05-8-第四章 酶

[S]＝Km, V=Vmax/2
Km（米氏常数）定义：酶促反应速度达
到最大反应速度一半时的底物浓度。 米氏常数的单位:mol/L或mmol/L 。
米氏常数的意义
不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的 特征物理常数。 一个酶对不同的底物有不同的Km值。Km值最小的 为最适底物。 与酶的浓度无关。 Km值表示酶与底物之间的亲和程度： Km值大 表示亲和程度小,酶的催化活性低; Km值小表示 亲和程度大,酶的催化活性高。
三、酶的化学本质
绝大多数酶是蛋白质
证据：1. 酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白 酶水解失活；2. 具有蛋白质的一切共性，凡 是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性；3. 1969年，人工合成牛胰核糖核酸酶。
少数酶是RNA（核酶，ribozyme）
第二节 酶的组成和结构特点
酶的组成 单纯酶类：仅由蛋白质组成 结合酶类：包括酶蛋白（apoenzyme）和辅
因此：酶促反应的最初速度， 能反映酶促反应的情况。
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二、底物浓度对酶促反应速度的影响
V与[S]呈双曲线关系
[S]很低时， V与[S]成正比关系，为一级 反应。 随着[S]增大， V与[S]不成正比关系，V增 加变慢，为混级反应。 [S]足够大时，V到达最大值Vmax，不再 增加。有饱和现象，为零级反应。
多酶复合体：多种酶靠非共价键相互嵌合催
化连续反应的体系。
大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成：
①丙酮酸脱氢酶（E1） 以二聚体存在 2×9600 ②二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2） 70000 ③二氢硫辛酸脱氢酶（E3）以二聚体存在 2×56000 12个E1 二聚体 24×96000 24个E2 单体 24×70000 6个E3 二聚体 12×56000 总分子量：560万
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH NH2 CH3CCOOH O O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2
3. 水解酶类 Hydrolase
水解酶催化底物的加水分解反应。
AB＋H2O
A-H＋B-OH
如：脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：
R COOCH2CH3 H2O RCOOH CH3CH2OH
如:丙酮酸羧化酶催化的反应。 丙酮酸 + CO2 草酰乙酸
每一大类酶又分为若干亚类
乳酸脱氢酶 EC1.1.1.27
EC：国际酶学委员会 第一个数字表示大类：氧化还原 第二个数字表示反应基团：醇基 第三个数字表示电子受体：NAD+ 第四个数字表示此酶底物：乳酸
二、酶的命名
(1)国际系统命名法（systematic name）
第五节
酶的作用机理
一、中间产物学说
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。 如：已获得ES结晶 X线衍射法描出ES图象 同位素标记底物实验 光谱分析分析
二、活化能降低
特殊性：
1. 酶催化效率高 比非催化高108～1020倍，比非生物催化剂 高107～1013倍。
2. 酶具有高度专一性 酶对反应的底物和产物都有极高的专一 性，几乎没有副反应发生。 3. 酶易失活 常温、常压，中性pH 环境下反应。 4. 酶的催化活性可被调节控制 酶抑制剂调节、反馈调节、酶原激活、共 价修饰、激素控制等。
静电斥力
根据酶蛋白质分子的特点，将酶分为：
单体酶：仅有一个活性中心，由一条或多
条共价相连的肽链组成的酶分子。
牛胰RNase
124 aa
单链
单链
鸡卵清溶菌酶 129 aa
胰凝乳蛋白酶 三条肽链
寡聚酶：由两个或多个相同或不同亚基组成
的酶。单独的亚基一般无活性。 ① 含相同亚基的寡聚酶： 苹果酸脱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基 ② 含不同亚基的寡聚酶： 琥珀酸脱氢酶（牛心），αβ2个亚基
A
B
如：6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
CH2OH O OH OH OH OH OH OH CH2OH O CH2OH OH
6. 合成酶类 Synthetase
能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的 形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相 互偶联。
A+B+ATP
A-B+ADP+Pi
酶活性中心的基团属于必需基团，必需基 团还包括对酶表现活力所必需的基团，如Ser 的羟基、Cys的巯基、His的咪唑基等，它们 起维持酶分子空间构象的作用。
小结:
构成酶活性中心的这些基团在一级结构 上，可能相距很远， 甚至可能不再一条多肽链上， 但在蛋白质空间结构上（三级结构）彼 此很近， 形成具有一定空间结构的区域。
第四章 酶 Enzyme
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第一节 酶的一般性质
一、酶是生物催化剂
酶是由活细胞产生的，具有催化活 性和高度专一性的特殊生物大分子。 包括蛋白质和核酸。
二、酶的催化特性
一般特性：
1. 加快反应速度，而本身在反应前后没结构 和性质的改变。 2. 只缩短反应达到平衡所需要的时间而不改 变反应平衡点。
是以酶所催化的整体反应为基础，规定 每一种酶的名称应当明确标明酶的底物及 催化反应的性质。
如：过氧化氢 : 过氧化氢氧化还原酶 2H2O2 = 2H2O+O2 丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 谷氨酸+丙酮酸 -酮戊二酸+丙氨酸
(2)习惯命名法（recommended name）
根据酶的作用底物及其所催化的反应 类型来命名。 如：琥珀酸脱氢酶，乳酸脱氢酶
反应方向: 即化学平衡方向，主要取决于 反应自由能变化。而反应速度快慢，则主 要取决于反应的活化能。
催化剂的作用是降低反应活化能，从而 起到提高反应速度的作用
酶的高效催化是因素 1）靠近和定向效应 2）底物分子的形变与诱导挈合 3） 酸碱催化作用 4）共价催化作用 5）酶活性中心是低介电区域
基团专一性：要求底物具有一定的化学
键，而且对键的某一端所连基团也有一定要 求。 如：α-D-Glc苷酶，水解蔗糖和麦芽糖
2. 立体异构专一性（stereo specificity）
几乎所有的酶对于立体异构体都具有高 度专一性。当底物具有立体异构体时，酶 只能作用于其中的一种。
如：L-氨基酸氧化酶只催化L-氨基酸的氧 化脱氨基。
Vmax [S] V= Km + [S]
Km 即为米氏常数
Vmax为最大反应速度
前提：1.在成不会明显降低底物的量。 3.ES保持动态平衡，即E+S E-S
当[S]<<Km, V=Vmax[S]/Km; 一级反应。 [S]>>Km, V=Vmax; 零级反应。

二、酶的专一性
1. 结构专一性（structure specificity）
绝对专一性：只能作用于一个底物， 或只催化一个反应。 如：麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催 化尿素水解。
键专一性：只对底物分子中其所作用键 要求严格。 O 酯酶 如：R-C-O-R’ RCOO- + R’OH+H+
100
80
Relative Activity (%)
60
40
20
0 10 20 30 40 50 60
结合部位：酶分子中与底物结合的部位。
决定酶的专一性。
催化部位：催化底物敏感键发生化学变化
的基团，决定酶的催化能力。
组成活性中心的氨基酸残基的侧链在一 级结构上可能相距很远，但在空间结构上相 互靠近，形成活性区域。
结合部位与催化部位并不是独立存在，构 成这两个功能部位的有关基团，有时同时兼 有结合底物和催化底物发生反应的功能。
三、酶专一性的假说
1. 1894年，Fisher提出“锁钥学说” 认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结 构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的 结合如同一把钥匙对一把锁一样。
2. 1958年，Koshland提出“诱导契合假说”
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补 的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成 了互补形状.
• 而一种辅助因子往往可与多种酶结合
异柠檬酸脱氢酶
NAD+ 苹果酸脱氢酶 二氢硫辛酸脱氢酶 金属元素： Fe、Cu、Zn 辅 化学本质
助
因 子
小分子有机物:
辅酶 与酶结合牢固程度 辅基
主要维生素B类
•金属离子的作用：
① 参与酶活性中心的组成 ② 连接酶与底物的桥梁
③ 稳定酶蛋白的构象
④
中和阴离子,降低反应中的
谷丙转氨酶
谷氨酸+丙酮酸 -酮戊二酸+丙氨酸
第四节
酶的活性中心及专一性
一、酶的活性中心
酶的活性中心（active center）：酶分 子上直接参与底物结合及催化作用的氨基酸 残基的侧链基团根据一定的结构组成的区域。
结合部位（ Binding site ） 催化部位（ catalytic site ）
• 诱导契合学说(induced fit) 1）底物对酶的空间构象的诱导 2）底物与酶契合
诱导契合学说（Induced fit）：
• 酶分子的活性部位结构原来并不与底物分 子的结构互补，但活性部位有一定的柔性， • 当底物分子与酶分子相遇时，可以诱导酶 蛋白的构象发生相应的变化，
• 使活性部位上各个结合基团与催化基团达 到对底物结构正确的空间排布与定向， • 从而使酶与底物互补结合，产生酶－底物 复合物，并使底物发生化学反应。
简单蛋白 组成成分 结合蛋白 酶蛋白 化学本质