶在拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度时催化活性最低，但拉沙泰格赖厄县ph和拉沙泰格赖厄县温度不是酶的特征性常数，受到许多因素的影响。
酶的抑制作用包含不可逆遏制与对称遏制两种。
对称遏制中，竞争抑制作用的表观km值减小，vmax维持不变；非竞争抑制作用的km值维持不变，vmax增大，反竞争抑制作用的km值与vmax均增大。
在机体内酶活性与含量的调节是代谢调节的重要途径。
生化第三章酶
第三章酶本章要点生物催化剂——酶：由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质。
一、酶的分子结构与功能1.单体酶：由单一亚基构成的酶。
（如溶菌酶）2.寡聚酶：由多个相同或不同的亚基以非共价键连接组成的酶。
（如磷酸果糖激酶-1）3.多酶复合物（多酶体系）：几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合。
（如丙酮酸脱氢酶复合物）4.多功能酶（串联酶）：一些酶在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能。
（如氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ）（一）、酶的分子组成中常含有辅助因子1.酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制；辅助因子主要决定酶促反应的性质和类型。
2.酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性，只有全酶才具有催化作用。
3.辅酶与酶蛋白的结合疏松，可以用透析和超滤的方法除去。
在酶促反应中，辅酶作为底物接受质子或基团后离开酶蛋白，参加另一酶促反应并将所携带的质子或基团转移出去，或者相反。
4.辅基则与酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤将其除去。
在酶促反应中，辅基不能离开酶蛋白。
5.作为辅助因子的有机化合物多为B族维生素的衍生物或卟啉化合物，它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子（或基团）或起运载体作用。
金属离子时最常见的辅助因子，约2/3的酶含有金属离子。
6.金属离子作为酶的辅助因子的主要作用①作为酶活性中心的组成部分参加催化反应，使底物与酶活性中心的必需基团形成正确的空间排列，有利于酶促反应的发生；②作为连接酶与底物的桥梁，形成三元复合物；③金属离子还可以中和电荷，减小静电斥力，有利于底物与酶的结合；④金属离子与酶的结合还可以稳定酶的空间构象。
7.金属酶：有的金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。
8.金属激活酶：有的金属离子虽为酶的活性所必需，但与酶的结合是可逆结合。
（二）、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位1.酶的活性中心（活性部位）：酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。
第三章--酶
第三章酶生物体内不断进行着各种化学变化。
绿色植物和某些细菌能以十分简单的物质(如水、CO2和无机盐)为原料合成各种复杂物质，并把太阳能转化为化学能贮存于有机物质中；而其他生物又能分解这些复杂物质，从中获取能量。
例如，动物以植物体中的淀粉等复杂物质为食物，•将淀粉降解成单糖，并在细胞内进一步分解为CO2和水，同时释放能量供动物生长、发育、运动等各种生命活动需要。
在实验室中，复杂有机物的合成与分解必需在高温、高压、强酸或强碱等剧烈条件下进行，而在生物体内虽然条件十分温和，许多复杂的化学变化却进行得极顺利和迅速，这种使化学反应变得容易和迅速的根本原因就是生物体内普遍存在着生物催化剂——酶。
酶与其他催化剂不同，它具有很大的专一性和极高的催化效率，能在机体中十分温和的条件下起高效率的催化作用，这不是无机催化剂所能比拟的。
人们对酶的认识起源于生产实践。
我国几千年前就开始制作发酵饮料及食品。
夏禹时代，酿酒已经出现，周代已能制作饴糖和酱。
春秋战国时期已能用曲治疗消化不良。
1833年Payon和Persoz从麦芽提取液中分离得到一种能水解淀粉的物质，称之为淀粉酶。
1857 年微生物学家Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果，1878年提出了“酶”•这个概，Liebig等人提出发酵现象是由溶解于细胞液中的酶引起的。
1913年Michaelis和Menten提出了酶动力学原理——米氏学说，•这对酶学反应机理的研究是一个突破。
1926年Sumner第一次从刀豆中提取出了脲酶结晶，并第一次证明酶有蛋白质性质。
20世纪30年代Northrop又分离出了结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，并进行了动力学探讨，确立了酶的蛋白质本质。
现已鉴定出4 000多种酶，其中不少得到结晶，很多种的一级结构或三级结构也已经阐明。
随着酶学理论研究的不断深入必将对生命本质的探索作出更大的贡献。
第一节酶的命名与分类一、习惯命名法1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的，称为习惯名。
第03章酶催化作用机制
V
Vmax
[S]
随着底物浓度的增高 反应速度不再成正比例加速。
V
Vmax
[S]
当底物浓度高达一定程度 反应速度不再增加，达最大速度，说明酶已 经被底物所饱和。
1. 米氏方程
第 三 章 酶 催 化 作 用 机 制
1913年，米彻利斯(Michaelis)和曼吞 （Menton)在前人研究的基础上，推导出 著名的米氏方程： v——反应速度； S——底物浓度； v m —— 最大反应速度； K m —— 米氏常数，为 酶催化反应速度等于最大反应速度一半时 的底物浓度。
(一)酶的刚性与“琐和钥匙”学说
第 三 章 酶 催 化 作 用 机 制
1890年，德 国化学家费舍 尔（Fisher） 提出了著名的 “琐和钥匙” 此学说认为：酶与底物都是刚性的，二者 学说。 结构间天然存在互补的关系，就像锁和钥
匙一样。此学说较好的解释了酶对底物选 择的专一性，但不能解释酶能够高效催化 反应的原因。
中间产物学说
中间产物
第 三 章 酶 催 化 作 用 机 制
酶促反应速度与底物浓度的关系，可以用 中间产物学说加以解释。 酶促反应模式——中间产物学说
E+S
k1 k2
ES
k3
E+P
推导过程
米－曼氏方程式推导基于两个假设：
第 三 章 酶 催 化 作 用 机 制
E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，
Dixon plot
Cornish-Bowden plot
酶的转换数
定义 — 当酶被底物充分饱和时，单位时间内 （每秒钟）每个酶分子催化底物转变 为产物的分子数（微摩尔数）。 意义 — 可用来比较每单位酶的催化能力。
第三章 酶
※ 研究一种因素的 影响时，其余各因 素均恒定
一.底物浓度对酶促应速度的影响
v
在其他因素不变的情况下，底物浓度 对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。
Vm 0.3
初 0.2 速 Vm 度 2 V 0.1
[S]与v关系： 当[S]很低时，[S]与v成比例,呈一级反应 当[S]较高时，[S]与v不成比例 当[S]很高时，[S]，v不变,呈零级反应
（二）Km与Vmax的意义
1.Km的推导
V= Vmax [S] Km + [S]
V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
当反应速度等于最大速度一半时, 即V = 1/2 Vmax, Km = [S]
2.Km值的定义:
Km是酶-底物复合物(ES)稳定性的量度,等于 复合物的分解速率与生成速率的比值,其值等于 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度，单 位是mol/L或mmol/L K2+K3 Km= K1 Km值的意义： Km可近似表示酶对底物的亲和力。 同一酶对于不同底物有不同的Km值。 Km是酶的特征性常数之一,可确定最适底物。
（1）表示酶与底物亲和力：
Km越大，表示E与S的亲和力越小，Km越小， 表示E与S的亲和力越大。
K1 E+S K2 ES
K3
E+P
Km=
K2+k3 K1 Km=
，当K2>>K3时，K3可忽略不计，
K2
K1
[E][S] = =Ks [ES]
（2）Km值是酶的一种特征性常数
Km值的大小与酶的结构、底物的种类及反应 条件有关，而与酶的浓度无关，即不同的酶Km 值不同，可用于鉴别酶。
生物化学03第三章 酶
三、 酶的命名与分类
(一)酶的命名
1.习惯命名法——推荐名称
通常以酶催化的底物、反应的性质以及酶的来源命名。 (1) 依据酶所催化的底物命名，如淀粉酶等。 (2) 依据催化反应类型命名，如脱氢酶、转氨酶等。 (3) 综合上述两项原则命名，如乳酸脱氢酶等。 2. 系统命名法——系统名称 规定各种酶名称要明确标示酶的底物与反应类型，如 果一种酶催化两个底物，应在酶系统名称中同时写入 两种底物的名称，用“：”把它们分开，如果底物之 一是水，则水可省略不写。
底物
反应总能量改变
产物 应 过 程
酶促反应活化能的改变
反
一、酶的活性中心(active center)
(一)什么是活性中心（活性部位）
指在整个酶分子中，只有一小部分区域 的aa残基参与对底物的结合和催化作用，这
些特异的aa残基比较集中的区域称为酶的活
性中心或称活性部位。
(二)酶活性中心的组成
结合部位：酶分子中与结合底物有关的部位。
1. 结合酶的酶蛋白与辅助因子协同作用才能发挥 催化作用。
酶蛋白
(无催化活性)
+ 辅助因子
(无催化活性)
全酶
(有催化活性)
2.全酶各部分在催化反应中的作用
(1)酶蛋白决定反应的特异性。 (2)辅助因子决定反应的种类与性质。
3.辅酶：属于有机分子类型的辅因子；辅酶又可
分为一般的辅酶和辅基两类（按其与酶蛋白结合
酶的调节部位可以与某些化合物可逆地非共价结 合，使酶发生结构的改变，进而改变酶的催化活性， 这种酶活性的调节方式称~。
别构酶：多为寡聚酶
正效应物（别构激活剂） 负效应物（别构抑制剂）
效应物（别构效应剂） （多为小分子化合物）
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C.抑制剂与酶通常以共价键结合 D.抑制剂一般为非生物源性 11．关于酶的非竞争性抑制作用正确的是（ ） A.抑制剂的结构与底物相似 B. 抑制剂和底物结合在酶分子的不同部位 C. Vmax不变，Km减小。 D. Vmax减小，Km减小。 12．非竞争性抑制和竞争性抑制的区别是（ ） A. 前者对Vm无影响 B. 前者对Km无影响 C. 前者对Vm/Km无影响 D. 前者为不可逆抑制反应 13．关于别构酶正确的是（ ） A. 所有关键酶都是别构酶 B. 别构酶的初速度-底物浓度关系符合米氏方程 C. 别构酶的调节部位就是活性中心 D. 其动力学曲线为S型
Байду номын сангаас
2．一碳单位的载体是（ ） A.二氢叶酸 B.四氢叶酸 C.生物素 D.硫辛酸 3．下列哪种化合物是一种维生素A原（ ） A.视黄醇 B.麦角固醇 C.β-胡萝卜素 D.萘醌 4．长期过量摄入哪一种维生素可以引起蓄积性中毒？ （ ） A.维生素B1 B.维生素C C.维生素B12 D.维生素A 5．蛋白酶对肽键的水解属于（ ） A.绝对特异性 B.相对特异性 C.立体异构特异性 D.族类特异性 6．如果要求酶促反应V=Vmax×90%，则[S]应为Km的 倍数是（ ） A.4.5 B.9 C.8 D.90
18．酶的分离提纯中不正确的方法是（ ） A.全部操作需在低温下进行，一般在0℃-4℃ B. 酶制剂制成干粉后可保存于4℃冰箱 C. 经常使用巯基乙醇以防止酶蛋白二硫键发生还原 D. 提纯时间尽量短 19．有机汞化合物能抑制（ ） A.羟基酶 B. 巯基酶 C. 胆碱酯酶 D. 碱性酶 20．从组织中提取酶时，最理想的结果是（ ） A.蛋白产量最高 B. 酶活力单位数值最大 C. 比活力最高 D. Km值最小 四、问答题 1．试述维生素与辅酶、辅基的关系？ 2．试述磺胺类药物抗菌的作用机理。 3、何谓Km值？简述其物理意义？
16．对于某些调节酶来说，V对底物浓度作图呈S型曲线 是因为底物结合到酶分子上产生的一种（ ）效应而引 起的。 17．磺胺类药物能抑制细菌生长，因为它是（ ）的结构 类似物，能（ ）性地抑制（ ）酶活性。 18．（ ）抑制剂不改变酶促反应Vmax，（ ）抑制剂不 改变酶促反应Km。 19．酶经分离提纯后保存方法有（ ）和（ ）。 20．（ ）、（ ）、（ ）和（ ）在体内可以转化成为维 生素A，故称维生素A原，但它们的转化效能并不相同， 其中以（ ）转化率最高。 三、选择题 1．酶的竞争性可逆抑制剂可以使（ ） A.Vmax减小，Km减小 B.Vmax增加，Km增加 C.Vmax不变，Km增加 D.Vmax不变，Km减小。
14．有机磷农药作为酶的抑制剂是作用于酶的活性中心 的（ ） A.巯基 B. 羟基 C. 羧基 D. 咪唑基 15．丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于（ ） A.不可逆抑制 B. 竞争性抑制 C. 非竞争性抑制 D. 反馈抑制 16．酶原激活的实质是（ ） A.激活剂与酶结合使酶激活 B. 酶蛋白的变构效应 C. 酶原分子一级结构发生改变从而形成或暴露出酶的活 性中心 D. 酶原分子的空间构象发生了变化而一级结构不变 17．酶的高效率在于（ ） A.增加活化能 B. 降低反应的能量高水平 C. 增加反应的能量高水平 D. 降低活化能
6．酶活性中心有两个功能部位，即（ ）和（ ）。 7．表示底物浓度和反应速度之间定量关系的方程表达式 为（ ）。 8．酶的抑制作用主要有（ ）和（ ）两大类型。 9．Km值是酶的特性常数之一，只与酶的（ ）有关，而 与酶的（ ）无关。 10．对同一种酶来说，酶的比活力越（ ），（ ）越高。 11．降低酶促反应活化能，提高酶催化效率的重要因素是 （ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 12．1/Km可近似地表示酶与底物( )的大小，Km越大， 表明（ ）。 13．测定酶活力的主要原则是在特定的（ ）、（ ）条件 下，测定酶促反应的（ ）。 14．全酶由（ ）和（ ）组成。 15．酶对（ ）的（ ）性称为酶的专一性，一般可分为 （ ）、（ ）和（ ）。
7．对结合酶中金属离子的描述错误的是（ ） A.金属离子与酶蛋白的结合可以紧密或疏松 B.与酶蛋白结合疏松的金属离子，即使不存在酶也能发 挥最大活性 C.金属离子可稳定酶的构象 D.某些反应靠金属离子传递电子 8．酶反应中决定酶特异性的部分是（ ） A.辅助因子 B.酶蛋白 C.底物 D.别构剂 9．关于酶的不可逆性抑制正确的是（ ） A.抑制剂与酶结合后使酶变性失活 B.抑制剂的结构与底物相似 C.抑制剂与酶通常以共价键结合 D.抑制剂与酶的活性中心结合 10．关于酶的可逆性抑制正确的是（ ） A.抑制剂与酶结合后使酶变性失活 B.磺胺药的抗菌作用属于可逆性抑制