酶赵玉娥课件

1、1 第三章（第三章（Chapter 3Chapter 3） 酶酶(Enzyme)(Enzyme) 2 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 1857年，微生物学家年，微生物学家Pasteur提出发酵是酵母细胞生命活动的结提出发酵是酵母细胞生命活动的结 果。果。 1878年，年，Kuhne首次提出首次提出Enzyme（酵素、酶）（酵素、酶）一词。一词。 1897年，年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1926年，年，Sumner首次从刀豆中提纯出脲酶结晶，并证明其蛋白首次从刀豆中提纯出脲酶结晶，并证明

2、其蛋白 质本质。质本质。 1982年，年，Cech首次发现首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出也具有酶的催化活性，提出核酶核酶 (ribozyme)的概念。的概念。 1995年，年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有研究室首先报道了具有DNA连接酶连接酶 活性的活性的DNA片段，称为片段，称为脱氧核酶脱氧核酶(deoxyribozyme)。 3 酶是一类由酶是一类由活细胞活细胞所产生的，具有所产生的，具有催化活催化活 性性和和高度专一性高度专一性的特殊蛋白质。它们是生物体系的特殊蛋白质。它们是生物体系 的催化剂。的催化剂。 4 3.1.2.1 3.1.2.1 酶的命名酶的命名

3、1.1.习惯命名法（习惯命名法（19611961之前）之前） （1 1）根据作用底物命名；）根据作用底物命名； （2 2）根据酶促反应性质命名；）根据酶促反应性质命名； （3 3）将底物和反应性质结合命名；）将底物和反应性质结合命名； （4 4）有的为区别同一类酶还标明酶的来源和性质。）有的为区别同一类酶还标明酶的来源和性质。 5 2.2.系统命名法系统命名法 按按国际系统命名法国际系统命名法原则，每个酶都有一个习惯名和原则，每个酶都有一个习惯名和 一个系统名。系统名应标明酶的所有作用底物和反应性质一个系统名。系统名应标明酶的所有作用底物和反应性质 （底物之一是水时可以略去），不同的底物之间用

4、（底物之一是水时可以略去），不同的底物之间用“:”:”隔隔 开。开。若底物有构型要求，也需标出。若底物有构型要求，也需标出。 草酸氧化酶草酸氧化酶-草酸：氧氧化酶草酸：氧氧化酶 乙酰辅酶乙酰辅酶A A水解酶水解酶-乙酰辅酶乙酰辅酶A A：水水解酶：水水解酶 6 3.1.2.2 3.1.2.2 酶的系统分类法及编号酶的系统分类法及编号 1.1. 按照国际系统分类法，每个酶都有一个特定的编号。按照国际系统分类法，每个酶都有一个特定的编号。 2.2. 分类原则：分类原则： （1 1）将所有酶促反应按反应性质分为将所有酶促反应按反应性质分为六大类六大类。分别用。分别用1 1、 2 2、3 3、4 4、

5、5 5、6 6来编号表示。来编号表示。 （2 2）根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分 为若干为若干亚类亚类，用，用1 1、2 2、3 3、44等来编号表示。等来编号表示。 （3 3）根据底物中被作用的基团或键的特点将每亚类又分根据底物中被作用的基团或键的特点将每亚类又分 为若干为若干亚亚类亚亚类，用，用1 1、2 2、3 3、44等来编号表示。等来编号表示。 （4 4）亚亚类中酶的亚亚类中酶的顺序号顺序号也用阿拉伯数字来表示。也用阿拉伯数字来表示。 4 4位编号以位编号以“.”.”隔开，前面冠以隔开，前面冠以”EC”EC”（国际酶学（国际酶

6、学 委员会缩写）。委员会缩写）。 7 酶的国际系统分类法编号示例酶的国际系统分类法编号示例 8 1.1. 氧化还原氧化还原 酶类酶类 氧化还原酶类催化氧化还原反应。可分为脱氢酶和氧化氧化还原酶类催化氧化还原反应。可分为脱氢酶和氧化 酶两种。酶两种。 AHAH2 2+B BH+B BH2 2+A+A 乳酸乳酸NADNAD+ + 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 丙酮酸丙酮酸NADHNADH2 2 黄嘌呤黄嘌呤O O2 2+H+H2 2O O 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 尿酸尿酸H H2 2O O2 2 9 黄嘌呤氧化为尿酸 黄嘌呤黄嘌呤 氧化酶氧化酶 O2、 H2O 10 2.2. 转移酶类转移酶类 转移酶类

7、催化功能基团的转移反应。使一个底物的基团转移酶类催化功能基团的转移反应。使一个底物的基团 或原子转移到另一个底物分子上。如转氨酶。或原子转移到另一个底物分子上。如转氨酶。 AB+C A+BCAB+C A+BC 丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷丙转氨酶谷丙转氨酶 丙酮酸谷氨酸丙酮酸谷氨酸 11 3.3. 水解酶类水解酶类 水解酶类催化底物分子的加水分解。水解酶类催化底物分子的加水分解。 AB+HOH AOH+BHAB+HOH AOH+BH 如：如： 肽肽+ HOH + HOH 肽酶肽酶 羧酸胺羧酸胺 磷酸酯磷酸酯+HOH +HOH 磷酸酯酶磷酸酯酶 醇醇HPOHPO4 42- 2- 12 4.

8、4. 裂合（裂解）酶裂合（裂解）酶 类类 裂合酶类催化底物失去或加上某一部分（即裂合酶类催化底物失去或加上某一部分（即 裂解或缩合反应）（很多裂合酶催化底物脱去一部分裂解或缩合反应）（很多裂合酶催化底物脱去一部分 形成双键或相逆的反应）形成双键或相逆的反应）如醛缩酶、水化酶、脱氨（羧）酶等如醛缩酶、水化酶、脱氨（羧）酶等。 AB A+BAB A+B 如：如：柠檬酸柠檬酸+ CoA + CoA 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 草酰乙酸乙酰辅酶草酰乙酸乙酰辅酶A A 1 1，6 6二磷酸果糖二磷酸果糖 醛缩酶醛缩酶 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-3-磷酸甘磷酸甘 油醛油醛 13 5.5. 异构酶类异构酶类

9、 异构酶类催化同分异构体之间的相互转变。使底异构酶类催化同分异构体之间的相互转变。使底 物分子内部排列改变。如磷酸甘油酸变位酶、物分子内部排列改变。如磷酸甘油酸变位酶、6 - 6 - 磷酸磷酸 葡萄糖异构酶等。葡萄糖异构酶等。 A BA B 如：如：6 6 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-6-磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶 6-6-磷酸果糖磷酸果糖 14 6. 6. 合成酶合成酶 类类 催化两种或两种以上化合物合成一种化合物的反应。反应催化两种或两种以上化合物合成一种化合物的反应。反应 需吸收能量，通常与需吸收能量，通常与ATPATP的分解相偶连。的分解相偶连。 A+B+ATP AB+ADP+Pi

10、 A+B+ATP AB+ADP+Pi 或或 A+B+ATP AB+AMP+PPiA+B+ATP AB+AMP+PPi 如：如： CHCH3 3COCoA+COCOCoA+CO2 2+ATP +ATP 乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶 HOOCCHHOOCCH2 2COCoA+AMP+PPiCOCoA+AMP+PPi 15 3.12.3 3.12.3 根据酶蛋白根据酶蛋白分子特点分子特点 和和分子大小分子大小分类分类 单体酶：单体酶：仅由一条肽链构成的酶。仅由一条肽链构成的酶。单体酶种类很少，一单体酶种类很少，一 般多是催化水解反应的酶，如溶菌酶、羧肽酶等。相对分子般多是催化水解反应的酶，如溶

11、菌酶、羧肽酶等。相对分子 质量在质量在35，000以下。一般由一条多肽链组成以下。一般由一条多肽链组成。（有的单体酶是由。（有的单体酶是由 多条多肽链组成，如胰凝乳蛋白酶，由三条肽链组成，链间由二硫键相连构成一多条多肽链组成，如胰凝乳蛋白酶，由三条肽链组成，链间由二硫键相连构成一 个共价整体。这类含几条肽链的单体酶往往是由一条前体肽链经活化断裂生成个共价整体。这类含几条肽链的单体酶往往是由一条前体肽链经活化断裂生成 的。）的。） 寡聚酶：寡聚酶：由几条或几十条多肽链构成，但亚基之间无共价由几条或几十条多肽链构成，但亚基之间无共价 连接，容易分开。相对分子质量在连接，容易分开。相对分子质量在35

12、，000到几百万之间。到几百万之间。 如三磷酸甘油醛脱氢酶。如三磷酸甘油醛脱氢酶。 多酶复合体：多酶复合体：由几种酶嵌合形成的复合体。有利于一系列由几种酶嵌合形成的复合体。有利于一系列 反应的连续进行。相对分子质量在几百万以上。如脂肪酸合反应的连续进行。相对分子质量在几百万以上。如脂肪酸合 成酶复合体。成酶复合体。 16 3.2 酶的化学本质酶的化学本质 酶是蛋白质的证明：酶是蛋白质的证明： （1）已经提纯的结晶酶被证明都是蛋白质。）已经提纯的结晶酶被证明都是蛋白质。 （2）酶是两性电解质。）酶是两性电解质。 （3）酶蛋白具有一级结构、空间结构，也有简）酶蛋白具有一级结构、空间结构，也有简 单

13、蛋白质和结合蛋白质两类。许多酶的氨基酸单蛋白质和结合蛋白质两类。许多酶的氨基酸 排列顺序已经被测定。排列顺序已经被测定。 （4）酶具有胶体性质的一系列特征。）酶具有胶体性质的一系列特征。 （5）酶受蛋白水解酶作用丧失活性。）酶受蛋白水解酶作用丧失活性。 （6）引起蛋白质变性的化学和物理因素也能使）引起蛋白质变性的化学和物理因素也能使 酶丧失活性。酶丧失活性。 17 3.2.2 酶的组成酶的组成 据酶分子据酶分子 组成分类组成分类 单纯蛋白质酶类单纯蛋白质酶类 结合蛋白质酶类结合蛋白质酶类 酶蛋白质酶蛋白质 辅助因子辅助因子 小分子有机物小分子有机物 金属离子金属离子 全酶全酶(holoenzy

14、me)酶蛋白酶蛋白+辅酶（辅助因子）辅酶（辅助因子） 酶促反应的专一性及高效率取决于酶蛋白部分，而辅助因子决定酶酶促反应的专一性及高效率取决于酶蛋白部分，而辅助因子决定酶 促反应的性质。促反应的性质。 辅酶辅酶 18 主要可溶性维生素和相应辅酶主要可溶性维生素和相应辅酶 维生素维生素 辅酶辅酶 功能功能 1. B1(硫胺素硫胺素) TPP -酮酸氧化脱羧酮酸氧化脱羧 2. B2(核黄素核黄素 ) FMN、FAD 氢载体氢载体 3. PP 尼克酸（酰胺）尼克酸（酰胺） NAD+、NADP+ 氢载体氢载体 4. 泛酸（遍多酸）泛酸（遍多酸） CoASH 酰基载体酰基载体 5. B6 吡哆醇（醛、酸

15、）吡哆醇（醛、酸） 磷酸吡哆醇（醛）磷酸吡哆醇（醛） 转氨、脱羧、消旋转氨、脱羧、消旋 6. 叶酸叶酸 FH4(THFA) 一碳基团载体一碳基团载体 7. 生物素生物素 羧化辅酶羧化辅酶 8. C（抗坏血酸）（抗坏血酸） 氧化还原作用氧化还原作用 9. 硫辛酸硫辛酸 酰基载体、氢载体酰基载体、氢载体 10. B12（氰钴氨素）（氰钴氨素） 甲基钴氨素甲基钴氨素 变位酶辅酶变位酶辅酶 脱氧腺苷钴氨素脱氧腺苷钴氨素 一碳基团载体一碳基团载体 19 3.3 酶的特性酶的特性 3.3.1 酶作为生物催化剂的特性酶作为生物催化剂的特性 高效性高效性 不改变反应平衡点不改变反应平衡点 降低反应活化能降低反

16、应活化能 20 活化能与酶催化的中间产物理论活化能与酶催化的中间产物理论 1 k SE 1 k ES 2 k EP E+S P+ E ES 能能 量量 水水 平平 反应过程反应过程 G E1 E2 酶（酶（E）与底物（）与底物（S） 结合生成不稳定的中间结合生成不稳定的中间 物（物（ES），再分解成产），再分解成产 物（物（P）并释放出酶，使）并释放出酶，使 反应沿一个低反应沿一个低活化能活化能的的 途径进行，降低反应所途径进行，降低反应所 需活化能，所以能加快需活化能，所以能加快 反应速度。反应速度。 21 3.3.2 酶的作用有高度专一性酶的作用有高度专一性 一种酶只能对一定的底物发生催化

17、作用。一种酶只能对一定的底物发生催化作用。 1. 绝对专一性绝对专一性 有的酶对底物的化学结构要求非常有的酶对底物的化学结构要求非常 严格，只作用于一种底物，发生专一性反应，生成严格，只作用于一种底物，发生专一性反应，生成 产物。产物。 如：如： 脲酶脲酶 NH NH2 2CONHCONH2 2+H+H2 2O 2NHO 2NH3 3+CO+CO2 2 22 2. 相对专一性相对专一性 有的酶对底物的化学结构要求比绝对专一有的酶对底物的化学结构要求比绝对专一 性略低，它们能作用于一类化合物或一种化学键。性略低，它们能作用于一类化合物或一种化学键。 1） 键专一性键专一性 有的酶只作用于一定的键

18、，而对键两有的酶只作用于一定的键，而对键两 端的基团并无严格要求。端的基团并无严格要求。 如：脂肪酶如：脂肪酶 2）基团专一性基团专一性 一些酶，除要求作用于一定的键以一些酶，除要求作用于一定的键以 外，对键两端的一个基团要求严格，对另一个基团则要求外，对键两端的一个基团要求严格，对另一个基团则要求 不严格不严格。 如：胰蛋白酶如：胰蛋白酶 23 3、立体异构专一性、立体异构专一性 只对一定构型的化合物起作用，对其对只对一定构型的化合物起作用，对其对 映体无作用。映体无作用。 如如 L-精氨酸酶精氨酸酶 24 消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性 （芳香）（芳香） （硷性）（硷

19、性） （丙）（丙） 胰凝乳胰凝乳 蛋白酶蛋白酶 胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶 羧肽酶羧肽酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶 25 3.3.3 酶活性在体内的可调控性酶活性在体内的可调控性 酶量的调控：酶量的调控：改变酶的合成和降解速度；改变酶的合成和降解速度； 酶活性的调控：酶活性的调控：酶原激活、反馈调节、抑制剂酶原激活、反馈调节、抑制剂 调节、共价修饰调节、反馈调节、激素调节等。调节、共价修饰调节、反馈调节、激素调节等。 3.3.4 酶的不稳定性酶的不稳定性 一切使蛋白质变性的理化因素都可以导致酶失一切使蛋白质变性的理化因素都可以导致酶失 去活性。去活性。 26 3.4

20、 酶的结构和功能酶的结构和功能 3.4.1 酶的活性部位酶的活性部位 结构是功能的物质基础结构是功能的物质基础 必需基团必需基团 活性中心外必需基团活性中心外必需基团 ：酶构象必需基团酶构象必需基团 活性中心活性中心 结合基团结合基团 辅助因子活性基团（结合酶所需）辅助因子活性基团（结合酶所需） 催化基团催化基团 活性中心活性中心：酶分子中直接和底物结合并和酶催化作用直接相关：酶分子中直接和底物结合并和酶催化作用直接相关 的部位。包括结合部位与催化部位。的部位。包括结合部位与催化部位。 必需基团必需基团：与酶的催化活性密切相关的化学基团。：与酶的催化活性密切相关的化学基团。 27 28 1.

21、酶作用的专一性主要取决于酶酶作用的专一性主要取决于酶活性中心的活性中心的结构结构 特异性特异性（即酶蛋白部分）（即酶蛋白部分） 2. 保持活性中心的空间结构是维持酶活性所必需保持活性中心的空间结构是维持酶活性所必需 的的 29 3.4.2 酶的别构（变位）部位酶的别构（变位）部位 别构部位（别构中心、调节位点别构部位（别构中心、调节位点）： 有些酶分子表面除活性中心外，还有被称为别构剂或效应物有些酶分子表面除活性中心外，还有被称为别构剂或效应物 的化合物的特异结合位点，这些调节剂结合以后引起酶的构象改的化合物的特异结合位点，这些调节剂结合以后引起酶的构象改 变，从而对酶促反应的速度有调节作用，

22、酶分子上的这种部位称变，从而对酶促反应的速度有调节作用，酶分子上的这种部位称 为别构部位或调节部位为别构部位或调节部位。（别构剂通常为小分子代谢物或辅因子。）（别构剂通常为小分子代谢物或辅因子。） 别构酶在别构部位结合调节物后构象改变、活性增强或减弱别构酶在别构部位结合调节物后构象改变、活性增强或减弱 的现象称为的现象称为别构效应别构效应。能使酶的催化活性增强的别构剂称为。能使酶的催化活性增强的别构剂称为别构别构 激活剂（正效应物）激活剂（正效应物），反之则为，反之则为别构抑制剂（负效应物）别构抑制剂（负效应物）。 具具 有别构部位，与别构剂结合后构象和活性改变的酶称为有别构部位，与别构剂结合

23、后构象和活性改变的酶称为别构酶别构酶。 别构酶活性结构别构酶活性结构 活性中心：催化作用活性中心：催化作用 别构中心：调节酶促反应速度别构中心：调节酶促反应速度 30 效应剂效应剂 别别 构构 中中 心心 活性活性 中心中心 若底物作为调节剂，一般变构酶分子上有二个以若底物作为调节剂，一般变构酶分子上有二个以 上的底物结合位点。上的底物结合位点。（同促作用、异促作用）（同促作用、异促作用） 别构酶一般是寡聚酶。催化部位和调节部位可在同一亚基别构酶一般是寡聚酶。催化部位和调节部位可在同一亚基 上，也可在不同亚基上。上，也可在不同亚基上。 正协同效应正协同效应( (别构酶的一个亚基与底物或调节物结

24、合后，分子别构酶的一个亚基与底物或调节物结合后，分子 构象产生有利于后续底物或调节物结合的变化构象产生有利于后续底物或调节物结合的变化).). 负协同效应负协同效应（negtive cooperative effectnegtive cooperative effect） 31 反应过程中间代谢物易作为别构剂作用反应过程中间代谢物易作为别构剂作用 32 3.4.3 酶原的激活酶原的激活 有些蛋白质在细胞内初合成时没有生物活性，需经蛋白水解酶或其他离子有些蛋白质在细胞内初合成时没有生物活性，需经蛋白水解酶或其他离子 的专一水解后，使分子构象发生改变后才具有活性。这种蛋白质称为的专一水解后，使分子

25、构象发生改变后才具有活性。这种蛋白质称为前体前体 蛋白质蛋白质。如其活性形式是酶，则这种前体称为。如其活性形式是酶，则这种前体称为酶原酶原。通过水解使酶原变为。通过水解使酶原变为 有活性的酶的过程称为有活性的酶的过程称为酶原激活酶原激活。 酶原只有在特定的部位和条件下才能被激活，这具有重要的生理意义酶原只有在特定的部位和条件下才能被激活，这具有重要的生理意义- 自身保护及应激反应自身保护及应激反应。 酶原激活机理：酶原激活机理：酶原分子内肽键的一处或多处断裂，使分子酶原分子内肽键的一处或多处断裂，使分子 构象发生一定程度的改变，从而形成或暴露酶的活性中心。构象发生一定程度的改变，从而形成或暴露

26、酶的活性中心。 有些酶对其自身的酶原有激活作用，这种现象称为有些酶对其自身的酶原有激活作用，这种现象称为自身催化自身催化。 33 例：胰蛋白酶酶原的激活 34 35 3.4.4 同工酶同工酶 概念概念：具有不同分子结构但却能催化同一种化学反具有不同分子结构但却能催化同一种化学反 应的一组酶。往往存在于同一种属或同一个体的不同组应的一组酶。往往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，由不同的基因或等织或同一细胞的不同亚细胞结构中，由不同的基因或等 位基因编码合成。位基因编码合成。 意义：意义： 生物学意义：生物学意义：使不同的组织与细胞具有不同的代谢特点。使不同的组织与

27、细胞具有不同的代谢特点。 研究意义：研究意义：作为遗传的标志可用于分子遗传学研究（同工酶是基作为遗传的标志可用于分子遗传学研究（同工酶是基 因分化的产物）；可用于蛋白质结构和功能研究；因分化的产物）；可用于蛋白质结构和功能研究； 医学价值：医学价值：可作为临床诊断指标。可作为临床诊断指标。 36 乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图 多肽多肽 亚基亚基 mRNA 四聚体四聚体 结构基因结构基因 a b 乳酸脱氢酶同工乳酸脱氢酶同工 酶电泳图谱酶电泳图谱 + H4 MH3 M2H2 M3H M4 点样线点样线 37 不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱 另外

28、：肌酸激酶另外：肌酸激酶CK2、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶 LDH1(H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5(M4) 心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清 - + 原点原点 38 3.4.5共价调节酶共价调节酶 酶的共价调节酶的共价调节：在其他酶的作用下，调节剂与酶分子上在其他酶的作用下，调节剂与酶分子上 的某些基团进行可逆的共价修饰，从而使酶在活性与非活性的某些基团进行可逆的共价修饰，从而使酶在活性与非活性 状态间互变。对酶活性的这种调节作用称为状态间互变。对酶活性的这种调节作用称为酶的共价调节酶的共价调节。 活

29、性可被共价调节的酶称为活性可被共价调节的酶称为共价调节酶共价调节酶。 # 酶的共价修饰形式：酶的共价修饰形式：磷酸化磷酸化与与脱磷酸化脱磷酸化(最常见最常见) 乙酰化乙酰化与与脱乙酰化脱乙酰化 甲基化甲基化与与脱甲基化脱甲基化 腺苷化腺苷化与与脱腺苷化脱腺苷化 39 例：糖原磷酸化酶的共价调节例：糖原磷酸化酶的共价调节 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a的的4条肽链上都有一个条肽链上都有一个丝氨酸丝氨酸残基，它残基，它 们的们的 OH都连上了一个磷酸基。这些磷酸基被水解掉都连上了一个磷酸基。这些磷酸基被水解掉 后成为活性丧失的后成为活性丧失的磷酸化酶磷酸化酶b，且形成二聚体形式。，且形成二聚体形式。

30、蛋白激酶蛋白激酶催化催化ATP或或CTP位上的磷酸基转移到底物位上的磷酸基转移到底物 蛋白质氨基酸残基上。蛋白质氨基酸残基上。蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶催化逆过程。催化逆过程。 40 磷酸化酶激酶的共价磷酸化调节磷酸化酶激酶的共价磷酸化调节 41 酶含量的调节酶含量的调节 （一）酶蛋白合成的诱导和阻遏；（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏； （二）酶降解的调控（二）酶降解的调控 42 3.4.6 诱导酶诱导酶 诱导酶诱导酶(induced enzyme)(induced enzyme)是在环境中有诱导物（通常是是在环境中有诱导物（通常是 酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。酶的底物）存在的情况下

31、，由诱导物诱导而生成的酶。 例：例：大肠杆菌分解乳糖的半乳糖苷酶、催化淀粉分解为大肠杆菌分解乳糖的半乳糖苷酶、催化淀粉分解为 糊精、麦芽糖等的糊精、麦芽糖等的-淀粉酶（多种微生物都能产生这种淀粉酶（多种微生物都能产生这种 酶）。酶）。 诱导酶的合成除取决于细胞内所含的基因以外，还取决诱导酶的合成除取决于细胞内所含的基因以外，还取决 于诱导物。因此，诱导酶的合成是于诱导物。因此，诱导酶的合成是内因内因+ +外因外因作用的结果。作用的结果。 意义：意义：诱导酶在微生物需要时合成，不需要时就停止合诱导酶在微生物需要时合成，不需要时就停止合 成。这样，既保证了代谢的需要，又成。这样，既保证了代谢的需要

32、，又避免了不必要的浪避免了不必要的浪 费，增强了微生物对环境的适应能力费，增强了微生物对环境的适应能力。 43 3.4.7 核糖酶核糖酶 核糖酶：核糖酶：具有催化活性的具有催化活性的RNA分子（核糖核分子（核糖核 酸），又称为核酶。（酸），又称为核酶。（L19RNA、26SrRNA、 RNaseP） 脱氧核糖酶：脱氧核糖酶：具有催化活性的具有催化活性的DNA分子（脱分子（脱 氧核糖核酸），又称为脱氧核酶。氧核糖核酸），又称为脱氧核酶。 44 3.4.8 抗体酶抗体酶 抗体酶：抗体酶：具有催化功能的抗体分子。具有催化功能的抗体分子。 抗体：抗体：机体在抗原物质刺激下产生的一机体在抗原物质刺激下产

33、生的一 种能与抗原分子特异性结合的球蛋白。种能与抗原分子特异性结合的球蛋白。 抗体酶意义：抗体酶意义： 催化天然酶不可催化的反应催化天然酶不可催化的反应 治疗用途。治疗用途。 45 抗原抗原.抗体结合与酶抗体结合与酶.底物结合底物结合 抗原抗体特异性结合抗原抗体特异性结合 酶酶.底物特异性结合底物特异性结合 46 酶的催化遵从一般催化剂的催化规律：酶的催化遵从一般催化剂的催化规律： （1）加速反应速率，反应前后质和量无变化；）加速反应速率，反应前后质和量无变化； （2）加速热力学化学反应，不触发热力学上不可）加速热力学化学反应，不触发热力学上不可 能进行的化学反应；能进行的化学反应； （3）缩

34、短反应达到平衡的时间，不改变平衡点；）缩短反应达到平衡的时间，不改变平衡点； （4）对正负反应都有催化作用。）对正负反应都有催化作用。 3.5 酶的催化机制酶的催化机制 3.5.1 酶的催化作用、过渡态、分子活化能酶的催化作用、过渡态、分子活化能 47 E+S P+ E ES 能能 量量 水水 平平 反应过程反应过程 G E1 E2 化学反应体系中反应能否进化学反应体系中反应能否进 行及速度的快慢与活化分子（行及速度的快慢与活化分子（ 含能达到或超过某一限度的分含能达到或超过某一限度的分 子）的多少直接相关。子）的多少直接相关。 酶（酶（E）帮助）帮助（S） 形成并形成并 稳定过渡态稳定过渡态

35、，使反应沿一个低使反应沿一个低 活化能的途径进行，所以能加活化能的途径进行，所以能加 快反应速度。快反应速度。 酶活性的热力学表现？：酶活性的热力学表现？：帮助底帮助底 物形成过渡态，降低活化能物形成过渡态，降低活化能 48 3.5.2 中间产物学说中间产物学说 1 k SE 1 k ES 2 k EP 酶酶（以活性部位）（以活性部位）（E）与底物（）与底物（S）结合生成不稳定的中）结合生成不稳定的中 间物（间物（ES），结合导致底物分子内某些化学键的极化，呈不稳），结合导致底物分子内某些化学键的极化，呈不稳 定状态（过渡态），比较容易再分解成产物（定状态（过渡态），比较容易再分解成产物（P）

36、并释放出酶，）并释放出酶， 使反应沿一个使反应沿一个低低活化能活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所的途径进行，降低反应所需活化能，所 以能加快反应速度。以能加快反应速度。（单分子反应、双分子反应）。（单分子反应、双分子反应）。 酶发挥作用的途径：酶发挥作用的途径：酶是怎样降低活化能的（？）酶是怎样降低活化能的（？） 如何如何同底物结合同底物结合（？）（？）然后然后加速反应的加速反应的（？）（？）。 49 诱导契合学说诱导契合学说 当酶分子与底物分子接近时，酶分子受底物分子的诱导，当酶分子与底物分子接近时，酶分子受底物分子的诱导， 构象发生变化构象发生变化（酶活性中心的某些氨基酸残基或基团在

37、底物诱导下获（酶活性中心的某些氨基酸残基或基团在底物诱导下获 得合适的空间定位），得合适的空间定位），以适合于底物的契合，进而结合成复合以适合于底物的契合，进而结合成复合 物。反应物生成脱离后，酶分子复原。物。反应物生成脱离后，酶分子复原。 酶与底物结合的机制：酶与底物结合的机制：1 50 底物构象改变学说底物构象改变学说 当酶分子与底物分子接近时，底物分子受酶分子的影响，构当酶分子与底物分子接近时，底物分子受酶分子的影响，构 象也发生变化。即象也发生变化。即酶对底物分子产生的引力、张力等作用使酶对底物分子产生的引力、张力等作用使 底物扭曲，使底物扭曲，使ES进入过渡状态，底物中的敏感键变形为

38、更易进入过渡状态，底物中的敏感键变形为更易 反应的状态。反应的状态。产物生成脱离后，酶分子复原。产物生成脱离后，酶分子复原。 酶与底物结合的机制：酶与底物结合的机制：2 51 3.5.4 使酶具有高催化效率的因素使酶具有高催化效率的因素 3.5.4.1 近效应与定向排列近效应与定向排列（诱导契合、底物形变）（诱导契合、底物形变） 高效催化机制：高效催化机制：1 酶将底物分子按特定顺序和空间方位定向结合到酶的活性中心，使它们互相接近酶将底物分子按特定顺序和空间方位定向结合到酶的活性中心，使它们互相接近 （近效应），（近效应），并获得有利于反应进行的正确定向并获得有利于反应进行的正确定向（定向排列

39、）（定向排列）；底物和酶蛋白结；底物和酶蛋白结 合时，酶分子发生构象变化，使反应中所需要的酶中的催化基团与结合基团正确合时，酶分子发生构象变化，使反应中所需要的酶中的催化基团与结合基团正确 地排列并定位，以便能与底物契合地排列并定位，以便能与底物契合（定向排列，（定向排列，诱导契合学说诱导契合学说） ；底物分子也；底物分子也 发生构象变化，敏感基团获得有利于反应的正确排列与定向发生构象变化，敏感基团获得有利于反应的正确排列与定向（定向排列，（定向排列，底物形底物形 变学说变学说）。这样就使得分子间反应犹如分子内反应，形成过渡态时所需活化能明。这样就使得分子间反应犹如分子内反应，形成过渡态时所需

40、活化能明 显低于分子间反应，加速反应速度。显低于分子间反应，加速反应速度。 52 3.5.4.2 共价催化：共价催化：亲核催化与亲电催化亲核催化与亲电催化 有些酶和底物以共价键形成一个反应活性很高的不稳定的共价中间产物，有些酶和底物以共价键形成一个反应活性很高的不稳定的共价中间产物， 以较大的概率转变为过渡状态，降低反应活化能。以较大的概率转变为过渡状态，降低反应活化能。 亲核催化亲核催化：指酶活性中心的亲核基团提供一对电子与底物分子中缺少电子：指酶活性中心的亲核基团提供一对电子与底物分子中缺少电子 具有部分正电荷的具有部分正电荷的C原子形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。原子形成共价键，

41、从而产生不稳定的共价中间物。 亲电催化亲电催化：指酶活性中心上的亲电子催化基团从底物分子的亲核原子上夺：指酶活性中心上的亲电子催化基团从底物分子的亲核原子上夺 取一对电子，形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。取一对电子，形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。 亲核基团：化合物中能提供电子对的基团或原子。亲核基团：化合物中能提供电子对的基团或原子。His 的咪唑的咪唑 基，基，Cys 的硫基，的硫基，Ser 的羟基。的羟基。 亲电子基团：能接受电子对的基团或原子，是电子对的受体。亲电子基团：能接受电子对的基团或原子，是电子对的受体。 -NH3+，H+、Fe 2+、Cu 2+、Zn 2+等。

42、等。 高效催化机制：高效催化机制：2 53 3.5.4.3 底物构象改变学说底物构象改变学说 当酶分子与底物分子接近时，底物分子受酶分子的影响，构象也发生变当酶分子与底物分子接近时，底物分子受酶分子的影响，构象也发生变 化。即化。即酶对底物分子产生的引力、张力等作用使底物扭曲，使酶对底物分子产生的引力、张力等作用使底物扭曲，使ES进入过进入过 渡状态，底物中的敏感键变形为更易反应的状态。渡状态，底物中的敏感键变形为更易反应的状态。产物生成脱离后，酶产物生成脱离后，酶 分子复原。分子复原。 高效催化的机制：高效催化的机制：3 54 3.5.4.4 酸碱催化酸碱催化 酶的酸碱催化是广义的酸碱催化，

43、指酶分子上的酸性或酶的酸碱催化是广义的酸碱催化，指酶分子上的酸性或 碱性基团，如氨基、羧基、巯基、酚羟基及咪唑基等作碱性基团，如氨基、羧基、巯基、酚羟基及咪唑基等作 为质子供体或质子受体对底物进行催化。（酯类水解、为质子供体或质子受体对底物进行催化。（酯类水解、 双键的加水脱水等）；双键的加水脱水等）； 酸碱催化的影响因素：功能基的解离程度和供、受质子酸碱催化的影响因素：功能基的解离程度和供、受质子 的速度；的速度； 咪唑基是是最活泼的功能基：（咪唑基是是最活泼的功能基：（1）pI为为6，生理，生理pH下下 可作为质子供体、受体；（可作为质子供体、受体；（2）供出和接受质子的速度）供出和接受质

44、子的速度 都很快；都很快； 酶分子中存在多种酸碱基团，因此酸碱催化效率比一般酶分子中存在多种酸碱基团，因此酸碱催化效率比一般 酸碱催化剂高得多。酸碱催化剂高得多。 高效催化的机制：高效催化的机制：4 55 3.6 酶促反应动力学酶促反应动力学 酶促反应动力学是研究酶促反应动力学是研究酶促反应的速度酶促反应的速度以及以及影响反应的影响反应的 各种因素各种因素的科学。的科学。 影响酶促反应的因素：影响酶促反应的因素：温度、酶浓度、底物浓度、温度、酶浓度、底物浓度、pH值、值、 激活剂激活剂和和抑制剂抑制剂等。等。 研究酶促动力学的前提条件研究酶促动力学的前提条件： （1）反应速度测量的都是初速度；

45、）反应速度测量的都是初速度； （2）研究某一因素的影响时，其他因素都恒定处于最）研究某一因素的影响时，其他因素都恒定处于最 佳状态。佳状态。 56 酶促反应速度的测定酶促反应速度的测定 斜率斜率=P/ t = V（初速度初速度） P t 反应速度一般用单位时间内底物或产物反应速度一般用单位时间内底物或产物 量的变化来表示。量的变化来表示。 一个反应体系的反应速度在开始的极短一个反应体系的反应速度在开始的极短 时间内，能反应该反应体系各因素的影响，时间内，能反应该反应体系各因素的影响， 而反应一段时间之后，由于各种因素的变化，而反应一段时间之后，由于各种因素的变化， 反应的速度就会受到影响。因此

46、考查各因素反应的速度就会受到影响。因此考查各因素 对反应速度的影响时都应测对反应速度的影响时都应测初速度初速度。 另外，在研究某一种因素的影响时，其另外，在研究某一种因素的影响时，其 他因素应该都处于最佳状态。他因素应该都处于最佳状态。 57 3.6.1 酶浓度的影响酶浓度的影响 研究条件：研究条件：底物浓度足够大；无酶抑制剂存在；底物浓度足够大；无酶抑制剂存在； 其他条件最适。其他条件最适。 结果：结果：酶促反应速度和酶浓度酶促反应速度和酶浓度成正比成正比（以反应（以反应 速度对酶浓度做图，得一速度对酶浓度做图，得一过原点直线）。过原点直线）。 V=KE 原因：原因：所有酶分子都被饱和，酶的

47、催化潜力得以完全发挥所有酶分子都被饱和，酶的催化潜力得以完全发挥， 这种情况下反应速度只与酶浓度有关。这种情况下反应速度只与酶浓度有关。 58 3.6.2 底物浓度的影响底物浓度的影响 单底物、单产物反应；单底物、单产物反应； 酶浓度、酶浓度、pH值、温度等反应条件都处于最适值、温度等反应条件都处于最适 状态；状态； 反应速度取初速度，即底物的消耗量很小反应速度取初速度，即底物的消耗量很小 （一般在（一般在5以内）时的反应速度。以内）时的反应速度。 59 3.6.2.1 矩形双曲线矩形双曲线 酶浓度和其他条件不变时，底物浓度对反应速度的影响呈矩形酶浓度和其他条件不变时，底物浓度对反应速度的影响

48、呈矩形 双曲线双曲线 60 3.6.2.2 单分子酶促反应的米氏方程及单分子酶促反应的米氏方程及Km 1 k SE 1 k ES 2 k EP SK SV v m max 米氏方程米氏方程: 米氏常数米氏常数: 1 21 k kk Km 【S】 Vm V 1 = 61 米氏常数的意义（米氏常数的意义（1） （1 1）物理意义与物理意义与概念概念：（由上式可得）：（由上式可得）KmKm值等于酶反应速值等于酶反应速 度为最大速度一半时的底物浓度。单位为度为最大速度一半时的底物浓度。单位为mol/lmol/l。 （2 2）根据米氏方程，）根据米氏方程，KmKm值值愈小愈小，达到最大反应速度需要，达到

49、最大反应速度需要 的底物浓度越小，表示酶与底物的底物浓度越小，表示酶与底物亲和力愈大亲和力愈大。1 /1 /Km可近可近 似地表示酶与底物的亲和力。似地表示酶与底物的亲和力。 （3 3）Km Km 是是酶的特征性常数，酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的只与酶的性质，酶所催化的 底物和反应条件底物和反应条件( (温度、温度、pHpH、有无抑制剂等、有无抑制剂等) )有关，与酶的有关，与酶的 浓度无关。浓度无关。 各种酶的各种酶的 Km Km 值大致在值大致在 1010-1 -1 1010-6 -6 M M 之间。之间。 62 （4） Vmax和和米氏常数米氏常数的的测定测定 基本原则基本原

50、则： 将米氏方程变化成直线方程，再作图求出将米氏方程变化成直线方程，再作图求出Km。 例：例：双倒数作图法双倒数作图法（Lineweaver-Burk法）法） 米氏方程的双倒数形式：米氏方程的双倒数形式： 1 KmKm 1 1 = . + v Vmax S Vmax 63 双倒数作图法双倒数作图法 64 练习：已知某酶的练习：已知某酶的Km值为值为0.05mol.L-1，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的，要使此酶所催化的反应速度达到最大反应速度的80时底物的浓度应为多少？时底物的浓度应为多少？ KmKm在实际应用中的重要意义在实际应用中的重要意义 （1 1）鉴定酶：）鉴定酶：可以鉴别

51、不同来源或相同来源但在不同发可以鉴别不同来源或相同来源但在不同发 育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否为同一育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否为同一 种酶。种酶。 （2 2）判断酶的最佳底物：）判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底如果一种酶可作用于多个底 物物, ,就有几个就有几个KmKm值，其中值，其中KmKm最小对应的底物就是酶的天最小对应的底物就是酶的天 然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解(Km=28mmol/L),(Km=28mmol/L),也也 可催化棉子糖水解可催化棉子糖水解(Km=350mmol/L),(Km=350mmol/L)

52、,蔗糖为天然底物。蔗糖为天然底物。 （3 3）计算一定速度下的底物浓度：）计算一定速度下的底物浓度：如某一反应要求的反应速度达到最如某一反应要求的反应速度达到最 大反应速度的大反应速度的99%99%，则，则S=99KmS=99Km 65 3.6.3pH对酶反应速度的影响对酶反应速度的影响 过酸过碱过酸过碱导致酶蛋白变性导致酶蛋白变性 影响底物分子解离状态影响底物分子解离状态 影响酶分子解离状态影响酶分子解离状态 影响辅助因子的解离影响辅助因子的解离 pH 最适最适 pH v 最适最适pHpH：酶促反应速度最快时的环境：酶促反应速度最快时的环境pHpH。 66 3.6.4温度与酶反应速度的关系温

53、度与酶反应速度的关系 在达到最适温度以前，反在达到最适温度以前，反 应速度随温度升高而加快应速度随温度升高而加快 酶是蛋白质，其变性速度酶是蛋白质，其变性速度 亦随温度上升而加快亦随温度上升而加快 酶的最适温度不是一个固酶的最适温度不是一个固 定不变的常数定不变的常数.反应时间越反应时间越 长，最适温度越低。长，最适温度越低。 v 最适温度：酶促反应速度最快时的环境温度。最适温度：酶促反应速度最快时的环境温度。 67 3.6.5激活剂对酶作用的影响激活剂对酶作用的影响 类别类别 金属离子：金属离子：K+、Na+、 Mg2+、Cu2+、 、Mn2+ 、 、 Co2+、Fe2+ 阴离子：阴离子：

54、Cl-、Br- 有机分子有机分子 还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽 金属螯合剂：金属螯合剂：EDTA 凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂（activator）。）。 68 3.6.6抑制剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性 的物质统称为酶的抑制剂（的物质统称为酶的抑制剂（inhibitor） 。 类型类型：不可逆抑制剂不可逆抑制剂 可逆抑制剂可逆抑制剂 应用应用：研制杀虫剂、药物研制杀虫剂、药物 研究酶的作用机理，确定代谢途径研究

55、酶的作用机理，确定代谢途径 69 抑制剂类型和特点抑制剂类型和特点 竞争性抑制剂竞争性抑制剂 可逆抑制剂可逆抑制剂 非竞争性抑制剂非竞争性抑制剂 反竞争性抑制剂反竞争性抑制剂 非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂 不可逆抑制剂不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂 70 1.非专一性不可逆抑制剂非专一性不可逆抑制剂 抑制剂作用于酶分子中的一抑制剂作用于酶分子中的一类类或或几类几类基团，这些基团，这些 基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。基团中包含了必需基团，因而引起酶失活。 如：重金属对疏基酶的抑制如：重金属对疏基酶的抑制 71 2.专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂 这类

56、抑制剂这类抑制剂选择性强选择性强，只能，只能专一性地专一性地与酶活性与酶活性 中心的中心的某些某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。基团不可逆结合，引起酶的活性丧失。 实例：实例：有机磷杀虫剂有机磷杀虫剂 -Ser-OH -Ser-OP O-R O-R O P O-R O-R O X 72 抑制剂与酶以非共价键结合，两者结合抑制剂与酶以非共价键结合，两者结合 疏松，用透析等物理方法除去抑制剂后，疏松，用透析等物理方法除去抑制剂后， 酶的活性恢复。酶的活性恢复。 3.6.6.2可逆抑制作用可逆抑制作用 73 + 反应模式反应模式 定义定义 n抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶抑制剂与底物的结

57、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，使酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶 的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 1、竞争性抑制作用、竞争性抑制作用 74 75 特点：特点： Km增大，增大，Vm不变；不变；抑制作用的强弱取决于底物抑制作用的强弱取决于底物 与抑制剂浓度的相对比例；底物浓度增加到足够大与抑制剂浓度的相对比例；底物浓度增加到足够大 ，抑制作用可解除。，抑制作用可解除。 76 实例实例1：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用 实例实例2：磺胺药物的药用机理：磺胺药物的

58、药用机理 H2N- -SO2NH2 对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺 H2N- -COOH 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸谷氨酸谷氨酸蝶呤蝶呤 叶酸叶酸 77 78 非竞争性抑制作用非竞争性抑制作用 I与酶活性部位以外的部位可逆结合，不影响与酶活性部位以外的部位可逆结合，不影响S与与 E的结合，也不影响的结合，也不影响ES与与I的结合，但结合了的结合，但结合了I的酶无的酶无 活性，等于减少活性酶分子。活性，等于减少活性酶分子。 + I EI+SESI ES P+ E E+S + I 特点：特点：Km不变，不变，Vmax变小。变小。 实例：重金属离子（实例：重金属离子（Cu2+、

59、Hg2+、Ag+、Pb2+） 79 80 反竞争性抑制作用反竞争性抑制作用 ESI ES P+ E E+S + I 特点：特点：Km变小，变小，Vmax变小。变小。 抑制剂不直接与酶结合，而是与抑制剂不直接与酶结合，而是与ES结合形成结合形成ESI， 使酶失去催化活性，使酶失去催化活性， ESI不能分解成产物（不能分解成产物（ES的的 实际有效生成量减少），又不能重新分解游离出底物。实际有效生成量减少），又不能重新分解游离出底物。 81 82 3.7 酶的分离提纯及活力测定酶的分离提纯及活力测定 3.7.1 分离提纯分离提纯 胞内酶分离提纯步骤：胞内酶分离提纯步骤： 选材：材料预处理。暂时不用

60、需低温或制成丙酮干制剂保存。选材：材料预处理。暂时不用需低温或制成丙酮干制剂保存。 破碎破碎cell：（：（1）物理法物理法 - 超声、机械（手工研磨、搅拌器、匀浆器、超声、机械（手工研磨、搅拌器、匀浆器、 高速组织捣碎器、细菌磨、球磨机）、高压、爆破性减压、快速冻融、高速组织捣碎器、细菌磨、球磨机）、高压、爆破性减压、快速冻融、 专用波振荡等；（专用波振荡等；（2）酶法酶法（溶菌酶等）；（溶菌酶等）；（3）化学法化学法（渗透作用、菌（渗透作用、菌 体溶解剂等）。体溶解剂等）。 抽提：把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液抽提：把酶从材料转入溶剂中制成酶溶液-低温下用水、低盐缓冲液或低温下用水、低盐缓