第二节_酶促反应的特点与机制
4. 酶
Vit PP（烟酰胺，尼克酰胺）
P
Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD 烟酰胺嘌呤二核苷酸 ：苹果酸脱氢酶 Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP 烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸 ：苹果酸酶 作用：参与氧化还原反应，递氢、递电子
pyridoxal,pyridoxamine 维生素 B6（吡哆醛，吡哆胺）
辅酶形式：磷酸吡哆醛，磷酸吡哆胺 举例：所有的 转氨酶 氨基酸脱羧酶： L-谷氨酸脱羧酶 丝氨酸羟甲基转移酶 作用：转氨基作用、脱羧作用
泛酸(pantothenic acid)
辅酶形式: 辅酶A HS~CoA：脂酰辅酶A合成酶 作用: 转酰基作用
活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所 必需。
活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
溶菌酶的活性 中心
* 谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化 基团； * 色氨酸62和63、 天 冬 氨 酸 101 和 色 氨 酸 108 是 结 合基团；
一、 酶的分子组成
（一）结构组成仅含氨基酸组分的酶称为单纯酶
有些酶其分子结构仅由氨基酸组成，没有辅 助因子。这类酶称为单纯酶（simple enzyme）。 如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖 核酸酶等。
（二）结构组成中既含氨基酸组分又含非氨 基酸组分的酶称为结合酶
结合酶（conjugated enzyme）是除了在其组 成中含有由氨基酸组成的蛋白质部分外，还含有 非蛋白质部分 决定反应的特异性及其催化机制 蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme) 全酶 (holoenzyme)
酶—生物化学
4. 裂解酶类（裂合酶类）
5. 异构酶类 6. 合成酶类（连接酶类） 每种酶的分类编号均有4个数字组成
酶活性的测定
• 酶活性： 酶所具有的催化能力 • 酶活性的测定： ⑴ S↓or P ↑
时间
⑵ 反应的初速度 • 酶活性单位：
①IU—— μmol ②Kat—— mol 分 秒
血液中丙氨酸氨基转移酶（ALT）活性的测定 [ 谷丙转氨酶（GPT）] 丙氨酸 + α-酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸
米氏方程式
Vm [S]
V = Km + [S]
Km
米氏常数的意义
1. = 1/2 Vm， Km = [S] 2. Km 可以近似地代表E与S的亲和力 （Km越小，代表E与S亲和力越大）
三、温度对酶促反应速度的影响
• • • • 在一定温度范围内， T↑，酶活性 ↑， T↓，酶活性↓； 超过一定温度范围， 酶反而变性失活；
E S I
+ S
非竞争性抑制作用特点
1. i与S结构不相似；
2. i与S互不干扰同时与 酶 结合；
3. 抑制程度只取决于[i]的浓度；
4. ↑[S]，不能去除抑制作用。
（Km不变， Vm ↓）
竞争性抑制作用
非竞争性抑制作用
3、反竞争性抑制作用
• 概念：抑制剂仅与酶-底物复合物（ES）结合， 使酶失去催化活性 E+S ES
第六章
enzyme
酶
本章主要内容
酶的分子结构 酶促反应的特点与机制
酶促反应动力学
酶的命名、分类和活性测定
酶与医学的关系
酶的定义： 是由活细胞产生的具有催化作用 的蛋白质。
酶 生物催化剂 核酶（具有催化作用的核酸）
酶促反应和酶的作用机制
酶促反应和酶的作用机制酶是一种生物催化剂，也是生命体系中非常重要的一种蛋白质。
酶的作用机制是通过酶促反应来完成的，这种反应是基于酶与底物之间的相互作用。
酶与底物结合形成酶底物复合物，反应后酶与产物解离，使得底物转化为产物。
酶促反应往往速度非常快，特异性较高，因此具有非常广泛的应用前景。
下面将从酶促反应的基本原理和酶的作用机制两方面来详细阐述。
一、酶促反应的基本原理酶促反应是一种基于酶与底物之间的相互作用来进行的化学反应。
这种反应不仅与物质的性质、反应条件有关，而且也与酶的特定性质以及生物环境下的活性相关。
在酶促反应中，酶与底物通过多种非共价键相互作用形成酶底物复合物，复合物中活性中心的化学性质被改变，从而产生反应。
这种反应可以简化为以下四个步骤：1. 亲和力：酶能够与底物结合的过程称为亲和力。
这种相互作用的前提是酶要具有适当的构象，与底物结合必须与一个特定的位点相互作用。
2. 过渡态：酶底物复合物中活性位点经历了一系列形态变化，从而形成一个临时的稳定结构，称为过渡态。
3. 成品生成：过渡态分解后，产生的产物与酶比较弱的相互作用，从而释放酶，进行下一次反应。
4. 酶活性的调节：酶活性的调节是由于底物、产物或其他非底物分子对酶的亲和力和/或立体结构的变化所引起的。
二、酶的作用机制酶的作用机制是基于其分子结构和学问性质的，主要有以下几种：1. 酶催化作用：酶可以促进底物分子之间的反应，降低反应的能垒，从而使化学反应更加容易进行。
2. 特异性：酶的活性中心由一定的氨基酸序列组成，这种序列的三级结构决定了酶的特异性。
在酶底物复合物中，酶能够与特定的底物结合，由于底物在酶的活性中心区域上的结构与底物的大小、形状和化学性质互相适应而产生特异性。
3. 反应速率：酶催化反应的速度比无酶反应快得多，因为酶结构中的活性中心能够提醒底物之间的相互作用。
酶催化反应的速率取决于反应底物的浓度、酶催化的速率常数和反应条件等。
第二节影响酶催化作用的特点
应物的有效质量成正比
(2)形成的中间产物决定整个反应的速度
Michaelis & Menten 提出了中间络合物学说。
(二) 米氏方程
1. 米氏方程的推导
一.底物浓度的影响
Michaelis-Menten的三个假设： (1)推导的v为反应初速度
对于单底物、单产物反应，其反应过程需经过中 间复合物ES，即
第二节影响酶催化作用的因素
3.4 酶促反应动力学
酶促反应动力学
酶促反应动力学(kinetics of enzymecatalyzed reactions)是研究酶促反应速度 及其影响因素的科学。酶促反应的影响因素 主要包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、 抑制剂和激活剂等。
一. 酶浓度的影响
在一定温度和pH下，酶 促反应在底物浓度大于 100 Km时，速度与酶的浓 度呈正比。 酶浓度对速度的影响机 理：酶浓度增加，[ES]也 增加，而V=k3[ES]，故反 应速度增加。
Vmax指该酶促反应的最大速度，[S]为底 物浓度，Km是米氏常数，V是在某一底物浓 度时相应的反应速度。从米氏方程可知： 当底物浓度很低时 [S] << Km,则 V≌Vmax[S]/Km ，反应速度 与底物浓度呈正比; 当底物浓度很高时， [S]>> Km ，此时V≌Vmax ，反应速度达最大 速度，底物浓度再增高也不影响反
一.底物浓度的影响
刚反应时，若形成的速度为v,则
v1k1 [Et][S] k1[（E）-（ES）][S] (1)
ES消失速度：
v2 k2[ES]; v3 k3[ES]
v23 k2 [ES] k3[ES] （k2 k3）[ES] (2)
(二) 米氏方程
【2024版】《生物化学与分子生物学》教学大纲
可编辑修改精选全文完整版《生物化学与分子生物学》教学大纲一、课程的性质和任务生物化学与分子生物学是研究生命化学的科学，它在分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢及其在生命活动中的作用。
生物化学与分子生物学是高等医学院校全科医学专业的必修课之一。
本课程主要向学生传授生物大分子的化学组成、结构及功能；物质代谢；遗传信息的贮存、传递与表达；血液、肝的生物化学；分子生物学基本概念、原理和技术等生命科学内容，为医学生深入学习其他医学基础课、临床医学课程乃至毕业后的继续教育、医学各学科的研究工作中在分子水平上探讨疾病的病因、发病机理及疾病诊断、预防、治疗奠定理论与实验基础。
二、课程教学的基本要求通过本课程的学习，使学生知道及理解生物分子的结构与生理功能，以及两者之间的关系。
理解生物体重要物质代谢的基本途径，主要生理意义、以及代谢异常与疾病的关系。
理解基因信息传递的基本过程，理解各组织器官的代谢特点及它们在医学上的意义，了解分子生物学基本概念、原理和技术。
本课程教材适用于医学高等专科教育三年制全科医学专业，在第一学期开设，理论课55学时、实验课12学时，总学时为67学时。
四、教学内容与要求绪论【教学内容】第一节生物化学发展简史第二节当代生物化学研究的主要内容第三节生物化学与医学【教学要求】掌握：生物化学和分子生物学的概念.熟悉：生物化学和分子生物学研究的主要内容及其与医学的关系。
了解：生物化学的发展史。
第一章蛋白质的结构与功能【教学内容】第一节蛋白质的分子组成一、组成蛋白质的主要元素，氮的含量及应用。
组成蛋白质的氨基酸种类、结构通式；氨基酸的分类及结构特点；氨基酸的两性电离、紫外吸收性质及茚三酮反应。
二、肽和肽键，多肽链及N、C末端，主链骨架的概念。
第二节蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构：肽键二、蛋白质的二级结构：维持蛋白质构象的化学键、肽单元、α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。
酶促反应动力学
化反应过程； 与微生物反应体系相比，在经济上有时 并不理想； 酶促反应条件比较温和，但一般周期较 长，有发生杂菌污染的可能； 固定化酶并非一定就是最优质的生物催 化剂。
第二节 均相系酶促反应动力学
均相酶催化反应，系指酶与反应物系处于同相
----液相的酶催化反应。它不存在相间的物质
传递！！！
均相酶催化反应动力学阐明酶催化反应机理的
重要手段。
通过研究影响反应速率的各种因素进行静态和
动态分析。
酶催化反应动力学的研究历史
1902年，Henri
V进行转化酶、苦杏仁酶 和淀粉酶的催化反应实验，研究反应机 理，并导出了动力学方程式； 1913年，Michaelis和ML Nenten应用快速 平衡解析方法对该速率方程进行详细研 究，发表了米氏方程，即M-M方程； 1925年， Briggs GG发表了稳态法解析方 法，对M-M方程的推导进行了修正。
（1）酶的固定化技术
是将水溶酶分子通过一定的方式，如静电吸
附、共价键等与载体，如琼脂、海藻酸钠、 明胶、离子交换树脂等材料结合，制成固相 酶，即固定化酶(Immobilized enzyme)的技术。
（三）酶的固定化方法
1 载体结合法：将水不溶性的载体与酶结合形 成固定化酶的方法。 （1）物理吸附法：使酶直接吸附在载体上的方 法称为物理吸附法。常用的载体有: a 有机载体， 如面筋、淀粉等； b 无机载体， 如氧化铝、活性炭、皂土、 白土、高岭土、多孔玻璃、硅胶等 （2）离子吸附法：此法是将酶与含有离子交换 基团的水不溶性载体结合。此法在工业上应 用较广泛， 常用的载体有: (1) 阴离子交换剂， 如二乙氨基乙基(DEA E)－纤维素等; (2) 阳 离子交换剂， 如羧甲基(CM ) －纤维素、纤 维素－柠檬酸盐等。
酶促反应特点、结构与功能
构成活性中心的必需基团
结合基团 催化基团
活性中心外的必需基团：维持活性中心构象的稳定
活性中心以外 的必需基团
结合基团
酶蛋白 多肽链
底物分子 催化基团
活性中心
E+S
ES E + P
中间产物
活性中心 常位于酶分 子表面，有 的则深入到 酶分子内部， 形如凹陷、 裂缝或口袋 状。
核糖核酸酶-底物复合物（ES）
关键酶（调节酶）：
关键酶 （限速酶）
能调节代谢的酶。催化单向或不平衡反应，
且反应速度最慢。故又称为限速酶
酶活性的调节包括：变构调节、化学修饰调节
（一）变构调节
酶的底物或其他代谢物
底物
变构效应剂
底物
调
节
活性
部
中心
位
变构酶 （别构酶）
酶的变构效应示意图
（二）化学修饰调节
（磷酸化和去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化等）
重要内容回顾
1. 酶、单纯酶、结合酶、辅助因子、 活性中心、必需基团、酶原、酶原激活
2. 酶促反应的特点：高效，专一，不稳定，可调节 3. 酶催化作用的机制：中间产物学说，诱导契合学说 4. 酶活性的调节方式：变构调节，化学修饰调节 5. 同工酶及其临床用途
乳酸脱氢酶 （LDH）
乳酸脱氢酶 (LDH) 的同工酶
HH HH
LDH1 (H4)
HH HM
LDH2 (H3M)
HH MM
LDH3 (H2M2)
HM MM
LDH4 (HM3)
MM MM
LDH5 (M4)
M
骨骼肌型 （M型）
H
心肌型 （H型）
同工酶谱为诊断不同器官的疾病提供了理论依据。
请简述酶促反应的特点
请简述酶促反应的特点
酶促反应是生物化学反应中的重要组成部分，具有以下特点:
1. 高效性：酶促反应具有极高的催化效率，能够在短时间内显著提高反应速率，使得酶促反应在实际应用中具有广泛的应用价值。
2. 特异性：酶促反应具有高度的特异性，即酶只作用于特定结构的底物，生成一种特定结构的产物。
这种特异性是由于酶的构象和底物的结构相互匹配而产生的。
3. 可调节性：酶促反应具有可调节性，即可以通过改变反应条件，如温度、pH 值、催化剂等来调节反应速率和转化率。
这种可调节性使得酶促反应在实际应用中具有更多的选择和灵活性。
4. 不稳定性：酶促反应具有一定的不稳定性，即酶和底物之间的反应速率随着反应时间的推移而逐渐下降。
这种不稳定性是由于酶的结构和底物的结构发生变化而产生的。
综上所述，酶促反应具有高效性、特异性、可调节性和不稳定性等特点，这些特点使得酶促反应在实际应用中具有广泛的应用价值。
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1 特点
BC诱..诱产导导物契契脱合合离机制
酶与底物靠近
定向
活性中心催化基 团进行催化
酶与底物相互诱导变形
机制
诱契导合契形成合中学间说产物
产物脱离
(1) 特异性
①三点结合 ②锁钥学说
③诱导契合
(2) 高效性
酶不具有与底物相识别的固定构象，
当底物与酶接近时，底物分子可以诱导
酶活性中心靠的近构象发生酶改复变原，－使催之化成定为剂
NH 2
OC
+ H2O
脲酶
2NH3 + CO2
NH 2 尿素
NH CH3
OC
+ H2O
脲酶
NH 2 甲基尿素
如：乳酸脱氢酶只作用于L-乳酸，而对D-乳 酸无作用。
生物 化学
几何专一性
有些酶只能选择性催化某种几何 异构体底物的反应，而对另一种构型 则无催化作用。
如延胡索酸水合酶只能催化延胡 索酸水合生成苹果酸，对马来酸则不 起作用。
生物 化学
绝对专一性
只对一种底物有选择性，专一性最强。 绝对特异性举例：脲酶只水解尿素，而不能水 解甲基尿素。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点
① 高效性
② 特异性
③条件温和 ④ 可调节 ⑤变性失活
机制
特异性
酶的专一性 Specificity又称为特异性， 是指酶在催化生化反应时对底物以及对 反应方向的选择性。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
生物 化 学西北农林科技大学
动物科技学院生物化学课程组
第二节 酶促反应的特点与机制
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点
机制
酶与一般催化剂相比的共性
用量少而催化效率高； 能催化热力学上允许进行的化学反应，而 不能实现那些热力学上不能进行的反应； 能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能 改变平衡点； 一般情况下，对可逆反应的正反两个方向 的催化作用相同。 反应前后没有质和量的改变。
活化分子是指具有反应能量的分子。
催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从
而起到提高反应速度的作用
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
羧肽酶催化中的电子云形变
C＋=O－
1 特点
机制
(1) 特异性
(2) 高效性
① 中间物 ② 活化能
③ 机制
酶促反应的机制
定向
邻近效应、定向效应靠、近 酸碱催极化性契合专区一性
⑤变性失活 机制
酶易变性失活
酶是蛋白质，所以在某些理化因子的 作用下易变性失活。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制 (1) 特异性
①三点结合
②锁钥学说 ③诱导契合 (2) 高效性
H
H
“三点结合”的催化理论
C
C
酶与底O物H 的结合处至少有三个CO点O，H而 H且3只C 有一种情CO况O是H完全H结3C合的形式。OH只
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。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制
(1) 特异性
(2) 高效性
① 中间物
② 活化能
③ 机制
活化能
是指一定温度下，使1mol反应物全部 转化为活化分子所需要的能量。
有这种情况下，不对称催化作用才能实
现。
A BC
A BC
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制 (1) 特异性
①三点结合
②锁钥学说
③诱导契合 (2) 高效性
锁钥学说
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。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点 ① 高效性
② 特异性 ③条件温和 ④ 可调节 ⑤变性失活
机制
高效性
酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012倍。 例如：过氧化氢分解
H2O2 → H2O + O2
用Fe+ 催化，效率为6*10-4 mol/mol.S，而 用过氧化氢酶催化，效率为6*106 mol/mol.S。 用-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65C 条件下可催化2吨淀粉水解。
酶的活性可以被调节和控制。 在生物体可以通过多种方式调节酶的 活性，从而使体内的各种新陈代谢能够 相互协调。 许多因素可以影响或调节酶的催化活 性，如代谢物、对酶分子的共价修饰， 酶蛋白的合成改变等。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点
① 高效性 ② 特异性 ③条件温和 ④ 可调节
能诱与导底物分电性子吸密切结合的构象 。契合 向
互补性结 构变化
引、疏 水作用
底物
能否契合— 专一性的酶由来
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制
(1) 特异性
(2) 高效性 ① 中间物
② 活化能 ③ 机制
中间产物学说
在酶催化的反应中，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。
(2) 特点
① 高效性 ② 特异性
③条件温和
④ 可调节 ⑤变性失活
机制
催化条件温和
酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行， 反应温度范围为20-40C。
生物 化学
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点
① 高效性 ② 特异性 ③条件温和
④ 可调节
⑤变性失活
机制
酶的活性可以被调节
族(group)专一性，对键和该键一端或两端的 基团都有选择性。如-葡萄糖苷酶，催化 由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖 苷的另一端没有严格要求。
生物 化学
OH
CH2OHO
H
H OH
H1
H OH
OH 蔗糖酶
O
CH2OH
果糖—葡萄糖 H OH
果糖 +O葡H萄糖H
CH2蔗O糖H
OH
OH
果OH糖H —葡H 萄1 糖—半乳糖
蔗糖蔗酶糖酶果糖1 + 葡萄糖—半乳糖
H H
棉子糖 O CH2
OH
HH OH
OH H1
CH2OHO
蜜二糖
H
H OH
棉子糖
OH
O
CH2OH
H OH
OH H
生物 化学
立体化学专一性
光学专一性
酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物 结合并催化这类底物发生反应。
多元催化 ＋
注 意
C端确认区 H2+N＝C
生物 化学
碱催化
酸催化
＋
生物 化学
相对专一性
有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类 化合物或一类化学键。这种专一性称为相 对专一性(Relative Specificity)。
键(Bond)专一性，只对作用的键有选择性。 如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团 没有严格的要求。