酶学原理笔记

第一章绪论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。

酶的重要两大类：主要由蛋白质组成——蛋白类酶（P酶）主要由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶）酶与其他化学催化剂的区别、特点：（1）酶的催化高效性通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍（2）高度专一性（3）温和的作用条件常温常压和温和的酸碱度条件（4）容易控制酶的反应（5）酶的来源广泛第二章酶学基础酶的活性中心：是它结合底物和将底物转化为产物的区域，通常是整个酶分子相当小的部分，它是由在线性多肽中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。

必需基团：活性中心的一些化学基团为酶发挥作用所必需活性中心外的必需基团－－结构残基；非贡献残基（非必需残基）：是除了酶的必须基团之外，酶蛋白的其余部分中的氨基酸残基。

8种频率最高的氨基酸残基：丝氨酸、组氨酸、胱氨酸、酪氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸。

酶的结构;1、酶的一级结构：是催化基础，是把蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序。

二硫键的断裂将使酶变性而丧失其催化能力。

2、酶的二级结构：是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用，形成氢键，延一条主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构。

3、酶的三级结构：是多肽在二级结构基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，形成的特定构象。

4、酶的四级结构：是指由不同或相同的亚基按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构。

具有四级结构的酶按其功能分，一类与催化作用有关，另一类与代谢调节关系密切。

（亚基虽然具有三级结构，但单独存在时通常没有生物学活性或活性低，只有缔合形成特定的四级结构时才具有生理功能。

）活性中心空间构象的维持则依赖于酶蛋白的二、三级结构的完整性。

酶分子的结构域：是指蛋白质肽链中一段独立的具有完整、致密的立体结构区域，一般由40—400个氨基酸残基组成。

酶的催化原理：（中间产物理论）在酶浓度固定的条件下，要达到最大初速率必须增加底物浓度，这是大多数酶的特征。

酶先与底物结合，形成酶—底物络合物，进一步发生分解，形成酶和底物.。

酶（E）与底物（S）结合生成不稳定的中间物（ES），再分解成产物（P）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。

形成复合物的作用力：离子键、氢键、范德华力酶与底物的结合模型a．锁和钥匙模型课用于解释酶的专一性。

b ．诱导锲合模型：酶分子（包括辅酶）的构象与底物原来并非恰当吻合，只有底物分子与酶分子相碰时，才可诱导后者的构象变得能与底物配合，然后才结合成中间络合物，进而引起底物分子发生相应的化学变化。

也存在局限性C. 过渡态学说（Linus-Pauling）内容：酶的作用专一性既寓于酶与底物的结合，也是酶对底物的催化，酶与底物的结合不仅仅促成了结合基因和催化基团的正确取位，同时，也为下一步酶对底物的催化做好了准备。

酶作用的高效机制1、邻近效应和定向效应所谓邻近效应就是底物的反应基团与酶的催化基团越靠近，其反应速度越快。

2酸碱催化；3共价催化；底物与酶以共价方式形成中间物。

这种中间物可以很快转变为活化能大为降低的转变态，从而提高催化反应速度4金属离子催化；5多元催化；6微环境的影响；7张力效应与底物形变。

酶的分类1．氧化还原酶包括脱氢酶(Dehydrogenase) 、氧化酶(Oxidase) 、过氧化物酶、氧合酶、细胞色素氧化酶等2．转移酶包括酮醛基转移酶、酰基转移酶、糖苷基转移酶、含氮基转移酶等3．水解酶脂肪酶、糖苷酶、肽酶等，水解酶一般不需辅酶4．裂合酶这类酶可脱去底物上某一基团留下双键，或可相反地在双键处加入某一基团。

5．异构酶此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等6．连接酶（合成酶）这类酶关系很多生命物质的合成，其特点是需要三磷酸腺苷等高能磷酸酯作为结合能源，有的还需金属离子辅助因子。

分别形成C-O键（与蛋白质合成有关）、C-S键（与脂肪酸合成有关）、C-C键和磷酸酯键。

7．核酸酶（催化核酸核酸酶是唯一的非蛋白酶。

它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。

酶的活力单位一个酶活力单位(unit,u) 是指在25℃下, 其它条件如pH及底物浓度均采用最适条件, 在1分钟内转化1μmol底物的酶量(或转化1μmol底物的有关基团的酶量).但是，酶的活力单位常根据实际需要来规定。

酶的比活力(specific activity)比活力是指每mg蛋白质所具有的活力单位数, 即活力单位数/mg蛋白质. 在酶的纯化过程中, 每步纯化后都要测定酶的比活力, 比活力高, 表明酶的纯度高。

酶的纯度是用比活力表示的：比活力 = 活力单位数/mg蛋白 = 总活力单位数/总mg蛋白.。

第三章酶催化反应动力学单底物酶催化反应动力学特点1 底物浓度很低的时候，符合一级反应动力学；2底物浓度很高的时候，符合零级反应动力学；B“快速平衡”假设的Michaelis-Menten 方程；Michaelis和Menten认为酶催化反应机理中，酶和底物生成的络合物ES分解生成产物一步的速率要慢于底物与酶生成络合物的可逆反应速率；即k2<<k-1。

因此，生成产物一步的速率决定整个酶催化反应的速率，而生成络合物的可逆反应很快达到平衡状态。

C “拟稳态”假设的Briggs-Haldane 方程。

为什么会引入“拟稳态”假设？当中间络合物生成中间产物的速率与其分解成酶和底物的速率相差不大的时候，快速平衡假设不适用。

针对米氏方程引入了更为普遍的假设：由于反应体系中底物浓度要比酶的浓度高得多，中间络合物浓度很低，除了反应的最初期，其浓度维持不变，即中间络合物生成速率与解离速率相同，[ES]不随时间而变化。

P60米氏常数：是反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。

k m米氏常数的意义① Km是酶的一个特征性常数，只与酶的性质有关，与酶的浓度无关。

②如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都有一个特定的Km值，其中Km值最小的称该酶的最适底物。

③ Km除了与底物类别有关，还与pH、温度有关，所以Km是一个物理常数，是对一定的底物、一定的pH、一定的温度而言的。

④Km与Ks：Km不等于Ks，只有在特殊情况下即k2>>k3，Km=Ks。

在Km=Ks 时，Km可表示酶和底物的亲和力。

⑤催化可逆反应的酶正逆方向反应的K m是不相同的，测定细胞内K m和正逆方向反应的底物浓度，可大致推测正逆反应的效率，判断酶在细胞内的催化的主要方向。

Vmax;最大反应速率：当底物处于饱和状态时的酶的最大反应速率；Kcat;催化常数（catalytic number）(Kcat):也称为转换数。

是一个动力学常数，是在底物处于饱和状态下一个酶（或一个酶活性部位）催化一个反应有多快的测量。

催化常数等于最大反应速度除以总的酶浓度（Vmax/[E]total）。

或是每摩酶活性部位每秒钟转化为产物的底物的量（摩尔）Kcat/Km称为酶的专一性常数，它不受非生产性结合与中间产物积累的影响，可以表示酶对相互竞争的几种底物的专一性。

米氏方程双倒数图解法：1 K m 1 1−−− = −−⨯−−− + −−V V max [S] V max 以1/v对1/[S]作图得一条直线，该直线斜率为K m/V max,直线与纵坐标交于1/v max,与横坐标交于-1/k m。

抑制作用的分类不可逆抑制作用（非专一性不可逆抑制作用；专一性不可逆抑制作用）可逆抑制作用（竞争性抑制作用，非竞争性抑制作用，反竞争性抑制作用，混合型抑制酶催化反应的抑制作用能降低酶催化反应速度的因素1. 失活作用是指由于一些物理因素和化学试剂部分或全部破坏了酶的三维结构，即引起酶蛋白变性，导致部分或全部丧失活性2. 抑制作用是指在酶不变性的情况下，由于必需基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活性的降低或丧失。

3. 去激活作用某些酶只有在金属离子存在下才有活性，去除金属离子也会引起这些酶活性的降低或丧失。

4. 阻遏作用指某些因素（如激素或药物等）使细胞内酶蛋白的合成减少，反应速度的降低是由于酶分子数量的减少，每分子酶的催化效力并无变化. 第四章固定化酶反应动力学固定化酶定义：酶被结合到载体上，或被限制在有限空间内，能与反应溶液分离，保留在反应器内或能被回收并反复利用的酶。

与游离酶相比，其优点为1、极易将固定化酶与底物、产物分开；2、可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；3、在大多情况下，能够提高酶的稳定性；4、酶反应过程能够加以严格控制；5、产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺；6、较游离酶更合适于多酶反应；7、可以增加产物回收率，提高产物质量。

缺点：1、由于多一步固定化操作，存在酶固定化过程的活性回收率损失；2、多了载体和固定化过程，成本增加；3、固定化酶颗粒的扩散阻力会使反应速率下降4、只用于可溶性底物和小分子底物，对大分子底物不适宜。

固定化酶的优缺点优点：多次使用，可以装塔连续反应，纯化简单，提高产物质量，应用范围广。

缺点：首次投入成本高，大分子底物较困难。

一、影响固定化酶性质的因素1．酶本身的变化，主要是由于活性中心的氨基酸残基、高级结构和电荷状态等发生了变化2．载体的影响（1）分配效应（2）空间障碍效应（3）扩散限制效应3. 固定化方法的影响二、固定化后酶性质的变化1．固定化对酶活性的影响：酶活性下降，反应速度下降原因：酶结构的变化空间位阻2．固定化对酶稳定性的影响（1）操作稳定性提高（2）贮存稳定性比游离酶大多数提高。

(3 ) 对热稳定性，大多数升高，有些反而降低。

(4 ) 对分解酶的稳定性提高。

（5）对变性剂的耐受力升高固定化后酶稳定性提高的原因：a. 固定化后酶分子与载体多点连接。

b. 酶活力的释放是缓慢的。

c. 抑制自降解，提高了酶稳定性。

3． pH的变化PH对酶活性的影响：（1）改变酶的空间构象（2）影响酶的催化基团的解离（3）影响酶的结合基团的解离（4）改变底物的解离状态，酶与底物不能结合或结合后不能生成产物。

pH对固定化酶的影响（1）载体带负电荷，pH向碱性方向移动。

载体带正电荷，pH向酸性方向移动。

微环境是指在固定化酶附近的局部环境，而把主体溶液称为宏观环境。

（2）产物性质对体系pH的影响催化反应的产物为酸性时固定化酶的pH值比游离酶的pH值高；反之则低4．最适温度变化一般与游离酶差不多，但有些会有较明显的变化。

5．底物特异性变化作用于低分子底物的酶特异性没有明显变化既可作用于低分子底物又可作用于大分子低物的酶特异性往往会变化。

6．米氏常数Km的变化，Km值随载体性质变化（1）载体与底物带相同电荷，Km’>Km固定化酶降低了酶的亲和力。