生物催化剂——酶
酶
二、酶的生物学意义
6CO2+6H2O+能量
N2 + 3H2
某些微生物 植物 动物
C6H12O6+6O2↑
2NH3
N2+3H2
500℃ ,300大气压
Fe
2NH3
三、酶是生物催化剂
1．酶与一般催化剂的共同点
（1）用量少而催化效率高
（2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，
反应前后本身不发生变化
（3）降低反应所需的活化能
（5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关
转换数（turnover number, TN or kcat）:
每秒钟或每分钟，每个酶分子转换底物的分子
数。(每秒钟或每分钟每摩尔酶转换底物的摩尔数)
（2）高度的专一性
一种酶只作用于 一种或一类化合 物，以促进一定 的化学变化，生 成一定的产物， 这种现象称为酶 作用的特异性。
酶的专一性有下列几种情况：
例 2H2O2→2H2O+O2
反 应 非催化反应 钯催化反应 H2O2酶催化
活化能 75.24kJ/mol 48.9kJ/mol 8.36kJ/mol
• （4）本身不发生化学变化。
2．酶作为生物催化剂的特殊点
（1）高的催化效率
以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催 化剂高107～1013倍，比非催化反应高108～1020倍。 例 2H2O2→2H2O+O2 1mole H2O2酶 能催化 5×106mole H2O2的分解 1mole Fe3+ 只能催化6×10-4mole H2O2的分解
脲酶 脲酶
H2N—C—NH.HCl + H2O 无反应
（3）立体化学专一性
酶的作用及特点
酶的作用及特点
一、酶的基本概念
酶是一类生物催化剂，通常是蛋白质形成的，可以加速细
胞内多种生物化学反应的进行，而不自身受影响。
酶作为生物体中的工程师，对维持生物体内的平衡起着至关重要的作用。
二、酶的作用机制
酶通过特定的亲合力选择性地结合底物，形成酶-底物复合物。
酶通过在底物分子上施加一定的作用力，促使底物分子发生构象变化，使反应发生。
酶不参与反应本身，也不改变反应的平衡常数，但却能加快化学反应的速度。
三、酶的特点
1.高效性：酶作为生物催化剂，可以在较温和的条件
下加速化学反应速率，提高生物体的代谢效率。
2.特异性：酶对底物有高度的选择性，能够选择性地
作用于特定的底物，避免不必要的反应发生。
3.可再生性：酶在催化反应中并不参与反应本身，因
此在反应完成后可以继续催化其他底物分子，表现出较好
的可再生性。
4.适应性：酶具有一定的适应性，可以根据环境的变
化对其催化性质进行调整和调节，以适应周围环境的变化。
5.催化速率受限：酶的催化速率受到多种因素的影响，
例如温度、pH值等都能影响酶的催化速率。
四、酶在生物体内的作用
在生物体内，酶广泛参与于各种生物化学反应，比如代谢反应、合成反应、分解反应等。
在细胞内，酶扮演着调节代谢平衡的角色，帮助生物体维持内部环境的稳定。
五、结语
总而言之，酶作为生物体内不可或缺的催化剂，发挥着重要的作用。
其高效性、特异性、可再生性使其在生物体内发挥着重要的催化作用，促进了生物体的正常代谢过程。
我们应该深入了解酶的工作原理和特性，以更好地理解生物体内复杂的代谢网络。
酶的应用与工业生产
酶的应用与工业生产酶是一类具有高效催化活性的蛋白质生物催化剂，广泛存在于自然界中，对许多化学反应起着关键作用。
随着科技的进步和人们对环保、高效生产的需求，酶的应用在工业生产中显得越来越重要。
本文将介绍酶在工业生产中的应用和相关的生产流程。
一、酶在食品工业中的应用1. 酶在面包和面制品生产中的应用面包和面制品的生产过程中需要进行发酵，而酶可以分解碳水化合物转化为发酵所需的营养物质和二氧化碳，促进面团的膨胀。
同时，酶还能改善面包的质地和口感，使得面包更加松软可口。
2. 酶在乳制品生产中的应用乳制品生产中常用的酶有乳清蛋白酶和凝乳酶。
乳清蛋白酶能够将乳清中的蛋白质分解为多肽和氨基酸，从而改善乳制品的口感和稳定性。
凝乳酶则能够促使牛奶凝结，产生乳酪和奶酪等乳制品。
二、酶在制药工业中的应用1. 酶在药物合成中的应用酶能够催化复杂有机分子的合成，从而在药物合成中起到关键的作用。
例如，通过酶催化反应，可以合成高效抗癌药物、抗生素和激素等。
与传统的化学方法相比，酶催化反应具有选择性高、副反应少的优点。
2. 酶在药物转化中的应用许多药物在人体内需要经过转化才能发挥治疗作用。
而酶能够催化这些药物的转化反应，使其更容易被人体吸收和代谢。
例如，酶可以将不活性的药物转化为活性形式，提高药效。
三、酶在能源生产中的应用1. 酶在生物质能源生产中的应用酶能够分解生物质中的多糖类物质，如纤维素和木聚糖，产生发酵所需的糖类物质。
这些糖类物质可以被微生物发酵为生物气体、生物醇和生物柴油等可再生能源，用于替代化石燃料。
2. 酶在生物燃料电池中的应用生物燃料电池是一种将生物质能直接转化为电能的装置，而酶在其中起到的是催化剂的作用。
酶能够催化生物质中的氧化反应和还原反应，从而产生电子和离子，在电解质中产生电流。
四、酶在纺织工业中的应用1. 酶在纺织品整理中的应用酶可以用于处理纺织品的整理工艺，如去除纤维表面的不纯物和污渍，改善纺织品的柔软度和光泽度，提高纺织品的品质。
大专生物化学-酶
底物
羧 肽 酶 的 诱 导 契 合 模 式
目录
酶的工作原理
1、活化能(activation energy) 在化学反应中，使底物分子从初态
转变到活化态所需的能量。
能 量
一般催化剂催 化反应的活化能
非催化反应活化能
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
过氧化氢分解反应所需活化能
Ⅱ、 酶的命名
1、习惯命名法 ① 底物+酶：蛋白酶 ② 来源+底物+酶：胃蛋白酶 ③ 反应性质+酶：水解酶 ④ 底物+反应性质+酶：琥珀酸脱氢酶
缺点：一酶多名，多酶一名
2、系统命名法
“底物+反应性质+酶” (如果底物不只一个，应全部列 出，用冒号隔开)
举例：
乙醇＋NAD+ → 乙醛＋NADH＋H+ 系统名：乙醇：NAD＋氧化还原酶 习惯名：乙醇脱氢酶
酶的活性中心
活性 中心
小结
活性中心的特点
1. 仅由几个氨基酸组成 2. 是一个三维结构 3. 位于酶分子内部的裂隙或凹陷内 4. 底物通过次级键与酶结合
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 83、 天 冬 氨 酸 101 和 色 氨 酸 108 是 结 合基团； * A~F 为 底 物 多 糖链的糖基，位 于酶的活性中心 形成的裂隙中。
★3 酶的分子结构
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
结合基团 活性中心 酶 分 子 催化基团 活性中心外的必需基团 非必需基团
酶
LDH1 (H4)
LDH2 (H3M)
LDH3 (H2M2)
LDH4 (HM3)
LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
第三节 影响酶促反应速度的因素
• • • • • • 酶浓度的影响 底物浓度的影响 温度的影响 pH的影响 激活剂的影响 抑制剂的影响
2017/3/17
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作业
名词解释：酶、酶原、酶原激活、 同工酶 填空 ：1.酶促反应的特点有____、_____、_____ 2.酶按分子组成可分为__和__.后者由___和__组成. 3.酶原激活的实质是_______________. 4.在乳酸脱氢酶的同工酶中,急性心肌梗死是___含量增 高，肝炎是___ 含量增高. 5.在人体中,大多数酶的最适温度是__,最适pH___ 6.肝精氨酸酶的最适pH是__,胃蛋白酶的最适pH是__ 7.有机磷农药中毒属于_____ 抑制，磺胺类药物的抑菌 作用属于可逆性抑制中的______抑制. 简答题：酶原激活的生理意义是什么？
公元前2000多年前
酿酒
第三章 酶
————生物的催化剂 Enzyme[`enzaim] E
第一节 酶的概述
一、酶的概念 酶是由活细胞产生的能够在体内外起催化作 用的生物催化剂 酶（蛋白质） 生物催化剂 核酶（核酸）
酶
• 酶促反应 • 酶活性 • 酶失活 S1 E1 S2 E2 S 底物 E3 E 酶 S4 E4 P 产物
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一、酶浓度的影响
• [s]足够大
v 反 应 速 度
酶浓度[E]
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二、底物浓度的影响
• 酶浓度不变
生物化学---酶催化作用的特点
一般称为结合部位。
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➢ 催化部位(Catalytic site): 酶分子中促使底物发生化 学变化的部位称为催化部 位。
通常将酶的结合部位和催 化部位总称为酶的活性部 位或活性中心。
结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反
物四氢叶酸。
H
H2N
N NH H
N
N
CH2 NH H
OH H
COOH
CH2
O
CH2
C NH CH COOH
四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3, -CH2-, -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。
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⑧ 维生素B12和B12辅酶 维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与
CHO
CH2NH2
HO
CH2 OH
H3C N
HO
CH2 OH
H3C N
维生素B6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸脂，参 加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆 醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用的辅酶。
HO H3C
CHO O
CH2 O P OH HO OH H3C
N
磷酸吡哆醛
医学ppt
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② 维生素B2和黄素辅酶 维生素B2又称核黄素，由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪
两部分组成。
缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔 发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。
OHOHOH O
CH2CHCHCHCH2OPOH
NN
OH
CH3
CO
生物化学课件4酶与生物催化剂
辅酶辅基与维生素及核苷酸的关系
辅助成分 作 用 维生素组分 核苷酸组 分
NAD+（辅酶Ⅰ）
NADP+（辅酶Ⅱ） CoA-SH（辅酶A） FH4（四氢叶酸） 磷酸吡哆醛/胺
焦磷酸硫胺素TPP 黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
递氢（脱氢酶）
转移酰基 转移一碳单位 转移氨基（转 氨酶）、羧基 （脱羧酶） 转移醛基
第四章 酶与生物催化剂
第一节 概 述
主要内容：介绍酶的概念、作用 特点和分类、命名，讨论酶的结 构特征和催化功能以及酶专一性 及高效催化的策略，进而讨论影 响酶作用的主要因素。对酶工程 和酶的应用作一般介绍。
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生 物催化剂。 定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可 缺少的受多种因素调节控制的具有催化 能力的生物催化剂。 酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力 学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应 到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点； 3.通过降低活化能加快化学反应速度。
第四节 反应动力学
底物浓度的影响 酶浓度的影响 温度、pH的影响 抑制剂、激活剂的影响
一、底物浓度的影响
1、一种现象：酶被底物饱和 2、一种假说：酶-底物复合物中间产物学说 3、米氏方程：
V m a x [S ] V= K m + [S]
（1）v-[S]曲线：近似双曲线 （2）[s]<<Km([S]很小时)，v与[s]成正比
二、共价调节酶 三、酶原(zymogen；proenzyme)激活
无活性的酶前体转变为有活性的酶的过程
四、同工酶(isoenzyme)
同工酶：分子结构、理化性质、免疫特性等 不同，但可以催化相同的化学反应的一组酶。
【经典举例】乳酸脱氢酶：由四个亚基组成，亚
酶化学反应
酶化学反应
酶化学反应是指在生物体内由酶催化下进行的化学反应。
酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，而不改变反应的化学性质。
酶化学反应在生物体内起着至关重要的作用，包括代谢、合成、分解等多种生物过程。
酶化学反应的速率受到多种因素的影响，包括温度、pH值、底物浓度、酶浓度等。
其中，温度是影响酶催化反应速率最为重要的因素之一。
当温度升高时，酶催化反应速率也会随之增加，但当温度过高时，酶的构象会发生改变，导致酶失去催化活性。
因此，酶催化反应的温度范围是有限的。
酶催化反应的速率还受到底物浓度的影响。
当底物浓度较低时，酶催化反应速率较慢，因为酶与底物的结合需要一定的时间。
但当底物浓度增加时，酶催化反应速率也会随之增加，直到达到酶的最大催化速率。
此时，酶的催化速率已经达到了饱和状态，无法再加速反应速率。
酶催化反应的机理是通过酶与底物之间的互相作用来实现的。
酶与底物之间的结合是通过酶的活性中心来实现的。
酶的活性中心是一种特殊的结构，能够与底物结合形成酶底物复合物。
酶底物复合物是酶催化反应的中间体，通过酶底物复合物的形成，酶能够加速反应速率。
酶化学反应是生物体内重要的化学反应之一。
酶催化反应的速率受到多种因素的影响，包括温度、pH值、底物浓度、酶浓度等。
酶催化反应的机理是通过酶与底物之间的互相作用来实现的。
酶化学反应的研究对于理解生物体内的代谢、合成、分解等生物过程具有重要的意义。
环境生物化学—酶
酶的分类
氧化还原酶包括氧化酶(oxidase)和脱氢酶 (dehydrogenase)。一般说来，氧化酶催 化的反应都有氧分子直接参与，H转移到O2 上，脱氢酶催化的反应中H转移到一个不是 O2的受体中
必需基团
酶原激活
共价修饰
酶的化学本质及结构功能 特点
必需基团
关系到酶催化作 用的化学基团称 为酶的必需基团 （essential group）
必需基团可分为两 类：能与底物结合 的必需基团成为结 合基团（binding group）；能促进底 物发生化学变化的 必需基团称为催化 基团（catalytic group）
酶的组成
• 通常一种酶蛋白必须与某一特定的辅助因 子结合，才能成为有活性的全酶，如果用 另一种替换则不表现出活力。反之，一种 辅助因子常可与多种不同的酶蛋白结合而 组成具有不同专一性的全酶
酶的组成 • 按化学本质不同辅助因子可分为：
金属离子
小分子有机物
蛋白类辅酶
酶的组成
• 金属离子
Cu2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、K + 、Na+等，它们在 酶分子中的作用有维持酶分子特定活性构象，参与活性中 心构成，参与氧化还原的电子传递；在酶与底物连接中起 桥梁作用；利用离子的电荷如中和电荷等影响酶活性
表3-2酶的国际分类表大类及亚类
3.水解酶类
6.合成酶类
（亚类表示被水解的键的类型）
3.1酯键
（亚类表示新形成
3.2糖苷键
酶催化合成的原理与应用
酶催化合成的原理与应用酶是一种生物催化剂，具有高效、特异、可逆的催化作用。
它可以在生理条件下加速化学反应的速度，降低活化能，实现高效的催化作用。
酶催化合成是利用酶作为催化剂，使化学反应在相应的物理条件下发生的过程。
本文将从酶催化合成的基本原理和应用方面进行探讨。
酶催化合成的基本原理酶催化合成原理是基于酶的分子结构和催化机制来实现的。
酶分子结构独特，它具有活性中心和周围的助剂分子，这些助剂分子可以使反应发生在相应的状态下。
当底物进入活性中心，酶分子将其定向和限制在一个特定的空间，然后进行化学反应。
催化过程中，酶分子本身不参与反应，只是作为催化剂的载体，在反应结束后被重新释放出来，可重复利用。
酶分子催化作用的机制主要有两种类型：酸碱催化和亲核催化。
酸碱催化是指酶分子通过质子的转移，改变反应物中的化学成分，从而提高反应的速度。
亲核催化是指酶分子通过亲核的引力作用，稳定中间体，形成新的共价键，从而引起反应速度的提高。
酶催化合成的应用酶催化合成已经成为了化学合成的重要方法之一，广泛应用于工业生产和研究领域。
在合成有机合成和药物化学领域，酶催化合成可以实现一定的反应选择性，使得反应过程更加高效、环保、安全，生产成本降低，同时还可以减少产生的副反应和催化剂对环境的污染。
例如，酶催化的酯化反应可以实现醇和羧酸之间的转化，用于代替传统的化学酯化方法，节约工艺流程和化学废物处理，成为有机合成领域的热门研究方向。
同时，酶催化也可用于生产某些优势食品、生物燃料、农业化学品和医疗药品等。
在生物学研究方面，酶催化合成也具有重要意义。
例如，DNA合成和蛋白质合成都需要酶的催化作用，通过酶的催化，可以在生物体内实现基因复制和表达，为生命科学的研究提供了基础。
总结酶催化合成是一种新型的化学合成方法，以酶为催化剂实现反应过程的加速、选择性和效率提高，具有广泛的应用前景。
随着生命科学和化学工程技术的不断发展，酶催化合成必将在各个领域中扮演越来越重要的角色。