第三章 酶化学

有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的 底物。这种专一性称为绝对专一性（Absolute
specificity)。
例如：脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶及延胡索酸 水化酶（只作用于反丁烯二酸）等。
（２）相对专一性
(Relative Specificity) 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)。包括： 族(group)专一性——又叫—基团专一性（对键两端的
（一）酶的共同特性
★ 都能降低反应的活化能 ★ 能加快反应速度，但不能改变反应的平衡点，反应前后 不发生质与量的变化 ★催化效率高
活化能
◆活化能—反应需要克服的障碍能阈，分子由常态变 成活化态所需的能量。
◆活化分子—携带足够的能量，能够发生有效碰撞的分子。
◆有效碰撞—能够使反应顺利进行的分子碰撞。
向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，
使酶促反应易于进行。
（四）底物变形
当酶遇到其专一性底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分
子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生“电子 张力”，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变，底物比
较接近它的过渡态，降低了反应话化能，使反应易于发生。
态学说。
1926年，Sumner从刀豆种子中分离、纯化得到了脲酶结晶，首 次证明酶是具有催化活性的蛋白质。 • 1930年 Northrop 分离得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白 酶结晶并证实其均为蛋白质，酶的蛋白质本质确立。 1969年，Merrifield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。
（五）诱导契合学说
Koshland提出“诱导契合假说”: 酶与底物给合时，酶构象发生改变的同时， 底物分子也发生形变，从而形成一个互相契合的酶-底物复合物，进一步转换成 过渡态，大大增加了酶促反应速率。该学说的主要内容如下：
（1）在酶与底物结合之前，酶分子的构象不一定和底物互相吻合。
（2）酶分子的活性中心不是刚性的结构。它具有一定的柔性，当底物与酶分子 相互接近时，底物分子可以诱导酶分子的构象发生一定的变化。
（六）锁钥假说
Fisher提出“锁钥假说”来解释酶作用的专一性，认为底物分
子或底物分子的一部分象锁钥那样专一地契入到酶的活性中心。 也即底物分子进行化学反应的部位与酶分子上有催化效能的必需 基团具有紧密互补的关系。（酶作用专一性的假说）
“三点附着”学说 一一立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同， 这就可能出现这些基团与酶分子活性中心的结合基团能够互补匹 配的问题,只有三点都能互补匹配，酶才能作用于这个底物，若排 列不同，则不能三点匹配，酶不能作用于它。 （解释酶的立体异构专一性）
◆第1段：直线关系，为一级反应
当底物浓度较低时，酶的活性中心没有被底物占据，随底物浓度 [S]的增加，反应速度v成正比关系增加。
◆第2段：成曲线，为混合级反应
当底物浓度继续增加时，反应速度虽然仍在增加，但比较缓慢， 不再与底物浓度成正比增加。
◆第3段：接近直线，为零级反应
当底物浓度很高时，几乎所有的酶活性中心都被底物饱和， 这时反应速度接近极限值Vmax,可以认为这段反应速度与底物浓 度无关。v=VM ●对于反应速度与底物浓度之间的这种曲线关系的解释，中间产 物学说被认为比较合理。
（2）抑制作用的鉴别。
十、温度、pH、激活剂对酶反应的影响。 十一、酶的活性部位。 1、酶活性部位的定义、特点。
2、酶活性部位的研究方法。
十二、酶催化反应的独特性质。 十三、影响酶催化效率的有关因素。 十四、别构酶的性质、酶原的激活以及同工酶的理解。 十五、掌握酶的定义及分类。掌握核酶、抗体酶、单体酶、寡聚酶 以及多酶复合体的概念。 十六、维生素的概念与分类。 十七、掌握B族维生素与辅酶的关系。
第三章 酶
要求掌握： 一、酶的催化作用特点。 二、掌握酶的化学本质及其组成。
三、掌握酶的命名和分类。
四、掌握酶的活力测定和分离纯化。 五、熟识酶工程。
六、反应速率及其测定。
七、各级反应的特征。 八、底物浓度对酶反应速率的影响
(1)熟识米氏方程式的推导。 (2)米氏常数的意义。
九、酶的抑制作用。
（1）抑制作用的类型。
4、别构剂或调节剂：与别构部位结合的物质。
三、酶催化机制
（一）酸碱催化 ★狭义的酸碱催化：即H+和OH-的催化，但酶的最适pH接近
于中性，故H+和OH-的催化在酶的反应中不重要。
★广义的酸碱催化：指的是质子供体及质子受体的催化。
（二）共价催化(Covalent catalysis)
• 共价催化又称亲核催化或亲电子催化，在催化时，亲 核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或获得电子 并作用于底物的缺电子中心或负电中心，迅速形成不 稳定的共价中间复合物，降低反应活化能，使反应加
（3）由于酶分子构象发生的变化，因而使活性中心的催化基团形成了正确的排 列和定向，使酶分子和底物分子楔合而结合成中间络合物，并导致底物发生反应。
（4）当反应完毕时，产物从酶分子上掉下来，这时酶分子又恢复到原来的构象。 X-衍射证明酶与底物结合时，确有显著的构象变化
这个学说说明了在酶促反应中，酶与 底物是如何相互作用和结合的，也解 释了酶为什么具有专一性。
速。
• 酶中参与共价催化的基团主要包括以下亲核基团： His 的咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟 基等；亲电子基团：H+ 、Mg2+、 Mn2+ 、Fe3+ • 某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参 与共价催化作用。
（三）靠近和定向效应
靠近效应：在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物 分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使 底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，从而使反应速率大大增加 的效应叫做邻近效应。 定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构 象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定
第一节
酶的概述
酶的发现和提出：1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母
汁成功实现了发酵。提出了发酵与活细胞无关，而与细胞液
中的酶有关。
1903年，Henri提出了酶与底物作用的中间复合物学说。
1913年，Michaelis和Menten提出了酶促动力学原理—米氏
学说。
1925年，Briggs和Handane对米氏方程做了修正，提出了稳
酸是专一的。
（２）几何异构专一性
geometrical specificity
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即反－丁烯二酸水合生成苹 果酸，对马来酸（顺－丁烯二酸）则不起作用；再如：丁二酸 （琥珀酸）脱氢酶
酶的立体化学专一性的实践意义
※酶作为催化剂只降低活化能，但反
应前后底物和产物能量差异不变，只 是改变反应速率，不改变反应性质、 反应方向和反应平衡点。
E + S
ES
E + P
（二）酶作为生物催化剂的特性
1．酶易失活 凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能 使酶破坏而完全失去活性。所以酶作用一般都要求比较 温和的条件如常温、常压和接近中性的酸碱度。

b. 立体化学（异构）专一性
Stereochemical Specificity，stereospecificity
（１） 旋光异构专一性
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。即当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中 的一种。 例如，淀粉酶只能选择性地水解D－葡萄糖形成的1，4－糖苷键； L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化；乳酸脱氢酶只对L-乳
1982年，Cech和Altman对四膜虫的研究中发现RNA具有催化作用，
从而发现核酶 (ribozyme)，打破了以往酶是蛋白质的传统观念。 1986年Schultz和Lerner等人研制成功抗体酶
一、酶的概念
酶是活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质，亦称为生物催 化剂Biocatalysts 。 绝大多数的酶都是蛋白质(除Ribozyme核酸酶)。 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。
◆ 酶的活性中心 ｛
◆ 必需基团：酶蛋白中只有少数
特定的氨基酸残基的侧链基团与 酶的催化活性有关。
◆ 酶的活性部位位于酶分子表
面的一个裂隙内。裂隙内是一个
相当疏水的环境，从而有利于同
底物的结合。
二、酶的别构部位
1、定义：酶的别构部位是指除与底物结合的活性部位外，酶 分子中与非底物物质结合的部位。称别构部位或调节部位 2、作用：对酶的催化能力有调节作用。分正调节作用（正协 同作用）和负调节作用（负协同作用）。 原因：由于别构剂与别构部位结合，从而引起酶空间构象 发生改变。（1）酶空间构象发生改变有利于底物与酶结合， 增加酶的活性。（2）酶空间构象发生改变有不利于底物与酶 结合，甚至引起酶分子变性。 3、别构酶：具有别构部位的酶。
蛋白酶、木瓜蛋白酶等。但有的单体酶有多条肽链组成，如胰凝乳 蛋白酶由3条肽链，链间由二硫键相连构成一个共价整体。

寡聚酶-oligomeric enzyme：由2个或2个以上亚基组成，亚基间可
以相同也可不同。亚基间以次级键缔合。如3-磷酸甘油醛脱氢酶、
乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶等。

多酶体系-multienzyme system：由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。
4.酶活力可调节和控制
（1）酶浓度的调节 诱导或抑制酶的合成
调节酶的降解
（2）激素调节酶的活性 （3）反馈抑制调节酶的活性