生物化学生物化学生物化学第三章酶
第三章 生物化学课件 酶与辅酶
发展史
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立 酶是蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化 活性的天然RNA—Ribozyme。
酶催化进行的反应——酶促反应 底物、产物(P50)
能 量 水 平
E1
ES
E2
E+S
G
途径进行，降低反应所
需活化能，所以能加快 反应速度。
P+ E
反应过程
中间产（络合）物学说
• 第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合 物。当底物分子在酶作用下发生化学变化 后，中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S P + E • 许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E －S复合物形成的速率与酶和底物的性质有 关。 • （中间产物很不稳定，存在时间非常短暂）
酶专一性的“诱导契合学说”
三、 酶高效催化的因素
(1)临近效应、定向效应： 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底 物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速 度； 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和 定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被 严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。 (2)“张力”和“形变” ： 底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使 底物分子的敏感键产生“张力”甚至“形变” ，从而促 使酶－底物中间产物进入过渡态。
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
胰凝乳 蛋白酶
胃蛋白酶
弹性蛋白酶 胰蛋白酶
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
生物化学I 第三章 酶学
根据国际生化协会酶命名委员会的规定，每一个酶都用 四个打点隔开的数字编号，编号前冠以EC（酶学委员会缩 写），四个数字依次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类 及酶的顺序号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。
例如：EC1.1.1.27（乳酸脱氢酶） 酶
乳酸：NAD＋氧化还原
u u u u
第一大类 氧化还原酶 第一亚类 —CHOH被氧化 第一亚亚类 氢受体为NAD+ 排序 顺序号为27
4. 1878年， Kü hne赋予酶统一的名称 “Enzyme”， 其意思为“在酵母中”。
Enzyme 酶
德国生物化学家
5. 1930~1936年，Northrop和Kunitz先后得到了胃蛋 白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶结晶，并用相应方法 证ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酶是蛋白质。
为此， Northrop和Kunitz于1949年共同 获得诺贝尔奖。
（1）旋光异构专一性：
（2）顺反异构专一性：
例如：不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。例如乳 酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸 的可逆反应：
A、B、C分别为LDH活性中心的三个功能基团
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（芳香） （硷性）
羧肽酶 羧肽酶
（丙）
Ser
His 活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
Asp
（4）酶的活性中心与底物形状不是正好互补的。
（5）酶的活性中心是位于酶分子表面的一个裂 缝（Crevice)内。
（6）底物通过次级键较弱的作用力与酶分子结 合，这些次级键为：氢键、离子键（盐键）、 范德华力和疏水相互作用。 （7）酶的活性中心具有柔性或可运动性。
生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
生物化学03 酶
1、酶的别构（变构）效应 •概念：有些酶分子表面除了具有活性中心外，还存在被称为调节位
点（或变构位点）的调节物特异结合位点，调节物结合到调 节位点上引起酶的构象发生变化，导致酶的活性提高或下降， 这种现象称为别构效应，具有上述特点的酶称别构酶。
效应剂
别
构 中
活性 中心
心
2、酶的多种分子形式——同工酶
最适 温度
温度
4、pH对酶促反应速度的影响
v
•过酸过碱导致酶蛋白变性
•酶的最适pH不是一个固定 不变的常数
最
pH
适
pH
5、激活剂对酶作用的影响
凡是能提高酶活力的物质，称为酶的激活剂。
类别
金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+ 、 Co2+、Fe2+ 阴离子： Cl-、Br有机分子 抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽
v
Vm axS K m S
PE
（2）米氏常数Km的意义
① 当v=Vmax/2时，Km=[S]（ Km的单位为浓度单位） ②是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的数值，可
鉴别酶。 ③可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，
Km愈大，E对S的亲合力愈小。 ④在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的v，或
相对专一性：要求底物具有一定的化学键，且对键的某 一端所连的基团也有一定的要求，如胰蛋白酶。
键专一性：只作用于一定的键，而对键两端的基团并无 严格要求，如二肽酶。
2、 立体异构专一性 只能催化一种立体异构体，对另一种立体异构体无
作用，如乳酸脱氢酶能催化L-乳酸，而不能催化D-乳酸。
生物化学 第3章 酶
第三章酶一、填空题：1、组成酶的蛋白质叫，其酶蛋白与辅助因子结合后所形成的复合物称为。
2、酶的活性中心有两个功能部位，即___部位和_ __部位。
3、酶分子中具有催化功能的亲核基团主要有：组氨酸的基，丝氨酸的基及半胱氨酸的。
4、丙二酸是酶的性抑制剂。
5、米氏常数的求法有和方法，其中最常用的方法是。
6、1／km可近似地表示酶与底物的大小，Km越大，表明。
7、酶活性中心的特点：、、。
8、酶的结合部位决定，而催化部位决定。
9、酶活性中心往往处于酶分子表面的中，形成区，从而使酶与底物之间的作用加强。
10、同一种酶有几种底物，就有个Km值，其中Km值最的底物，便为该酶的底物。
11、加入竞争性抑制剂，酶的最大反应速度将，Km值将。
12、表示酶量的多少常用表示。
13、酶原激活的本质是的形成和暴露的过程。
14、酶催化的反应具有两个明显的特征：即和。
15、全酶包括和。
16、在某一酶溶液中加入GSH能提高此酶活力，那么可以推测基团可能是酶活性中心的必需基团。
17、酶是由产生的，具有催化能力的。
18、L-精氨酸酶只作用于L-精氨酸，而对D-精氨酸无作用，因此此酶具有专一性。
19、抑制剂不改变酶促反应的Vmax，而抑制剂不改变酶促反应Km。
20、同工酶是一类相同、不同的一类酶。
21、维生素B2又叫，做为某些酶的辅基形式为、两种。
22、泛酸在生物体内主要作为、的组成成分存在，其组成物的功能基因是，可传递。
23、NAD、FAD、COA的相同之处在于三者均有作为其成分。
24、BCCP的中文名称为。
25、人类若缺乏维生素，即产生脚气病。
26、生物素是由噻吩环与尿素结合成的一个化合物，它是辅酶，它的生化作用是。
27、维生素B6在生物体内的功能形式是_ 和_，它可做为酶的辅酶。
28、叶酸以作辅酶，有和两种形式，生化功能是。
29、硫辛酸的6—8位上有键，它的生化功能是。
二、选择题(只有一个最佳答案)：1、关于米氏常数(Km)下列说法哪一项是正确的( )A、酶促反应达到最大反应速度时的底物浓度B、Km随底物浓度的增大而增大C、它是酶促反应的特征性常数D、随酶浓度的增大而减少2、当反应速度是最大反应速度的90％时，其Km值等于( )A、1／9[S]B、1／6[S]C、1／3[S]D、1／2[S]3、一个酶的竞争性抑制剂产生下列哪种动力学效应( )A、Km增大，Vmax不变B、Km不变，Vmax减小C、Km减小，Vmax不变D、Km不变，Vmax增大4、变构酶是一种( )A、诱导酶B、单体酶C、寡聚酶D、多酶体系5、有机磷杀虫剂其杀虫机制是有机磷化合物与乙酰胆碱酯酶活性中心的哪一个基团发生反应( )A、巯基B、羧基C、羟基D、咪唑基6、酶保持催化活性必须( )A、酶分子的完整无缺B、有金属离子参加C、有辅酶参加D、有特定构象的活性中心及必需基团7、当酶与底物结合形成ES复合物时( )A、酶和底物的构象都发生改变B、主要是酶构象发生改变C、主要是底物构象发生改变D、主要是辅酶构象发生改变8、关于竞争性抑制剂作用，哪项是错误的( )A、抑制剂与底物结构类似B、抑制剂与底物一样，与酶活性中心进行可逆结合C、抑制剂与酶结合，但不被酶催化形成产物D、抑制作用不能用提高底物浓度解除9、关于酶催化反应机制的叙述哪项是错误的( )A、ES复合物形成是催化反应的先决条件。
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）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
教学ppt
J.B.Sumner
J.H.Northrop
证明了酶是蛋白质
6
*某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
教学ppt
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
模拟生物催化剂：
8
教学ppt
二、酶的催化作用特点
(一)、酶与一般催化剂的共性
1、只能催化热力学上允许的反应，降低反应的活化能 2、不改变化学反应平衡常数 3、反应前后酶没有质和量的改变
9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
教学ppt
（二）、酶作为生物催化剂的特点
1、高效性
*酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一 般催化剂高107～1013倍。 *酶加速反应的机理是降低反应的活化能。
12
绝对专一性
酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反 应，生成一种特定结构的产物 。
如：
N 2H 脲 酶
O C + H 2 O
2 N H 3 + C O 2
N 2H 尿 素
N C H 3H 脲 酶
O C
+ H 2 O
N 2H 甲 基 尿 素
教学ppt
13
立体异构专一性
乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase）
对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含 杂质越少）。
比活力是评价酶纯度高低的一个指标。
22
教学ppt
问题？
现有1g淀粉酶制剂，用水稀释1000mL,从中吸取0.5mL 测定该酶的活力，得知5分钟分解0.25g淀粉。计算每 克酶制剂所含的淀粉酶活力单位数。 （淀粉酶活力单位规定为：在最适条件下，每小时分 解1g淀粉的酶量为1个火力单位。）
19
教学ppt
五、酶的活性和活性单位
1、酶活力:又称为酶活性，指酶催化一定化学 反应的能力。 2、酶活力单位U （Unit）：又称酶单位，在规 定条件（最适条件）下，一定时间内催化完成一 定化学反应量所需的酶量。
20
教学ppt
3、酶活力的表示方法
（1）国际单位IU：1961年，在最适条件下每分钟转化1μmol 底物所需要的酶量为一个酶活力单位。
即 1IU= 1μmol/min
（2）国际单位Kat：1972年，指在最适条件下1秒钟内转化 1mol底物所需的酶量。
即 1 Kat=1mol/s
Kat和IU的换算关系：1 Kat=6×107 IU，
1 IU =16.67n Kat
21
教学ppt
(3)比活力（specific activity） 酶的比活力（比活性）：每单位（一般是mg）蛋白质中的酶 活力单位数（酶单位/mg蛋白）。
Sidney Altman Yale University New
Haven, CT, USA
2人共同获1989年诺贝尔化学奖。
7
教学ppt
酶及生物催化剂概念的发展
蛋白质类： Enzyme
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme （Biocatalyst） 抗体酶：（abzyme）
3
教学ppt
第一节、酶通论
General Disscusion of Enzyme
4
教学ppt
一、酶的研究历史
*公元前两千多年，我国已有酿酒记载。
*1857年 Pasteur提出酒精发酵是酵母细胞活动的 结果。 *1897年 Buchner兄弟证明不含细胞的酵母汁也能 进行乙醇发酵。
5
*1926年 Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶。
10
活化能(activation energy) ： 底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
教学ppt
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
酶促反应 活化能
反应总能量改变
产物
反应过程
酶促反应活化能的改变
11
教学ppt
2、专一性(specificity)
绝对专一性(absolute specificity) ： 相对专一性(relative specificity) ： 立体异构专一性(stereo specificity)：
教学ppt
第三章 酶 Enzyme
1
教学ppt
酶的概念
目前将生物催化剂（biocatalyst）分为两类： * 酶（ Enzyme）： * 核酶（ Ribozyme ）：RNA或DNA
2
教学ppt
本章主要内容：
第一节、酶通论 第二节、酶促反应动力学 第三节、酶促反应的机理 第四节、酶的调节 第五节、维生素与辅酶
CH3CHCOOH NAD+ OH
CH3CCOOH NADH H+ O
教学ppt
14
教学ppt
3、反应条件温和
*酶促反应一般在常温、常压、中性pH 条件下进行。 *强酸、强碱、高温条件下条件，将引起酶的失活。
4、酶的催化活性可调节控制
*对酶生成与降解量的调节 *对酶活性的调节
15
教学ppt
三、 酶的分子组成
23
教学ppt
第二节、酶促反应动力学
The Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
24
教学ppt
*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。
*影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、 抑制剂、激活剂等。
*单纯酶 (simple enzyme) *结合酶 (conjugated enzyme)
全酶 (holoenzyme)
酶蛋白 (apoenzyme) 决定反应的特异性
辅助因子(cofactor) 决定反应的种类与性质
16
辅助因子(cofactor)
金属离子 小分子有机化合物
教学ppt
17
教学ppt
辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度分为
辅酶 (coenzyme): 结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。
辅基 (prosthetic group): 与酶蛋结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。
酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有结合 为全酶才有催化活性。
18
教学ppt
四、酶的分类
1、氧化还原酶类(oxidoreductases) 2、转移酶类 (transferases ) 3、水解酶类 (hydrolases) 4、裂解酶类 (lyases) 5、异构酶类( isomerases) 6、合成酶类 (ligases,synthetases)