生物化学 第四章 酶
酶(生物化学)PPT课件
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
生物化学课件4酶与生物催化剂
辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系
辅助成分 作 用 维生素组分 核苷酸组 分
NAD+（辅酶Ⅰ）
NADP+（辅酶Ⅱ） CoA-SH（辅酶A） FH4（四氢叶酸） 磷酸吡哆醛/胺
焦磷酸硫胺素TPP 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
递氢（脱氢酶）
转移酰基 转移一碳单位 转移氨基（转 氨酶）、羧基 （脱羧酶） 转移醛基
第四章 酶与生物催化剂
第一节 概 述
主要内容：介绍酶的概念、作用 特点和分类、命名，讨论酶的结 构特征和催化功能以及酶专一性 及高效催化的策略，进而讨论影 响酶作用的主要因素。对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生 物催化剂。 定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可 缺少的受多种因素调节控制的具有催化 能力的生物催化剂。 酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力 学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应 到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3.通过降低活化能加快化学反应速度。
第四节 反应动力学
底物浓度的影响 酶浓度的影响 温度、pH的影响 抑制剂、激活剂的影响
一、底物浓度的影响
1、一种现象：酶被底物饱和 2、一种假说：酶-底物复合物中间产物学说 3、米氏方程：
V m a x [S ] V= K m + [S]
（1）v-[S]曲线：近似双曲线 （2）[s]<<Km([S]很小时)，v与[s]成正比
二、共价调节酶 三、酶原(zymogen；proenzyme)激活
无活性的酶前体转变为有活性的酶的过程
四、同工酶(isoenzyme)
同工酶：分子结构、理化性质、免疫特性等 不同，但可以催化相同的化学反应的一组酶。
【经典举例】乳酸脱氢酶：由四个亚基组成，亚
生物化学第四章 维生素与辅酶
辅酶A（CoA-SH）
VB3
OH
C H2
H3C
C
C H3
CH OH
CO
NH
C H2 C H2 CO OH
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巯基乙胺
酰胺键
泛酸
磷酸二酯键 5`
3`.5`-ADP
3`
功能 以CoA-SH的形式参加代谢。
(1)它是酰基的载体，可充当多种酶的辅酶参加酰化反 应和氧化脱羧反应。 (2)作为酰基载体蛋白(ACP)的辅基，参加脂肪酸的合 成代谢。
维生素B12作为辅酶的主要分子形式是∶ 5-脱氧腺苷钴胺素 甲基钴胺素
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功能
(1)在体内维生素B12辅酶作为变位酶的辅酶参加一些 异构化反应
(2)甲基钴胺素参与生物合成中的甲基转移 (3)维生素B12对红细胞成熟起重要作用，可能与它参
与DNA的合成有关。
来源 肝脏是最好的来源，其次是奶类、肉、蛋、鱼等。
功能 生物素是多种羧化酶的辅基或辅酶，参与细胞
内固定CO2的反应。如丙酮酸羧化酶。
来源 在动、植物界广泛存在。
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七、维生素B11 (叶酸，folic acid )与辅酶F (CoF)
叶酸又称蝶酰谷氨酸(PGA)，它是2-氨基-4-羟基6-甲基蝶呤啶与氨基苯甲酸(PABA)和谷氨酸三部 分组成。 广泛存在于绿叶中
(3)保护神经系统的作用。
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缺乏病∶
脚气病：表现为食欲不振、皮肤麻木、四肢乏力和神经系 统损伤等症状。
性质∶
易溶于水，水溶液呈酸性， 在酸溶液中稳定，在中性和碱性易破坏。
来源 它广泛分布于植物中 谷类、豆类的种皮中含量丰富，酵母中含量也很多。
生物化学-酶学
酶的特异性/专一性
立体结构特异性(stereospecificity)：酶作用于立 体异构体中的一种而表现出来的特异性。
乳酸脱氢酶只能催化L（+）乳酸脱氢转化为 丙酮酸，却不能使D（-）乳酸脱氢生成丙酮酸。
5. 酶促反应具有可调节性（可调节性） 酶促反应受多种因素的调控，以 适应机体对不断变化的内外环境和生 命活动的需要。
底物（Substrate，S）：酶作用的对象即反应物 产物（Product，P）：酶作用后的生成物
一.酶的结构与组成
依据酶分子中肽链的数目，分为：
单体酶(monomeric enzyme)：只有一条肽 链即可构成有活性的酶，故单体酶仅具 有三级结构。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同 或不同亚基以非共价键连接组成的酶。
甲基、甲烯基、甲炔基、 四氢叶酸 甲酰基等一碳单位
(1) 维生素PP
尼克酸和尼克酰胺，在体内转变为辅酶I
和辅酶II。 能维持神经组织的健康。缺乏时表现出 神经营养障碍，出现皮炎。
COOH N CONH2 N
(1) 维生素PP和NAD+ 和NADP+
酶功 。能
：
是 多 种 重 要 脱 氢 酶 的 辅
一些常见的必需基团
巯基 半胱氨酸 天冬酰胺 胍基 精氨酸
酰胺基
咪唑基 组氨酸 丝氨酸
羟基 天冬氨酸
羧基
1. 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，称为必需 基团。 根据其作用必需基团又分为： 结合基团：结合底物与辅酶，形成酶-底物 复合物，有利于反应的进行的化学基团 催化基团：催化底物转变成产物的化学基 团
大学生物化学 酶
异促效应
别构酶的特点
1、别构酶多为寡聚酶，由多亚基组成，包括活性部位 （结合和催化底物）与调节部位（结合效应物）。 2、具有别构效应。指酶和一个配体（底物，效应物）结 合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。 3、别构酶大都不遵循米氏动力学。
别构酶与非调节酶动力学曲线的比较
练习题
当 一 酶 促 反 应 进 行 的 速 率 为 Vmax 的 80%时，在Km 和[S]之间有何关系？
米氏常数的意义
Vmax·[ S] V=
Km + [ S]
（1）概念 （2）Km值是酶的特征性常数。 （3）Km值与酶和底物亲和力的关系。
Km求法
Vmax·[ S] V=
Km + [ S]
双倒数曲线
加入反竞争性抑制剂后：Km 和Vmax均变小。
练习题
举例说明竞争性抑制的特点和实际意义。
三种可逆性抑制作用的比较
影响
竞争性 非竞争性 反竞争性
抑制剂的结合组分 E
抑制程度取决于 [I]/[S]
对Vmax的影响 不变
对Km的影响
增大
E、ES [I] 减小 不变
ES [I]
减小 减小
七、酶活性的调节
举例
乳酸脱氢酶
同工酶举例
乳酸脱氢酶同工酶
HH HH
LDH1 (H4)
HH HM
LDH2 (H3M)
HH MM
LDH3 (H2M2)
HM MM
LDH4 (HM3)
MM MM
LDH5 (M4)
不同组织中LDH同工酶的电泳图 谱
LDH1(H4)
+
LDH2(H3M)
湖南农业大学生物化学04-酶学-02酶促反应动力学
（一）基本概念
失活（Inactivation） 使酶蛋白变性而引起酶活 力的丧失 变性剂 无 抑制（Inhibition） 酶的必需基团化学性质发 生改变，但酶没有变性，而导 致的酶活性的降低甚至丧失 有 选择性 抑制剂
抑制程度的表示方法： 不加抑制剂时的反应速率为v0，加抑制剂后的速率为vi 相对（残余）活力分数（a） 抑制分数（i） 指被抑制而失去活力的分数 a = vi / v0 i = 1 - a = 1 - vi / v0
二、底物浓度对酶反应速率的影响
（一）中间络合物学说
⊙
（二）酶促反应动力学方程式
⊙
Back
（一）中间络合物学说
1903年，Henri和Wurtz提出“酶底物中间络合物学说” 亦称 “中间产物学说”
E
+
S
k1 k2
ES
k3ELeabharlann +Pv Vmax
Henri用蔗糖酶水解蔗糖，得到双曲线
零级反应 混合级反应 一级反应 [S]
0.5 / 60 = K = 1/ 92000
766.7 S-1 Back
3、米氏常数的测定
基本原则：将米氏方程变化成相当于 y=ax+b的直线 方程，再用作图法求出Km。 双倒数作图法（Lineweaver-Burk法） 米氏方程的双倒数形式：
1 Km 1 1 — = —— . — + —— v Vmax [S] Vmax
不加抑制剂时的反应速率为v0加抑制剂后的速率为vi相对残余活力分数a抑制分数i指被抑制而失去活力的分数aviv0i1a1viv0二抑制作用的类型非专一性不可逆抑制作用irreversible酶的抑制作用专一性竞争性抑制competitive可逆抑制作用reversible非竞争性抑制noncompetitive反竞争性抑制uncompetitiveback可逆与不可逆抑制抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失能用物理方法如透析超滤等除去抑制剂而使酶复活抑制作用是可逆的
生物化学第四章酶
生物化学
授课教师：叶素梅 副教授
第四章 酶
问题1：
你每天吃的东西在体内是怎么消化的？
酶类药物
酶的发现
第一节 酶的概念及作用特点
一、酶（E）及相关概念 • 定义：由活体细胞分泌的, 在体内外具有催化功能的蛋白质 • 酶促反应：酶所催化的化学反应
• 底物：酶所催化的物质
S
• 产物：酶促反应的生成物
心肌炎：LDH1 ↑ 肺梗塞：LDH3 ↑ 肝炎：LDH5 ↑
生理及临床意义
在代谢调节上起着重要的作用； 用于解释发育过程中各阶段特有的代谢特征； 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断； 同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。
第四节 酶促反应动力学
➢ 概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量 的阐述。
磷酸基的受体)
第三节 酶的结构与催化活性 一、酶的分子组成
1.单纯酶
仅由氨基酸构成
2.结合酶
还含有非蛋白质部分
酶蛋白 + 辅助因子
(无催化活性) (无催化活性)
全酶
(有催化活性)
各部分在催化反应中的作用
酶蛋白决定反应的特异性
辅助因子决定反应的种类与性质
组成
无机金属离子
常见： K+、Na+、Mg2+、
相对专一性
作用于一类化合物或一种化学键
脂肪酶 催化脂肪水解 酯类水解
立体异构专一性
一种酶仅作用于立体异构体中的一种
L-乳酸
D-乳酸
乳酸脱氢酶(LDH)
（3）高度不稳定性 • 易受变性因素影响而失活
（4）酶活性的可调性 • 自身不断进行新陈代谢，通过改变酶合成和降解的速度调
《生物化学》第四节 酶的活力测定及分离提取
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酶有最适pH 的原因
（1）pH 影响E 结构的稳定性，过酸、过碱会强 烈影响酶蛋白的构象，甚至使E 变性失活。
（2）pH 影响E 分子上某些基团的解离状态。 （影响结合基团、催化基团的解离 — 酶活力降
低影响活性中心构象 — 影响酶专一性） （3）pH 影响S 分子某些基团的解离状态。
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3、抑制类型
（1）不可逆抑制：I 与E 共价结合，是一不 可逆反应，二者结合后，不能透析除去抑 制剂而恢复酶活力，称为不可逆抑制作用。
（2）可逆抑制：I 与E 非共价结合，为可逆 反应，透析能除去抑制剂使酶恢复活力， 称为可逆抑制作用。
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（二）不可逆抑制剂
• I 与E 共价结合，是不可逆反应，不能透析 除去。
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反竞争反应模式
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反竞争性抑制的速度方程
Vm [I]
· [S]
1 + Ki
=
Km
+ [S]
[I]
1 + Ki
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反竞争性抑制的双倒数方程
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反竞争性抑制的双倒数图形特征
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反竞争性抑制的特点：
⑴ 反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的 分子结构类似；
⑵ 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合； ⑶ 必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制
的结合部位结合。 • 非竞争性抑制剂——I 与S 结合在酶的不同
部位。 • 反竞争性抑制剂——E 必须先与S 结合，然
后才与I 结合
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1. 竞争性抑制（competitive inhibition） 抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结 合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的 催化活性降低，称为竞争性抑制作用。
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生物化学 第四章 酶
1、什么是酶?(酶的定义是什么)?酶的化学本质是什么?
(1)酶是由活细胞产生的对特异底物具有高效催化作用的蛋白质和核酸
(2) 化学本质：蛋白质
2、什么是单体酶?寡聚酶?多酶复合体?多功能酶?
单体酶：由一条多肽链构成的酶，溶菌酶；
寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接的酶，磷酸化酶a ；
多聚复合体：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。
可一次催化连锁反应的复合体，丙酮酸脱氢酶系；
多功能酶：一条多肽链上同时具有多种不同催化活性的酶，生物进化中基因融合的产物，DNA 聚合酶
3、简述酶的分类?单纯酶、结合酶的定义是什么?酶蛋白、辅助因子的作用? 酶的分类：单体酶、寡聚酶、多酶复合体及多功能酶
单纯酶：仅由多肽链组成，如淀粉、脲酶、核糖核酸酶等
结合酶：由蛋白质部分和非蛋白质部分组成，其催化作用依赖于两部分的共同参与，如氨基转移酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶等。
酶蛋白的作用：决定反应专一性
辅助因子的作用：决定反应的种类与性质
4、辅助因子的分类及分类依据是什么?各自(辅酶、辅基)的作用分别由哪些? 辅助因子的分类：辅酶和辅基。
分类依据：按照其与酶蛋白结合的紧密程度及作用特点不同
辅酶的作用：与酶蛋白共价键结合紧密，不可用透析、超滤方法除去 辅基的作用：与酶蛋白非共价键结合不牢固，可用透析、超滤方法除去
5、什么是酶的活性中心?酶的活性中心包括哪些基团?这些基团的功能是什么? 酶的活性中心：酶分子中必需基团相对集中，形成一个与底物特异性结合并催化其反应生成产物的具有特定三维结构的区域。
活性中心的基团 (1)结合基团：可与底物结合
(2)催化基团：催化底物发生化学反应
6、什么是酶原?什么是酶原激活?酶原激活的机制是什么?简述酶原激活的生理意义?
酶原：是细胞内合成或初分泌时处于无活性状态的酶的前体 酶原激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。
酶原激活的生理意义：(1)酶原是酶的安全转运形式，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。
(2)酶原是酶的安全储存形式，在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。
7、什么是同工酶?乳酸脱氢酶同工酶有哪几种?血清中同工酶活性改变有何临床意义?
同工酶：催化同一化学反应，但酶蛋白分子结构、理化性质和免疫学性质不同的一组酶。
乳酸脱氢酶同工酶:1LDH 、2LDH 、3LDH 、4LDH 、5LDH 血清中同工酶活性改变的临床意义：疾病诊断
8、根据酶促反应的类型，酶可以分为哪几类?
氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类、合成酶类
9、酶不同于一般催化剂的显著特点有哪些?酶促反应的机制是什么? 高效性、高度专一性、高度不稳定性、酶活性的可调控性
酶促反应的机制：酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。
10、什么是酶促反应动力学?影响酶促反应速率的因素有哪些?
酶促反应动力学：研究酶促反应速度及各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。
影响酶促反应速率的因素：底物浓度、酶浓度、温度、PH 、激活剂、抑制剂
11、什么米氏方程?米氏方程中各字母代表什么? 米氏方程：]
[][max s K s v V m += [s]:底物浓度、V ：不同[s]时的反应速度、Vmax ：最大反应速度、Km ：米氏常数
12、什么是Km 值?Km 值的意义?
Km 值：酶的特征性常数
Km ：可表示酶对底物的亲和力，越大，亲和力越小
13、简述酶浓度如何影响酶促反应速度?
当[s]>>[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比
14、什么是酶的最适温度?温度如何影响酶促反应的速度?
最适温度：酶促反应速度最快时的反应体系温度。
双重影响：温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低
15、什么是酶的最适PH 值?PH 值如何影响酶促反应的速度?
最适PH 值：酶催化活性最大时的环境PH
如何影响：由于PH 的改变导致了酶的催化基团以及底物分子的解离状态改变或者导致了酶蛋白的变性。
16、什么是酶的激活剂?
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增高的物质。
17、什么是酶的抑制剂?抑制剂的分类及分类依据是什么?
酶的抑制剂：能使酶催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质
分类：不可逆抑制、可逆抑制：竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制 分类依据：根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆。
18、酶的抑制作用分为哪几类?什么是不可逆抑制?有机磷农药中毒机制和解毒方法是什么?重金属离子中毒机制和解毒方法是什么?
抑制作用：不可逆抑制、可逆抑制
不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，从而抑制酶的活性。
由于是共价结合，因此不能用透析、超滤等物理方法去除抑制剂
有机磷农药中毒机制：有磷杀虫剂能特异性作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基(-OH)，不可逆的抑制酶的活性，使乙酰胆碱不能及时分解，导致胆碱能神经过度兴奋，出现恶心、呕吐、多汗、惊厥、瞳孔缩小等症状。
解毒方法：解磷定等药物可与有机磷杀虫剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活
重金属离子中毒机制：重金属离子可以与巯基酶(E-SH)活性中心内的巯基结合而
使酶失活。
解毒方法：含有游离巯基的二巯基丁二酸钠、二巯基丙醇等可以置换出巯基酶上的金属离子，使酶恢复活性。
19、什么是可逆性抑制作用?可逆性抑制作用分为哪几类?
可逆性抑制作用：抑制剂与酶以非共价键形式结合使酶活性降低甚至消失，采用透析或超滤等方法可去除抑制剂，使酶恢复活性。
分类：竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制
20、什么是竞争性抑制?竞争性抑制的特点是什么?磺胺药物抑菌的机制是什么?丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用机制是什么?
竞争性抑制：抑制剂与底物的结构相似，与底物竞争结合酶的活性中心，造成酶活性下降
竞争性抑制特点：(1)I与S结构类似，相互竞争酶的活性中心。
(2)抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度
磺胺药物抑菌的机制：作为二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，影响二氢叶酸的合成，使细菌代谢紊乱，细菌繁殖受到抑制，达到抑菌的效果
丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用机制：琥珀酸脱氢酶是机体内参与三羧酸循环的一种重要的脱氢酶，其辅基为FAD，如心肌中的琥珀酸脱氢酶在缺氧的情况下，可使琥珀酸脱氢生成延胡索酸，脱下之氢可将蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白。
这样，便可以显示琥珀酸脱氢酶的作用。
丙二酸的化学结构与琥珀酸相似，它能与琥珀酸竞争而和琥珀酸脱氢酶结合。
若琥珀酸脱氢酶已与丙二酸结合，则不能再催化琥珀酸脱氢，
21、什么是非竞争性抑制?非竞争性抑制的特点是什么?
非竞争性抑制：抑制剂（I）与底物（S）的结构不相似，不与底物竞争酶（E）的活性中心，而是与活性中心以外的必需基团结合，使酶的构象改变而丧失活性非竞争性抑制的特点：（1）抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；（2）抑制程度取决于抑制剂的浓度；
22、酶活性的调节包括哪两类?什么是别构调节?别构酶?别构部位?
酶活性的调节分类：酶的共价修饰调节、别构调节
别构调节：特定小分子物质能与酶分子活性中心外的调节部位以非共价键结合，使酶构象改变，进而改变酶活性状态
23?
酶的化学修饰：酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性
常见的共价修饰形式：磷酸化和脱磷酸化、乙酰化和脱乙酰化、甲基化和脱甲基化、腺苷化和脱腺苷化、-SH与-S-S-互变
24、什么是酶含量的调节?
通过改变酶的合成或降解速度以调节酶的含量
25、酶的先天性异常可以导致哪些疾病的发生?
白化病（酪氨酸酶）、苯丙酮酸尿症（苯丙氨酸羟化酶）、蚕豆病（葡糖-6-磷酸酶）、范科尼综合征（细胞色素c氧化酶）。