第三章酶化学
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 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 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。
第三章酶的化学修饰
第三章酶的化学修饰第一节酶的分子修饰一、酶的化学修饰原因1、稳定性2、酶反应的最适条件3、酶的专一性4、米式常数过大5、临床应用的特殊要求6、酶种类的限制改变酶特性有两种主要的方法：1)通过分子修饰的方法来改变已分离出来的天然酶的活性。
2)通过基因工程方法改变编码酶分子的基因而达到改造酶的目的。
二、酶分子修饰通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
即在体外将酶分子通过人工的方法与一些化学基团（物质），特别是具有生物相容性的物质，进行共价连接，从而改变酶的结构和性质。
三、酶分子修饰的意义⏹提高酶的活力⏹增强酶的稳定性⏹降低或消除酶的抗原性⏹研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子和各种物理因素对酶分子空间构象的影响化学修饰效果举例用纤维蛋白的专一性单克隆抗体修饰尿激酶，使其溶血栓性提高了100倍。
用乙醛酸修饰胰凝乳蛋白酶的表面氨基，形成亲水性的α－NHCH2COOH后，该酶对60℃热处理的稳定性增高了1000倍。
超氧化物歧化酶(SOD)、L-谷氨酰胺酶、L-天门冬酰胺酶、尿酸酶等用PEG(聚乙二醇)修饰后，完全消除了酶的抗原性和免疫原性，减慢了它们在动物血液循环中被清除的速度，酶的活力可以保存15％-45％。
四、酶化学修饰的基本原理1、如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交联。
使酶的天然构象产生“刚性”结构。
2、如何保护酶活性部位与抗抑制剂大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
3、如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶酶化学修饰后通过两种途径抗蛋白水解酶：A 大分子修饰剂产生空间障碍阻挡蛋白水解酶接近酶分子。
“遮盖”酶分子上敏感键免遭破坏。
B 酶分子上许多敏感基团交联上修饰剂后，减少了受蛋白水解酶破坏的可能性。
4、如何消除酶的抗原性酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成了共价键。
第三章 酶化学
第三章酶化学1．试比较酶与非酶催化剂的异同点。
2．解释酶作用专一性的假说有哪些？各自的要点是什么？3．酶的习惯命名法的命名原则是什么？5．已知丙氨酸是某酶的底物结合部位上的一个氨基酸；一次突变丙氨酸转变为甘氨酸，但酶活性没有受到影响。
在另一次突变时，丙氨酸变成了谷氨酸，使该酶的活性明显丧失，请分析原因。
6．在一酶促反应中，若底物浓度为饱和，并有一种抑制剂存在，问：1）继续增加底物浓度，2）增加抑制剂浓度，反应速度将如何变化？为什么？8．何谓共价调节酶？举例说明其如何通过自身活性的变化实现对代谢的调节。
10．举例说明酶的专一性及其研究意义是什么？12．下表数据是在没有抑制剂存在或有不同浓度的抑制剂存在时测得的反应速度随底物浓度变化的情况：1）无抑制剂存在时，反应的最大速度和Km是多少？2）若有2mmol的抑制剂存在，反应的最大速度和Km又是多少？该抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？3）若有100mmol的抑制剂存在，最大反应速度和Km又是多少？该种抑制剂属于何种类型的抑制作用？EI复合物的解离常数是多少？13．举例说明酶的竞争性抑制作用及其研究意义。
16．酶原及酶原激活的生物学意义是什么？17．为什么吸烟者患肺气肿的可能性较大？18．从一级结构看，胰蛋白酶含有13个赖氨酸和2个精氨酸，为什么胰蛋白酶不能水解自身？20．以E．coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）为例说明变构酶的结构特征及其在代谢调节中的作用？21．虽然凝血酶和胰蛋白酶的性质有许多相似之处，但胰蛋白酶原经自身催化可转变为胰蛋白酶，而凝血酶原不能，为什么？22．何谓同工酶？举例说明其分子结构的特征及研究意义？23．胰蛋白酶原的第2，3，4，5位氨基酸都是天门冬氨酸，这一结构特征的意义是什么？24．为什么胰脏酶原激活过程中产生的肽链的C一末端氨基酸一般是精或赖氨酸？27．为什么说N一磷乙酰基L一天门冬氨酸（PALA）是研究天门冬氨酸转氨甲酸酶（AT －Case）性质的特异性试剂？28．碱性磷酸酶水解1一磷酸葡萄糖产生葡萄糖和磷酸。
《生物化学》第三章 酶化学与辅酶及答案
D．缺乏辅酶或辅基
E．是已经变性的蛋白质
3．磺胺类药物的类似物是：
A．四氢叶酸B．二氢叶酸C．对氨基苯甲酸D．叶酸E．嘧啶
4．关于酶活性中心的叙述，哪项不正确？
A．酶与底物接触只限于酶分子上与酶活性密切有关的较小区域
B．必需基团可位于活性中心之内，也可位于活性中心之外
C．一般来说，总是多肽链的一级结构上相邻的几个氨基酸的残基相对集中，形成酶的活性中心
（6）合成酶类：催化两分子底物合成为一分子化合物，同时偶联有ATP的磷酸键断裂释能的酶类。
3．金属辅助因子的作用是多方面的，主要是以下几方面：
（1）作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子。
（2）作为连接酶与底物的桥梁，便于酶与底物起作用
（3）稳定酶的构象
（4）中和阴离子，降低反应中的静电斥力。
7．L-精氨酸只能催化L-精氨酸的水解反应，对D-精氨酸则无作用，这是因为该酶具有_________专一性。
8．酶所催化的反应称________，酶所具有的催化能力称_________。
9．参与琥珀酸脱氢生成延胡索酸反应的辅酶是。
10．生物素是的辅酶，其作用是。
三、判断题
1. 按照国际系统分类法，柠檬酸合酶应属裂解酶类。
C．一种辅助因子只能与一种酶蛋白结合成一种全酶
D．酶蛋白决定结合酶蛋白反应的专一性
E．辅助因子直接参加反应
7．如果有一酶促反应其〔8〕=1/2Km，则v值应等于多少Vmax？
A．0.25 B．0.33 C．0.50 D．0.67 E．0.75
8．有机磷杀虫剂对胆碱酯酶的抑制作用属于：
A．可逆性抑制作用
2．4倍9倍
3．不同也不同酶的最适底物
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）
生物化学：第三章 酶学
为Tyr 248 为Arg 145
Zn
为Glu 270 为底物
R
R R
A.非差 示标记
差 示 标 记 法 图 解
B. 差示 标记
(底物)
R
R
R
Hale Waihona Puke R*RR*
亲和标记法
根据酶与底物特异结合的性质，设计或合成一种含有反应基团的底物类似
物作为活性部位基团的标记试剂。这种试剂象底物一样进入活性部位，接
近结合位点，并以其活泼的化学基团与活性部位的某一基团共价结合，而 指示出酶活性部位的特征。
“锁钥学说”
(lock and key thoery)：
Fischer， (1890）：酶 的活性中心 结构与底物 的结构互相 吻合，紧密 结合成中间 络合物。
诱导嵌合学说 (induced-fit hypothesis)： Koshland，(1958）： 酶活性中心的结构有 一定的柔性，当底物 （激活剂或抑制剂） 与酶分子结合时，酶 蛋白的构象发生了有 利于与底物结合的变 化，使反应所需的催 化基团和结合基团正 确地排列和定向，转 入有效的作用位置， 这样才能使酶与底物 完全吻合，结合成中 间产物。
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。
化学反应要能够 发生，关键的是反应 体系中的分子必须分 子处于活化状态，活 化分子比一般分子多 含的能量就称为活化 能。反应体系中活化 分子越多，反应就越 快。增加反应体系的 活化分子数有两条途 径:一是向反应体系 中加入能量 ，另一 途径是降低反应活化 能。酶的作用就在于 降低化学反应活化能。
活酶的专一性研究 酶分子的化学修饰：差示标记法，亲和标记法 X-射线衍射法
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３. X-射线晶体衍射法 ４. 定点诱变法
定点突变的方法改变编码蛋白质的DNA的顺序， 通过判断突变前后酶活性的变化来研究酶的活性中心。
第三章酶化学
酶催化作用的机理：
第三章酶化学
影响酶催化效率的因素： 1. 酶和底物的邻近和定向效应 邻近效应是指通过底物在酶分子表面的定位从而大大
提高底物的局部浓度，使反应速度加快的效应。 定向效应是指底物在酶的作用下，采取有利于反应进
行的取向。
第三章酶化学
2. 酶和底物的诱导契合
底物在酶的作用下，某些基团的电子云密度发生改 变，产生电子张力，底物分子形变，导致反应易于进行 的效应。
第三章酶化学
3. 酸碱催化效应
酶通过向底物分子提供瞬时的质子或接受瞬时的 质子而稳定酶-底物复合物，加快反应进行的效应。
第三章酶化学
4. 共价催化效应
第三章 酶化学
第三章酶化学
酶是由活细胞产生的，能在体内和体外其催化作 用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包 括蛋白质和核酸。
酶的酶的作用特点：化特点
⑴ 催化效率高； ⑵ 酶的作用具有高度的专一性； ⑶ 酶的作用条件温和，受环境的影响，易失活； ⑷ 酶的活力是受到调控的； ⑸ 酶的催化活力与辅酶、辅基及辅助因子有关。
第三章酶化学
② 几何异构专一性（顺反异构专一性）
HC-COOH
COOH
HOOC-CH
+ H2O
延胡索酸酶HO-C-H
CH2 COOH
延胡索酸（反丁烯二酸）
苹果酸
HC-COOH 延胡索酸酶不能催化顺丁烯二酸 HC-COOH
与水的加成反应。
第三章酶化学
对酶作用专一性的几个假说: （1） 锁和钥匙学说 （2）三点附着学说
第三章酶化学
2H2O2
过氧化氢酶(机体内) 或Fe2+(化学催化)
2H2O+O2
1个Fe2+ 1个酶分子
1min 5分子 1min 500万分子
第三章酶化学
酶作用的专一性(specificity) ： 指酶对它所催化的反应物有严格的选择性，
只能作用于一种或一类底物（substrate） 。
绝对专一性
溶菌酶、 胰蛋白酶
寡聚酶 几个至几十 35KD-几百万 3-磷酸甘油醛脱氢酶、
个亚基
道尔顿 磷酸化酶A
多酶体系 几种酶彼此 几百万道尔 脂肪酸合成酶体系
嵌合
顿以上
第三章酶化学
单体酶 结合酶= 酶蛋白+辅因子
辅酶 金属离子
辅基
辅助因子本身无催化作用，参与转移电子、原子或 运载酰基作用。
辅基(prosthetic group) ：与酶蛋白紧密结合，不能 通过透析的方法除去的辅因子。
2 HCO3- + 2 H+
除碳酸酐外，碳酸酐酶不能催化任何物质起反应。
第三章酶化学
相对专一性 ： 催化某一类底物反应。又分为基团专一性和键专一性。
a. 键专一性
酯酶
脂肪（甘油三酯）＋3 H2O
甘油＋ 3 脂肪酸
酯酶
R1-COO-R2+H2O
R1-COOH + R2OH
蔗糖酶
蔗糖＋H2O
葡萄糖 + 果糖
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的活性中心构象及 与底物的结合
第三章酶化学
研究酶活性部位的方法： 1. 侧链基团的化学修饰法
２. 亲和标记法：
利用与底物结构相似的共价修饰剂。它们能够象
底物一样进入酶的活性部位。如 TPCK（N-对甲基苯磺
酰苯丙酰氨氯甲基酮）就是胰凝乳蛋白酶最适底物的
结构类似物。
第三章酶化学
蔗糖酶
棉子糖＋H2O
果糖 ＋ 蜜二糖
第三章酶化学
b. 基团专一性（族专一性）
第三章酶化学
（2）立体异构专一性 旋光异构专一性 L－氨基酸氧化酶只对L－氨基酸起作用，对D－
氨基酸无作用。 D－氨基酸氧化酶只对D－氨基酸起 作用，对L－氨基酸无作用。
精氨酸酶催化L-精氨酸；乳酸脱氢酶催化L-乳酸； 苦杏仁酶只催化β-甲基葡萄糖苷水解，对α－甲基葡 萄糖苷无水解活性。
上述两个学说属于“刚性模板”学说，可以解释底物的 立体专一性问题，但无法解释酶可同时催化正反应和逆反应 的原因。
第三章酶化学
（3）诱导契合假说 (induced fit theory): 1958年， 由D.Koshland提出。
第三章酶化学
名称 单体酶
组成
一条多肽 链
分子量
13KD35KD
举例
酶和底物生成不稳定的共价中间物，该中间物容易转 变成过渡态，从而大大降低反应活化能。共价催化的一般 形式是酶的亲核基团对底物中亲电的碳原子进行亲核进攻。
第三章酶化学
5. 金属离子的催化效应
金属离子与底物形成络合物，稳定中间过渡态； 金属离子通过屏蔽底物的负电荷，使亲核反应更容易 进行。
6. 活性部位的疏水效应 活性部位通常位于疏水环境的裂缝中，使得酶和底物 的弱相互作用力变强，有利于反应的进行。
第三章酶化学
胰凝乳蛋白酶的催化机理（了解）
胰凝乳蛋白酶的一级-His57-Asp102 电荷接力系统
第三章酶化学
底物进入结合部第位三章，酶化S学er-:OH 作亲核试剂
第三章酶化学
NH2.
His H
谷丙转氨酶
系统命名
丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶
编号
EC2.6.1.2
第三章酶化学
酶催化作用的结构基础：酶的活性中心
酶的活性中心是指酶分子中能同底物结合并起催化反 应的空间部位，包括结合位点和催化位点。
酶的活性中心的特点： （1）活性中心只占整个酶体积的很小的一部分； （2）活性中心是一个具有三维空间构型的实体； （3）活性中心通常是一个裂缝，适合于底物的进入。 （4）底物和酶在活性中心的结合力属于弱相互作用； （5）活性中心的结构具有柔性，是可变的。
辅酶(coenzyme) ：与酶蛋白结合松弛，可用透析的 方法除去的辅因子。
酶蛋白决定反应的专一性 辅酶和辅基决定了化学反应的种类和性质
第三章酶化学
酶的命名： ⑴ 习惯命名法 ⑵ 国际系统命名法：
明确地标明了酶的底物(底物之间用“：”隔开)和 催
化反应的性质，每一种酶都有唯一确定的一个编号。
如： 习惯名称
结构专一性
键专一性
相对专一性
酶的专一性
族专一性
旋光异构专一性
立体异构专一性
几何异构专一性
第三章酶化学
（1）结构专一性 绝对专一性 ： 催化某一特定底物反应
脲酶
CO(NH2)2+ H2O
2NH3 + CO2
脲酶对O=C
NHCl NH2
或
O=C
NHCH3 不起作用。 NH2
碳酸酐酶
（HCO2)2O + H2O