第03章大分子和酶
生物大分子的结构与功能—酶(生物化学课件)
三、调节酶
调节酶
变构酶
➢ 某些物质结合酶活 性中心外的部位
➢ 酶的构象发生改变
➢ 酶的活性发生改变
共价修饰酶
➢ 需要其他酶的催化
➢ 某些化学基团可逆 结合酶
➢ 酶的活性发生改变
（一）变构酶
变构调节：一些代谢物可与某些酶分子活性中心 外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，改变酶 的催化活性的调节方式
指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。 如Ser的羟基，His的咪唑基，Cys的巯 基，Asp、Glu的侧链羧基等
活性中心与必需基团有什么关系呢？
活性中心外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团
活性中心
必需基团
活性中心内 的必需基团
结合基团（与底物相结合） 催化基团（催化底物变成产物）
➢米氏常数（Km）
Km：当酶反应速度达到最大反
应速度的一半时的底物浓度，单
位mol/L。即：
v Vmax 2
, Km
S
Km
酶反应速度与底物浓度的关系曲线
意义： (1)Km是酶的特征性常数之一；
Km 只与酶的性质有关, 与酶的浓度无关 (2)Km可近似表示酶对底物的亲和力（反比） (3)同一酶对于不同底物有不同的Km值。
已 糖 激 酶 的 活 性 中 心
酶活性中心的特点
在酶分子整个体积中只占很小的一部分 是一个三维实体，是酶分子表面的一个裂隙 或裂缝 底物通过较弱的键结合到酶分子上形成酶和 底物的复合物（ES）(有利于产物形成)。 活性中心有结合底物的专一性,酶活性中心具 有柔性或可运动性
（二）酶的分子结构
2、必需基团(essential group)
生物化学与分子生物学-第三章 酶与酶促反应
（一）酶对底物具有极高的催化效率
底物 苯酰胺
尿素 H2O2
某些酶与一般催化剂催化效率的比较
催化剂 H+ OH-
反应温度（℃） 52 53
α-胰凝乳蛋白酶
25
H+
62
脲酶
21
Fe2+
56
速率常速 2.4×10-6 8.5×10-6
14.9 7.4×10-7 5.0×106
22
（二）酶对底物具有高度的特异性
熟悉
熟悉影响酶促反应速率的因素及其机制
了解
酶的分类与命名、酶在医学中的应用
第一节
酶的分子结构与功能
Structure and Function of Enzymes
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
1. 单纯酶（simple enzyme）：仅含有肽链的酶称为单纯酶 2.缀合酶（conjugated enzyme）：由酶蛋白和辅助因子共同构成的酶 3.辅助因子（cofactor）：分为辅酶和辅基
部分辅酶/辅基在催化中的作用
辅酶或辅基 NAD+或NADP+
FMN或FAD TPP
磷酸吡哆醛 辅酶A 生物素
四氢叶酸 甲基钴胺素/5'-脱氧腺苷钴胺素
转移的基团 氢原子和电子 氢原子和电子
醛基 氨基 酰基 CO2 一碳单位 甲基/相邻碳原子上氢原子、烷基、羧
基的互换
金属酶 过氧化氢酶 过氧化物酶
3. Km值在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 4. Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
5.酶的转换数：当酶被底物完全饱和时（Vmax），单位时间内每个酶分子
（或活性中心）催化底物转变成产物的分子数
第三章酶与酶的促反应
第三章酶与酶的促反应名词解释全酶对于大多数化学本质为蛋白质的酶来说，按照化学组成可分为单纯酶和结合酶两大类。
全酶（又称结合酶）除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的小分子物质。
前者称为酶蛋白，后者称为辅因子。
酶蛋白和辅因子单独存在时，均无催化活力。
只有二者结合成完整的分子时，才具有活力。
此完整的酶分子称为全酶。
全酶=酶蛋白+辅因子酶的辅助因子：主要包括金属离子和小分子有机化合物，在酶促反应中主要决定反应的种类和性质，在反应中起到传递电子、原子或某些化学基团的作用。
辅酶和辅基：辅酶是指以非共价键和酶蛋白结合的小分子有机物质，通过透析或超滤等物理方法可以除去。
辅基是指以共价键和酶蛋白结合的小分子有机物质，不能通过透析或超滤的方法除去酶的活性中心是指酶分子能与底物特异性结合并将底物转化为产物，具有特定空间结构的区域。
使酶分子执行其催化功能的部位同工酶催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶（5种乳酸脱氢酶同工酶）变构调节变构调节（也叫别构调节）是指一些代谢物与某些酶分子活性中心以外的某一部位可逆的结合（非共价结合），引起酶构象变化、从而改变酶的催化活性，此种调节方式叫做变构调节。
共价修饰调节在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基因可与某种化学基因发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程成为共价修饰。
抑制剂凡能是酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。
Km米氏常数（Km）的含义是酶促反应达最大速度（Vm）一半时的底物(S)的浓度。
竞争性抑制抑制剂的结构与底物结构相似，能与底物竞争结合在酶的活性中心，从而降低或抑制酶活性这种抑制作用称竞争性抑制剂，这种抑制作用称竞争性抑制作用。
底物浓度增大，抑制下降。
Km增大，亲和力下降，Vm不变非竞争性抑制有些抑制剂可与酶活性中心以外的必需基团结合，不影响酶与底物的结合，抑制剂和底物可同时结合在酶分子上，形成酶-底物-抑制剂复合物，不能释放出产物，使酶活性丧失，这种抑制剂称为非竞争性抑制剂，这种抑制作用称为非竞争性作用。
第三章--酶
第三章酶生物体内不断进行着各种化学变化。
绿色植物和某些细菌能以十分简单的物质(如水、CO2和无机盐)为原料合成各种复杂物质，并把太阳能转化为化学能贮存于有机物质中；而其他生物又能分解这些复杂物质，从中获取能量。
例如，动物以植物体中的淀粉等复杂物质为食物，•将淀粉降解成单糖，并在细胞内进一步分解为CO2和水，同时释放能量供动物生长、发育、运动等各种生命活动需要。
在实验室中，复杂有机物的合成与分解必需在高温、高压、强酸或强碱等剧烈条件下进行，而在生物体内虽然条件十分温和，许多复杂的化学变化却进行得极顺利和迅速，这种使化学反应变得容易和迅速的根本原因就是生物体内普遍存在着生物催化剂——酶。
酶与其他催化剂不同，它具有很大的专一性和极高的催化效率，能在机体中十分温和的条件下起高效率的催化作用，这不是无机催化剂所能比拟的。
人们对酶的认识起源于生产实践。
我国几千年前就开始制作发酵饮料及食品。
夏禹时代，酿酒已经出现，周代已能制作饴糖和酱。
春秋战国时期已能用曲治疗消化不良。
1833年Payon和Persoz从麦芽提取液中分离得到一种能水解淀粉的物质，称之为淀粉酶。
1857 年微生物学家Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果，1878年提出了“酶”•这个概，Liebig等人提出发酵现象是由溶解于细胞液中的酶引起的。
1913年Michaelis和Menten提出了酶动力学原理——米氏学说，•这对酶学反应机理的研究是一个突破。
1926年Sumner第一次从刀豆中提取出了脲酶结晶，并第一次证明酶有蛋白质性质。
20世纪30年代Northrop又分离出了结晶的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白酶，并进行了动力学探讨，确立了酶的蛋白质本质。
现已鉴定出4 000多种酶，其中不少得到结晶，很多种的一级结构或三级结构也已经阐明。
随着酶学理论研究的不断深入必将对生命本质的探索作出更大的贡献。
第一节酶的命名与分类一、习惯命名法1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的，称为习惯名。
第+02-03章大分子和代谢2012年秋季第2次课
一级结构
2）蛋白质二级结构指 二级结构 邻近几个氨基酸形成的 一定的结构形状。 α－螺旋 β－折叠 3）蛋白质三级结构指整条肽链盘 绕折叠形成一定的空间结构形状。 如纤维蛋白和球状蛋白。 4）蛋白质四级结构指各条肽链之间的位置 和结构。四级结构只存在由两条肽链以 上组成的蛋白质。如血红素
1、夜间睡眠晚风险？ 《英国医学杂志》29/7，2012
1）多国科学家，对近201万人（轮班工作者占百万人）进行了34项 科学实验。
2）涵盖了夜班族、混班族、轮班族、兼职等工作时间不固定的人 群，还包括上白班的普通人群。 3）结果显示（与上班时间规律的人相比） ①轮班工作者，心脏病发作的风险增加23%，患冠心病的概率高出 24%； ②经常值夜班的人，患冠心病的概率要比正常人群高出41%。 4）专家认为，由于轮班工作者心脏病发作的主要诱因？ ①工作时间极不规律、无法保证正常的作息时间，所以很容易出现 高血压、高胆固醇、高血糖等“三高”症状。 ②经常值夜班，大多都有吃“垃圾”夜宵、很少锻炼以及睡眠不足 等不健康生活习惯。
外膜：通透性大，细胞质和膜间隙的功能屏障；能通 透：无机盐、核苷、蔗糖等多种物质。 内膜：选择性通透，隔开膜间隙和基质；内膜上分布 有专门的转运载体，能转运小分子。
B）膜间隙：10~20nm
第三层膜——类 囊体膜的特点？
膜 间 隙
④类囊体（thylakoid）
A)叶绿体基质中由单位膜 封闭形成的扁平小囊—类 囊体。(基粒类囊体和基 质类囊体）
3、酶的类型 （依酶促反 应性质）
按国际系统命名法原则，分为六类：
1)氧化还原酶类（催化氧化还原反应） 2)转移酶类（催化功能基团的转移反应） 3)水解酶类（催化水解反应） 4)裂和酶类或裂解酶（催化底物移去一个基团而 形成双键的反应或逆反应） 5)异构酶类（催化同分异构体的相互转变） 6)连接酶类或合成酶（催化一切由两种物质 合成为一种物质的反应）
第三章.酶
IV. 维生素B6(Vit B6) 包括吡哆醇(pyridoxine), 吡哆醛(pyridoxal)和吡哆胺(pyridoxamine) (1). 结构
(2). 活性形式: 磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate, PLP) 磷酸吡哆胺(pyridoxamine phosphate) (3). 作用: PLP是脱羧酶, 转氨酶及ALA合酶的辅酶, 参与氨基等基团 的转移
X. 维生素C (Vit C), 又称抗坏血酸(ascorbate, ascorbic acid) (1). 结构
(2). 活性形式: L-抗坏血酸 (3). 作用: Vit C是胶原脯氨酸羟化酶及赖氨酸羟化酶的辅助因子, 也 是胆汁酸7α-羟化酶的辅酶, 在羟化反应中提供还原当量
(active center of enzyme) (一)、必需基团(essential group) 指酶分子中与活性相关的基团。 称为酶的活性中心(active center) (二)、活性中心 1. 结合基团(biding group) 是直接与底物结合的基团 在空间上组成特定的构象，决定了酶的特异性 2. 催化基团(catalytic group) 其中主要的基团在空间上相对集中组成特定的结构区域,
三 、温度对反应速度的影响
(effect of temperature) 1. 温度对酶促反应速度具有双重影响 温度升高，可使底物分子和酶分子平均动能增加，活化 分子数相应增多，从而使反应速度增加。 温度超过一定范围后，酶分子会出现变性，酶催化活力 下降，从而使反应速度降低。 温度降低使酶促反应降低，但一般不破坏酶构象。 2. 最适温度(optimum temperature) 使酶促反应速度最快时的环境温度 称为最适温度。 酶的最适温度不是酶的特征常数， 与反应时间有关。
生物化学与分子生物学：chap03 酶 2
E
增大 不变
增大 不变 增大
E、ES
不变 降低
增大 增大 不变
ES
减小 降低
不变 增大 减小
目录
六、激活剂对反应速度的影响
激活剂(activator) 使酶由无活性变为有活性或使酶活
性增加的物质。如金属离子(Mg2＋)和小 分子化合物。
1.必需激活剂 (essential activator) ----对酶促反应不可缺少的激活剂
四、pH对反应速度的影响
最适pH: 酶催化抑制剂与抑制作用
➢ 酶的抑制剂(inhibitor) 凡能使酶的催化活性下降而不引起
酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。 ➢抑制作用的类型：
不可逆性抑制 可逆性抑制
①竞争性抑制 ②非竞争性抑制 ③反竞争性抑制
目录
(二) 可逆性抑制作用
概念----抑制剂通常以非共价键与酶或 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、超滤等方法去除。
类型
竞争性抑制 非竞争性抑制 反竞争性抑制
目录
1. 竞争性抑制作用 定义: 抑制剂与底物的结构相似，能与底物 竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物 复合物的形成，使酶的活性降低。
特点：
① I与S结构类似，竞争酶的活性中心； ② 抑制程度取决于I与S之间的相对浓度； ③ 动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。
目录
2.非竞争性抑制
定义：抑制剂与酶活性中心外的基团可 逆性结合，导致酶的三维构象改 变，降低酶的催化活性，但不影 响酶与底物的结合。
特点：
①抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合， 底物与抑制剂之间无竞争关系；
Km降低。
E+S ES E+P + I ESI
第三章 酶 PPT课件
一、酶的活性中心(active center)
(一)什么是活性中心
活性中心或称活性部位(active site)，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。
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
二、酶原与酶原的激活
(一)酶原
有些酶在细胞 内合成或初分泌时 无活性，此无活性 前体称为酶原。
(二)酶原的激活
酶原在一定条件 下，水解掉一个或几 个短肽，形成或暴露 出活性中心，转化为 有活性酶的过程。
(三)激活过程
酶原
在特定 条件下
2. 系统命名法——系统名称
(二) 酶的分类 1.氧化还原酶类(oxidoreductases) 2.转移酶类 (transferases ) 3.水解酶类 (hydrolases) 4.裂解酶类 (lyases) 5.异构酶类( isomerases) 6.合成酶类 (ligases, synthetases)
第三章 酶 PPT课件
日常生活
佳美（加酶）洗衣粉 SOD蜜 辅酶Q10化妆品 溶菌酶祛痘霜 多酶片 ……
问题2：酶的功能是什么？
催化生化反应
问题3：酶与检验医学有什么关系？
例1：酶活性的测定 例2：同工酶的测定 例3：酶免疫分析技术
Hale Waihona Puke 一、什么是酶(一) 酶是由活细胞产生的，对特异底物具有高 效催化作用的蛋白质。是一种生物催化剂。
性或专一性。
根据酶对其底物结构选择的严格程度又分为3 种类型。
中国医科大学-生物化学-03 酶
1 V
=
Km (1 +
Vmax
[I]
Ki
1 ) [S]
1 + Vmax
双倒数曲线
1/V
Competitive inhibitor increase
-1/ Km
1/Vmax
-1/ Km(1 + [I]/Ki)
No inhibitor 1/[S]
竞争性抑制作用的特定
l 抑制剂与酶的底物结构相似，可与底物竞争酶 的活性中心。
0
Time (t)
§ 3.2 底物浓度对反应速度的影响
V0 Vmax
Vmax/2
0
[S]
Km
1. 米-曼氏方程式
k1 E+S
k2
initial
k3 ES
intermediate
E+P
final
[S] V = Km + [S] Vmax
V0 Vmax
Zero order with respect to [S]
∆G for the reaction
酶比一般催化剂能更有效地降低反应的活化能
Activation energy Uncatalyzed reaction
transition state
activation energy
Activation nergy chemical catalyts reaction
（1） 竞争性抑制作用
E+
ES
S +
I
EI
E+ P
COOH
COOH
H2C CH2
HOOC 琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
HC CH
第3章 第3节酶促反应动力学
李新梅 湖南大学生物学院
李新梅 湖南大学生物学院
V-T曲线为钟形曲线
在达到最适温度之前，温度 升高，活化分子数增加，反 应速度加快 – 温度系数（Q10） • 温度每提高10℃其反应 速度与原来的反应速度 之比 • 对于许多酶来说，Q10 多为1-2之间。 超过最适温度时, 温度升高， 酶的最适温度不是一 酶逐步变性，V降低 最适温度还与反应时间有关， 个固定不变的常数。 反应时间短，最适温度高， 李新梅 反应时间长，最适温度低湖南大学生物学院
A、随酶浓度的增加而增加 B、随酶浓度的增加而减小 C、随底物浓度的增加而增大 D、是酶的特征常数 A、饱和底物浓度时的速度 B、在一定酶浓度下，最大速度的一半 C、饱和底物浓度的一半 D、速度达最大速度一半时的底物浓度
李新梅 湖南大学生物学院
斜率=Km/Vmax
lineweaker-Burk方程
k2
发生在 很短的 时间内
S: substance P: product E: enzyme
李新梅 湖南大学生物学院
由米氏方程可以看出： （1）[S]很小时，[S]《Km，则V=（Vmax/Km）[S] 一级反应； （2）[S]很大时，[S] 》Km，则V=Vmax，零级反应； （3）[S]处于Km附近时，混和级反应。
湖南大学生物学院
猎豹最多只能跑3分钟
肌糖原分解产生乳酸除了生成ATP，还有大量热 量阐述，时间太长会因身体过热而死
奔跑后的猎豹体能状况孱弱，需要数十分钟 复原
乳酸经肝脏重新生成糖原