第03章酶 4

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转换数
酶的催化效率可用酶的转换数 (turnover number) 来 表示。酶的转换数是指在酶被底物饱和的条件下， 每个酶分子每秒钟将底物转化为产物的分子数。
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根据酶对其底物结构选择的严格程度不同， 酶的特异性可大致分为以下3种类型： 绝对特异性(absolute specificity)：
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
全酶 (holoenzyme)
辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物 金属离子目录 Nhomakorabea
全酶分子中各部分在催化反应中的作用:
酶蛋白决定反应的特异性 辅助因子决定反应的种类与性质
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金属离子是最多见的辅助因子
金属酶(metalloenzyme)
与底物相结合
催化基团 (catalytic group)
催化底物转变成产物
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。
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底物
活性中心以外 的必需基团
催化基团
结合基团
活性中心
三、同工酶

定义
同工酶 (isoenzyme) 是指催化相同的化学反
如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转
换数(turnover number)，即动力学常数k3。
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酶的转换数 (turnover number) 定义: 当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶
分子催化底物转变为产物的分子数。
意义: 可用来比较每单位酶的催化能力。
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（三）Ｋm值与Ｖmax值可以通过作图法求取
底物浓度。
意义：

Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物 和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关， 与酶的浓度无关。 Km可近似表示酶对底物的亲和力；
同一酶对于不同底物有不同的Km值。
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Vmax 定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓
度成正比。
意义：Vmax=k3 [E]
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（三）酶的催化机制呈多元催化作用
1. 一般酸-碱催化作用(general acid-base catalysis) 2. 共价催化作用(covalent catalysis) 3. 亲核催化作用(nucleophilic catalysis)
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第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏
(Lineweaver- Burk)作图法
V=
Vmax[S] Km+[S]
甲基、甲烯基、甲炔基、 四氢叶酸 甲酰基等一碳单位
叶酸
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辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基 (prosthetic group)。

辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超 滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋
白，如FAD、FMN、生物素等。
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二、酶的活性中心： 是酶分子中执行其催化功能的部位
其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电
子、质子或一些基团。 辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维 生素类物质。
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某些辅酶（辅基）在催化中的作用
小分子有机化合物（辅酶或辅基）
转移的基团
氢原子（质子）
名
称
所含的维生素 尼克酰胺（维生素PP）之一 尼克酰胺（维生素PP）之一 维生素B2（核黄素） 维生素B2（核黄素） 维生素B1（硫胺素） 泛酸
多 功 能 酶 (multifunctional enzyme) 或 串 联 酶 (tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多 种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能 酶。
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一、酶的分子组成中常含有辅助因子

单纯酶 (simple enzyme) 结合酶 (conjugated enzyme)
第三章
酶
Enzyme
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本章基本内容
酶的分子结构与功能 酶工作原理
酶促反应动力学
酶的调节 酶的分类与命名 酶与医学的关系
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酶的概念
目前将生物催化剂分为两类:
酶 、 核酶（脱氧核酶）
酶是一类对其特异底物具有高效催化作用
的蛋白质。
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酶学研究简史
公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 一百余年前，Pasteur认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。 1878年，Kü hne首次提出Enzyme一词。 1897年，Eduard
的数学方程式，即米－曼氏方程式，简称米氏方程式 (Michaelis equation)。
Ｖ＝
[S]：底物浓度
── K + [S]
m
Vmax[S]
V：不同[S]时的反应速率
Vmax：最大反应速率(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
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（二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数

Km值的推导 Km与Vmax的意义
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Km值的推导
当反应速率为最大反应速率一半时：
V Vmax[S] Vmax = 2 Km + [S] Km = [S] Km [S] Vmax
Vmax/2
Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底 物浓度，单位是mol/L。
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Km与Vmax的意义 Km值 定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的
NAD＋（尼克酰胺腺嘌呤二核 苷酸，辅酶I NADP＋（尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸，辅酶II FMN（黄素单核苷酸） FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）
醛基 酰基 烷基 二氧化碳 氨基
TPP（焦磷酸硫胺素） 辅酶A（CoA）
硫辛酸
钴胺素辅酶类 生物素 磷酸吡哆醛
硫辛酸
维生素B12 生物素 吡哆醛（维生素B6之一）
非催化反应活化能
一般催化剂催 化反应的活化能
酶促反应 活化能
底物 反应总能量改变 产物 反 应 过 程
酶促反应活化能的改变
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（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成 过渡态
酶底物复合物
E+S
ES
(过渡态)
E+P
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1. 诱导契合作用使酶与底物密切结合
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和 相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合
的诱导契合(induced-fit) 。
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2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于 酶的活性中心
酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互 接近并形成有利于反应的正确定向关系。
这种邻近效应(proximity effect)与定向排列(orientation
arrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反
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。
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根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的 多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的
不同多肽链组成的蛋白质。
同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细

胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同
的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊 断不同器官的疾病提供了理论依据。
一、酶促反应的特点
（一）酶促反应具有极高的效率
酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一
般催化剂高107～1013倍。
酶的催化不需要较高的反应温度。 酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化 能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低 反应的活化能。
Buchner用不含细胞的酵母提取液，实现
了发酵。
1926年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶 。
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1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核
酶(ribozyme)的概念。
1995年，Jack
W. Szostak研究室首先报道了具有DNA连接 酶活性DNA片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme)。
② 酶促反应速率一般在规定的反应条件下，用单位时
间内底物的消耗量和产物的生成量来表示； ③ 反应速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般
在5﹪以内）时的反应速率
④ 底物浓度远远大于酶浓度。
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V
Vmax
[S] 当底物浓度较低时： 反应速率与底物浓度成正比；反应为 一级反应。
V
Vmax
[S] 随着底物浓度的增高： 反应速率不再成正比例加速；反应为 混合级反应。

必需基团(essential group)
酶分子中氨基酸残基侧 链的化学基团中，一些与酶
活性密切相关的化学基团。
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酶的活性中心
(active center)
指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。
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活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group)
肌酸激酶 (creatine kinase, CK) 同工酶
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第二节 酶的工作原理
The Mechanism of Enzyme Action
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酶与一般催化剂的共同点：
在反应前后没有质和量的变化；
只能催化热力学允许的化学反应；