第03章酶2(I模块)
诱 导
契
合
模
式
第三节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
目录
酶促反应动力学：研究各种因素对 酶促反应速率的影响，并加以定量 的阐述。
影响因素包括：酶浓度、底物浓度、 pH、温度、抑制剂、激活剂等。
目录
一、底物浓度对反应速率影响的 作图呈矩形双曲线
目录
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)*
蛋白质部分：酶蛋白 全酶 (holoenzyme) 辅助因子 小分子有机化合物
(cofactor) 金属离子
目录
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
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。
目录
二、酶的活性中心是酶分子中 执行其催化功能的部位*
必需基团 (essential group) 与酶活性密切相
关的化学基团。
目录
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。
目录
金属离子是最多见的辅助因子 ➢金属酶(metalloenzyme) 金属离子与酶结合紧密， 提取过程中不易丢失。
目录
➢金属激活酶(metal-activated enzyme)
金属离子为酶的活性所必需， 但与酶的结合不甚紧密。
目录
➢金属离子的作用： 参与催化反应，传递电子； 在酶与底物间起桥梁作用； 稳定酶的构象； 中和阴离子，降低反应中的静 电斥力等。
目录
小分子有机化合物是一些化 学稳定的小分子物质，称为 辅酶 (coenzyme)。 ➢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。
目录
➢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。
目录
辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶 又称为辅基(prosthetic group)。
V
[S]
目录
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。
V Vmax
[S]
➢当底物浓度高达一定程度： 反应速率不再增加，达最大速
率；反应为零级反应
（一）米－曼氏方程式揭示单底 物反应的动力学特性
酶促反应 活化能
反应总能量改变
产物 反应过程
酶促反应活化能的改变
目录
（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+Pຫໍສະໝຸດ 目录1.诱导契合作用使酶与底物密切结合
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 3.表面效应使底物分子去溶剂化
目录
羧
肽
酶
的
底物
目录
（三）酶促反应的可调节性* 酶促反应受多种因素的调控，以
适应机体对不断变化的内外环境和生 命活动的需要。
目录
二、酶通过促进底物形成过渡态 而提高反应速率
（一）酶比一般催化剂更有效地降 低反应活化能 活化能：底物分子从初态转变
到活化态所需的能量。
目录
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
底物
非催化反应活化能
➢解释酶促反应中底物浓度和反应速
率关系的最合理学说是中间产物学
说*：
E + S k1 ES k3 E + P
k2
中间产物
目录
➢米氏方程式 (Michaelis equation)*
的活化能。
目录
酶的特异性可大致分为以下3种 类型*：
➢绝对特异性(absolute specificity)： 只能作用于特定结构的底物，进 行一种专一的反应，生成一种特 定结构的产物 。
目录
➢相对特异性(relative specificity)： 作用于一类化合物或一种化学键。
➢立体结构特异性(stereospecificity)： 作用于立体异构体中的一种。
仅具有三级结构的酶。 ➢寡聚酶(oligomeric enzyme)：由
多个相同或不同亚基以非共价键 连接组成的酶。
目录
➢多酶体系(multienzyme system)： 由几种不同功能的酶彼此聚合形成 的多酶复合物。
➢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。
目录
➢活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
催化基团 (catalytic
group) 催化底物转变
成产物
目录
➢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。
目录
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
目录
第二节 酶的工作原理
The Mechanism of Enzyme Action
目录
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； ➢只能加速可逆反应的进程，而不改
变反应的平衡点。
目录
一、酶促反应的特点* (自主学习) （一）酶促反应具有极高的效率* ➢通常比非催化反应高108～1020倍 ➢不需要较高的反应温度 ➢酶比一般催化剂更有效地降低反应
溶菌酶的活性 中心
目录
三、同工酶*
定义 同工酶 (isoenzyme)是指催化相同 的化学反应，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。
目录
举例
HH HH
LDH1 (H4)
HH HM
LDH2 (H3M)
HH MM
LDH3 (H2M2)
HM MM
LDH4 (HM3)
MM MM
第3章
酶
Enzyme
目录
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。
目录
第一节
酶的分子结构与功能
The Molecular Structure and Function of Enzyme
目录
酶的不同形式: ➢单 体 酶 (monomeric enzyme) ：
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3-2 酶
目录
1. 竞争性抑制作用
定义 有些抑制剂与底物的结构相似， 有些抑制剂与底物的结构相似， 能与底 物竞争酶的活性中心 从而阻碍酶－ 物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶－底物复 活性中心， 合物的形成。 合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制 作用。 作用。
目录
反应模式
E+S + I EI
ES
E+P
E
（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合
抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必 共价键 需基团相结合，使酶失活。 需基团相结合，使酶失活。
R O P R' O X O + HO E R' O R O P O E O + HX
有机磷化合物
羟基酶
失活的酶(胆碱酯酶） 失活的酶 胆碱酯酶） 胆碱酯酶
+
S
ES
E
+
P
E
+
I
EI
目录
特点 I与S结构类似，竞 与 结构类似 结构类似， 争酶的活性中心； 争酶的活性中心； 抑制程度取决于抑 制剂与酶的相对亲 和力及底物浓度； 和力及底物浓度； 动力学特点： Vmax 不 变 ， 表 观 增大。 Km增大。
1/V
抑制剂↑ 抑制剂↑ 无抑制剂
1/[S]
目录
H2N COOH
H2N
SO2NHR
磺胺类药物
目录
抗癌药物
胸腺嘧啶(T) 胸腺嘧啶
5-氟尿嘧啶 氟尿嘧啶(5-FU) 氟尿嘧啶
次黄嘌呤(H) 次黄嘌呤
6-巯基嘌呤 巯基嘌呤(6-MP) 巯基嘌呤
2.反竞争性抑制 2.反竞争性抑制 定义
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物 (ES)结合 使中间产物ES的量下降 (ES)结合，使中间产物ES的量下降。 结合， 的量下降。
1. 竞争性抑制作用
定义 有些抑制剂与底物的结构相似， 有些抑制剂与底物的结构相似， 能与底 物竞争酶的活性中心 从而阻碍酶－ 物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶－底物复 活性中心， 合物的形成。 合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制 作用。 作用。
目录
反应模式
E+S + I EI
ES
E+P
E
（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合
抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必 共价键 需基团相结合，使酶失活。 需基团相结合，使酶失活。
R O P R' O X O + HO E R' O R O P O E O + HX
有机磷化合物
羟基酶
失活的酶(胆碱酯酶） 失活的酶 胆碱酯酶） 胆碱酯酶
+
S
ES
E
+
P
E
+
I
EI
目录
特点 I与S结构类似，竞 与 结构类似 结构类似， 争酶的活性中心； 争酶的活性中心； 抑制程度取决于抑 制剂与酶的相对亲 和力及底物浓度； 和力及底物浓度； 动力学特点： Vmax 不 变 ， 表 观 增大。 Km增大。
1/V
抑制剂↑ 抑制剂↑ 无抑制剂
1/[S]
目录
H2N COOH
H2N
SO2NHR
磺胺类药物
目录
抗癌药物
胸腺嘧啶(T) 胸腺嘧啶
5-氟尿嘧啶 氟尿嘧啶(5-FU) 氟尿嘧啶
次黄嘌呤(H) 次黄嘌呤
6-巯基嘌呤 巯基嘌呤(6-MP) 巯基嘌呤
2.反竞争性抑制 2.反竞争性抑制 定义
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物 (ES)结合 使中间产物ES的量下降 (ES)结合，使中间产物ES的量下降。 结合， 的量下降。
酶2
实例: 胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin） 羧肽酶（ribonuclease）
胰
凝
乳
Ser
蛋
白
酶
的
活
性
中 His
Asp
心
活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
二、活性中心与专一性
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
Байду номын сангаас 三、酶作用高效率的机制
（一）趋近和定向效应（approximation and orientation effect）
趋近效应:底物分子结合到酶分子表面某一局部 区域，使反应基团相互靠近。
定向效应：底物分子在酶分子表面对着特定的
反应基团几何地定向。
Gly
Val Thr
Asp
胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 弹性蛋白酶
S 芳香族aa 碱性aa
小分子疏水侧链aa
空间结构与催化活性
酶活性中心各基团在空间构象上的相对 位置对酶活性至关重要.
变性因素会导致酶分子空间结构的破坏, 使酶活性丧失.
酶原激活
酶原(zymogen)----在体内处于无活性状 态的酶的前身.
第三节 酶的作用机制
一、酶能显著降低活化能 二、中间复合物学说和酶作用的过渡态
酶促反应中 E与S——非共价结合
E + S K1
K3
ES K2
P+E
说明：
（1）少量酶分子可以催化大量底物发生 反应
胰
凝
乳
Ser
蛋
白
酶
的
活
性
中 His
Asp
心
活性中心重要基团: His57 , Asp102 , Ser195
为Tyr 248 为Arg 145 为Glu 270 为底物
羧肽酶活性中心示意图
Zn
二、活性中心与专一性
能 量 水
平 E+S
E1 ES
E2
G
P+ E
反应过程
Байду номын сангаас 三、酶作用高效率的机制
（一）趋近和定向效应（approximation and orientation effect）
趋近效应:底物分子结合到酶分子表面某一局部 区域，使反应基团相互靠近。
定向效应：底物分子在酶分子表面对着特定的
反应基团几何地定向。
Gly
Val Thr
Asp
胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 弹性蛋白酶
S 芳香族aa 碱性aa
小分子疏水侧链aa
空间结构与催化活性
酶活性中心各基团在空间构象上的相对 位置对酶活性至关重要.
变性因素会导致酶分子空间结构的破坏, 使酶活性丧失.
酶原激活
酶原(zymogen)----在体内处于无活性状 态的酶的前身.
第三节 酶的作用机制
一、酶能显著降低活化能 二、中间复合物学说和酶作用的过渡态
酶促反应中 E与S——非共价结合
E + S K1
K3
ES K2
P+E
说明：
（1）少量酶分子可以催化大量底物发生 反应
人教高中生物选修2第3章第2节 酶在工业生产中的应用
C 裂解酶，
D 连接酶，
E 异构酶， F 转移酶；
酶3：不同的DNA片段 → DNA;
A 氧化还原酶， B 水解酶， C 裂解酶， D 连接酶， E 异构酶， F 转移酶；
酶4：淀粉 + H2O → 麦芽糖， 酶5：甲醛裂解酶， 酶6：谷氨酸 → 丙酮酸；
我国酶工业发展的调查
1、2001年，我国酶制剂总产量超过32万吨； 2、酶制剂应用：提高产品质量、得率，
工程菌发酵
Ⅱ：酵母菌表达的EGV是一种纤维素酶，研究发现将第 49位的脯氨酸删除，热稳定性比EGV提高了21.6％， 其他酶性质与EGV基本相似。 （2）通过什么工程技术可以得到耐高温的EVG酶？
该工程的技术步骤？
工程菌发酵
Ⅲ: 材料中还有哪些酶的改造技术？
二、酶的生产
（二）酶的剂型： 1、液体： 2、颗粒： 3、粉末：
二、酶的生产
（三）酶的固化： 1、吸附： 2、交联： 3、包埋：
三、酶的应用
（一）食品加工：
1、果汁的生产： 2、葡萄糖的生产：
三、酶的应用
（二）轻工业和化工工业： 1、棉布的生产：
2、造纸工业中的应用：
纤维素测方法： 1、布料的变化：柔软、光滑
2、产物 + 斐林试剂
第二节 酶在工业生产中的应用
12
1
2
关于酶，我们学过哪些知识？
酶的定义；酶的功能；酶的特性；
一、酶的家族
1、存在部位： 胞内酶，胞外酶； 2、酶的功能： 氧化还原酶，水解酶，
裂解酶， 连接酶， 异构酶， 转移酶；
A 氧化还原酶， B 水解酶，
酶1：[H] + O2 → H2O， 酶2：葡萄糖 → 果糖，
生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
概念: 抑制剂和底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 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。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 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。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
生物化学4.酶2
11. 维生素C
维生素C具有防治坏血病的功能，所 以又称为抗坏血酸。 多数动植物都能合成，只有少数脊椎 动物不能合成－ 人, 灵长类, 豚鼠, 一些鱼 类； 维生素C是一种强还原剂，发挥电子 载体的功能
维生素 C的作用
机体内发挥多种功能
参与体内的氧化还原反应 参与羟化反应 • 脯氨酸与赖氨酸的羟化 (胶原蛋白) 依靠维生素C • 大脑中 Tyr 的代谢 • 芳香族氨基酸的代谢 其他功能： • Fe从脾脏的转运 • 维生素C 能防止一些金属离子的毒害作用 • 改善过敏反应 • 刺激免疫系统
主要存在于植物油中（麦胚油、大豆油、玉 米油和葵花籽油）。缺乏，哺乳动物的育性 下降、红细胞的脆性增加。
天然维生素K有2 种，K1,K2。 K3和K4是人工合 成的。 维生素K是2-甲基 萘醌的衍生物。
1. 生化作用
维持体内凝血因 子Ⅱ、Ⅶ 、 Ⅸ 和Ⅹ的正常水平， 参与凝血作用
2. 缺乏表现:
?复合物es转变成酶与产物的复合物ep?ep裂解生成产物?酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子一般通过短程非共价键如氢键离子键和疏水键等的作用形成es反应中间物酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子一般通过短程非共价键如氢键离子键和疏水键等的作用形成es反应中间物?其结果使底物的价键状态发生形变或极化起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用
只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种。 A1：视黄醇，主要存在于哺乳动物及咸水鱼的肝脏； A2：3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。 β-胡萝卜素可转变为维生素A。
1
2
CH2OH
视黄醇
3-脱氢视黄醇
Carrots are Orange because the contain Carotene
第三章-酶2PPT课件
E + S ES P + E
k2
k4
三个假设：
（1）E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而
ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于 慢反应即 V＝k3[ES]。 （2）S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初 始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
（3）P→0 忽略 E+Pk4 ES 这步反应
酶 脲酶 溶菌酶
底物 尿素
Km(mmol/L) 25
6-N-乙酰葡萄糖胺 0.006
葡萄糖-6-磷酸脱 氢酶
胰凝乳蛋白酶
6-磷酸-葡萄糖
苯甲酰酪氨酰胺 甲酰酪氨酰胺 乙酰酪氨酰胺
0.058
2.5 12.0 32.0
.
16
(3)Km可用来表示酶对底物的亲和力的大小， 鉴定酶的最适底物。
(4) Km越小，亲和力越强。 [S]很小时，
每小时催化1ml某浓度溶液
件 下
每分钟催化1ug底物
一定时间 一定量底物
.
2
（1）国际单位（IU） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最 适底物浓度）一分钟内催化1微摩尔底 物转化为产物所需的酶量。 1 IU= 1 mol / min
——酶活力单位标准化
.
3
（2）Kat（一种新的酶活力国际单位） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最适 底物浓度）每秒钟催化1摩尔底物转化为 产物所需的酶量。
第五节 酶活力及其测定
一、酶活力及其测定 酶活力：是指酶催化一定化学反应
的能力。
1、酶活力与酶反应速度 ——以单位时间内底物的消耗量或产
物的生成量衡量。
.
1
二. 活力单位 (U) 与比活力
k2
k4
三个假设：
（1）E与S形成ES复合物的反应是快速平衡反应，而
ES分解为E及P的反应为慢反应，反应速度取决于 慢反应即 V＝k3[ES]。 （2）S的总浓度远远大于E的总浓度，因此在反应的初 始阶段，S的浓度可认为不变即[S]＝[St]。
（3）P→0 忽略 E+Pk4 ES 这步反应
酶 脲酶 溶菌酶
底物 尿素
Km(mmol/L) 25
6-N-乙酰葡萄糖胺 0.006
葡萄糖-6-磷酸脱 氢酶
胰凝乳蛋白酶
6-磷酸-葡萄糖
苯甲酰酪氨酰胺 甲酰酪氨酰胺 乙酰酪氨酰胺
0.058
2.5 12.0 32.0
.
16
(3)Km可用来表示酶对底物的亲和力的大小， 鉴定酶的最适底物。
(4) Km越小，亲和力越强。 [S]很小时，
每小时催化1ml某浓度溶液
件 下
每分钟催化1ug底物
一定时间 一定量底物
.
2
（1）国际单位（IU） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最 适底物浓度）一分钟内催化1微摩尔底 物转化为产物所需的酶量。 1 IU= 1 mol / min
——酶活力单位标准化
.
3
（2）Kat（一种新的酶活力国际单位） 在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最适 底物浓度）每秒钟催化1摩尔底物转化为 产物所需的酶量。
第五节 酶活力及其测定
一、酶活力及其测定 酶活力：是指酶催化一定化学反应
的能力。
1、酶活力与酶反应速度 ——以单位时间内底物的消耗量或产
物的生成量衡量。
.
1
二. 活力单位 (U) 与比活力
酶2
失活的酶
H2C S + HC S H2C OH
酸
S E S
H As C CHCl + HC SH H2C OH
H As C CHCl
失活的酶
BAL
巯基酶 BAL与砷剂结合物
28
（二） 可逆性抑制作用
* 概念
抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物 可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂 可用透析、超滤等方法除去。
非竞争性抑制
37
* 特点 a) 抑制剂与酶活性 中心外的必需基 团结合； b) 抑制程度取决于 ［I］； c) 动力学特点： Vmax↓ ， 表 观 Km不变。
Km [I] 1 1 [I] 1 (1 ) (1 ) V Vmax K i [S] Vmax Ki
1/v
抑制剂↑
无抑制剂
酶可被底物饱和
V
的情况下，反应
速度与酶浓度成 正比。
0 [E]
关系式为：V = K3 [E]
8
二、底物浓度对反应速度的影响
在酶浓度 和其他反应条 件不变的情况 下，反应速率 V对底物浓度 [S]作图呈矩形 双曲线。
9
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。
k1
k2 中间产物
ES
k3
E+P
13
※1913 年Michaelis和Menten提出反应速度与
底物浓度关系的数学方程式，即米－曼氏方 程 式 ， 简 称 米 氏 方 程 式 (Michaelis equation)。
Ｖ＝
Vmax[S]
Km + [S]
Vmax 为最大反应速率（maximum velocity ） [S]为底物浓度 Km 为米氏常数（Michaelis constant）
生物化学丨酶(二)
生物化学丨酶（二）引言概述：本文是生物化学系列的第二篇，探讨酶的相关知识。
酶是生物体内起到催化作用的蛋白质，对于维持生命活动至关重要。
本文将从酶的结构、功能、催化机制、调节和应用等五个方面进行详细阐述，以帮助读者更好地理解和应用酶的知识。
正文：一、酶的结构1. 酶的一级结构：氨基酸组成和排列方式2. 酶的二级结构：α-螺旋和β-折叠3. 酶的三级结构：立体构象和稳定性4. 酶的四级结构：多个蛋白质链的组合方式5. 酶的辅助因子：辅助因子对酶活性的影响二、酶的功能1. 酶的催化作用：降低活化能、加速反应速率2. 酶的选择性：底物特异性与反应特异性3. 酶的效应器：通过调控底物和产物浓度来影响酶活性4. 酶的功能多样性：除了催化外的其他功能5. 酶的催化机制：酶与底物的结合和催化过程三、酶的催化机制1. 序列催化机制：酶与底物形成酶底物复合物，逐步催化反应2. H+转移催化机制：通过质子转移参与反应过程3. 亲合催化机制：酶通过与底物结合形成过渡态稳定体4. 树枝催化机制：酶中具有多个活性位点参与催化反应5. 金属离子催化机制：酶结合金属离子催化特定反应四、酶的调节1. 酶的活性调控：通过共价修饰和非共价调控方式2. 酶的底物浓度调控：底物浓度对酶的反应速率的影响3. 酶的产物浓度调控：产物浓度对酶的反应速率的影响4. 酶的温度调控：温度对酶催化作用的影响5. 酶的pH调控：pH值对酶催化作用的影响五、酶的应用1. 酶的工业应用：在制药、食品加工等领域的应用2. 酶的医学应用：在诊断、治疗等方面的应用3. 酶的农业应用：在农药、肥料等方面的应用4. 酶的环境应用：在废水处理、生态修复等方面的应用5. 酶工程：通过基因工程技术改造酶的特性和产量总结：酶是生物体内起到催化作用的蛋白质，具有特异性、高效性和可调控性等特点。
本文从酶的结构、功能、催化机制、调节和应用等五个大点进行了全面阐述。
加深对酶的理解有助于我们更好地应用酶在生产、医学和环境等领域中。
第三章 酶
※ 研究一种因素的 影响时，其余各因 素均恒定
一.底物浓度对酶促应速度的影响
v
在其他因素不变的情况下，底物浓度 对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。
Vm 0.3
初 0.2 速 Vm 度 2 V 0.1
[S]与v关系： 当[S]很低时，[S]与v成比例,呈一级反应 当[S]较高时，[S]与v不成比例 当[S]很高时，[S]，v不变,呈零级反应
（二）Km与Vmax的意义
1.Km的推导
V= Vmax [S] Km + [S]
V Vmax Vmax/2 Km [S]
Vmax 2
Vmax[S] ＝ Km + [S] Km＝[S]
当反应速度等于最大速度一半时, 即V = 1/2 Vmax, Km = [S]
2.Km值的定义:
Km是酶-底物复合物(ES)稳定性的量度,等于 复合物的分解速率与生成速率的比值,其值等于 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度，单 位是mol/L或mmol/L K2+K3 Km= K1 Km值的意义： 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。 Km是酶的特征性常数之一,可确定最适底物。
（1）表示酶与底物亲和力：
Km越大，表示E与S的亲和力越小，Km越小， 表示E与S的亲和力越大。
K1 E+S K2 ES
K3
E+P
Km=
K2+k3 K1 Km=
，当K2>>K3时，K3可忽略不计，
K2
K1
[E][S] = =Ks [ES]
（2）Km值是酶的一种特征性常数
Km值的大小与酶的结构、底物的种类及反应 条件有关，而与酶的浓度无关，即不同的酶Km 值不同，可用于鉴别酶。
3酶-2
别构酶举例
1、E.coli 天冬氨酸转氨甲酰酶 （E.coli aspartate transcarbamylase, ATCase）
（1）ATCase催化的化学反应
氨甲酰磷酸 氨甲酰天冬氨酸
目录
（2）ATCase活性调节的机理
Asp结合部位
c c c C C C
汞盐
R R R R R R
别构效应剂结合部位
③ ATP对ATCase的别构效应 S型曲线左移，ATP对ATCase具有正协同效应。 ATP是ATCase的别构激活剂，与 酶的调节亚基结合，使酶分子变化成与底物亲和力高的构象，使反应加速，产生 正协同效应，即ATP的存在使酶从对底物浓度变化敏感区移向低底物浓度方面。
目录
CTP在不影响酶的Vmax 的情况下通过降低酶与底物的 亲和性来抑制ATCase ，抑制程度可能达到90%；具 体情况视底物浓度而定。 ATP则相反，它增强酶与底 物的亲和性，也不影响其Vmax 。 生物学意义：ATP作为信号，表明有能量供DNA复制 使用并引发需求嘧啶核苷酸的生物合成；CTP则保证 在嘧啶核苷酸已丰足时，不再进行不必要的氨甲酰天 冬氨酸及其他后续中间物的合成。
目录
负协同别构酶动力学曲线 ：
与双曲线相似，在底物浓度较低的 范围内（0-A）酶活力上升很快， 但从A-B，随着底物浓度增大，V 升高较小。即负协同效应可能使酶 的反应速度对外界环境中[S]的变 化不敏感。
多数别构酶同时具有正协同效 应和负协同效应，它们既受底物分 子的调节，又受其他小分子如终产 物的调节，这在复杂的代谢途径中 具有重要的生物学意义。
A-非调节酶, B-正协同别构酶 的S形曲线
*底物浓度略有变化，别构酶的反应速度可以从10% Vmax突然上升到90% Vmax， 而非调节酶则要求底物浓度有较大的变化（上升81倍）。 *对于别构酶来说，底物浓度变化所引起的速度变化的反应几乎是‘全’或 ‘无’的，象电闸开关那样，而不是像在非调节酶那样，速度随着底物浓度的 增或减而慢慢地变化。