沈同生物化学三版课件笔记

1、 沈同生物化学三版课件笔记!第一章 生物分子概论第一节 概述一、生物分子是生物特有的有机化合物生物分子泛指生物体特有的各类分子，它们都是有机物。典型的细胞含有一万到十万种生物分子，其中近半数是小分子，分子量一般在500以下。其余都是生物小分子的聚合物，分子量很大，一般在一万以上，有的高达1012，因而称为生物大分子。构成生物大分子的小分子单元，称为构件。氨基酸、核苷酸和单糖分别是组成蛋白质、核酸和多糖的构件。二、生物分子具有复杂有序的结构生物分子都有自己特有的结构。生物大分子的分子量大，构件种类多，数量大，排列顺序千变万化，因而其结构十分复杂。估计仅蛋白质就有1010-1012种。生

2、物分子又是有序的，每种生物分子都有自己的结构特点，所有的生物分子都以一定的有序性(组织性)存在于生命体系中。三、生物结构具有特殊的层次生物用少数几种生物元素(C、H、O、N、S、P)构成小分子构件，如氨基酸、核苷酸、单糖等;再用简单的构件构成复杂的生物大分子;由生物大分子构成超分子集合体;进而形成细胞器，细胞，组织，器官，系统和生物体。生物的不同结构层次有着质的区别:低层次结构简单，没有种属专一性，结合力强;高层次结构复杂，有种属专一性，结合力弱。生物大分子是生命的物质基础，生命是生物大分子的存在形式。生物大分子的特殊运动体现着生命现象。四、生物分子都行使专一的功能每种生物分子都具有专一的生物

3、功能。核酸能储存和携带遗传信息，酶能催化化学反应，糖能提供能量。任何生物分子的存在，都有其特殊的生物学意义。人们研究某种生物分子，就是为了了解和利用它的功能。五、代谢是生物分子存在的条件代谢不仅产生了生物分子，而且使生物分子以一定的有序性处于稳定的状态中，并不断得到自我更新。一旦代谢停止，稳定的生物分子体系就要向无序发展，在变化中解体，进入非生命世界。六、生物分子体系有自我复制的能力遗传物质DNA能自我复制，其他生物分子在DNA的直接或间接指导下合成。生物分子的复制合成，是生物体繁殖的基础。七、生物分子能够人工合成和改造生物分子是通过漫长的进化产生的。随着生命科学的发展，人们已能在体外人工合成

4、各类生物分子，以合成和改造生物大分子为目标的生物技术方兴未艾。 第二节 生物元素在已知的百余种元素中，生命过程所必需的有27种，称为生物元素。生物体所采用的构成自身的元素，是经过长期的选择确定的。生物元素都是在自然界丰度较高，容易得到，又能满足生命过程需要的元素。一、主要生物元素都是轻元素主要生物元素C、H、O、N占生物元素总量的95%以上，其原子序数均在8以内。它们和S、P、K、Na、Ca、Mg、Cl共11种元素，构成生物体全部质量的99%以上，称为常量元素，原子序数均在20以内。另外16种元素称为微量元素，包括B,F,Si,Se,As,I,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Sn

5、,Mo，原子序数在53以内。二、碳氢氧氮硫磷是生物分子的基本素材(一)碳氢是生物分子的主体元素碳原子既难得到电子，又难失去电子，最适于形成共价键。碳原子非凡的成键能力和它的四面体构型，使它可以自相结合，形成结构各异的生物分子骨架。碳原子又可通过共价键与其它元素结合，形成化学性质活泼的官能团。氢原子能以稳定的共价键于碳原子结合，构成生物分子的骨架。生物分子的某些氢原子被称为还原能力，它们被氧化时可放出能量。生物分子含氢量的多少(以H/C表示)与它们的供能价值直接相关。氢原子还参与许多官能团的构成。与电负性强的氧氮等原子结合的氢原子还参与氢键的构成。氢键是维持生物大分子的高级结构的重要作用力。(二

6、)氧氮硫磷构成官能团它们是除碳以外仅有的能形成多价共价键的元素，可形成各种官能团和杂环结构，对决定生物分子的性质和功能具有重要意义。此外，硫磷还与能量交换直接相关。生物体内重要的能量转换反应，常与硫磷的某些化学键的形成及断裂有关。一些高能分子中的磷酸苷键和硫酯键是高能键。三、无机生物元素(一)、利用过渡元素的配位能力过渡元素具有空轨道，能与具有孤对电子的原子以配位键结合。不同过渡元素有不同的配位数，可形成各种配位结构，如三角形，四面体，六面体等。过渡元素的络和效应在形成并稳定生物分子的构象中，具有特别重要的意义。过渡元素对电子的吸引作用，还可导致配体分子的共价键发生极化，这对酶的催化很有用。已

7、发现三分之一以上的酶含有金属元素，其中仅含锌酶就有百余种。铁和铜等多价金属离子还可作为氧化还原载体，担负传递电子的作用。在光系统II中，四个锰原子构成一个电荷累积器，可以累积失去四个电子，从而一次氧化两分子水，释放出一分子氧，避免有害中间产物的形成。细胞色素氧化酶中的铁-铜中心也有类似功能。(二)、利用常量离子的电化学效应K等常量离子，在生物体的体液中含量较高，具有电化学效应。它们在保持体液的渗透压，酸碱平衡，形成膜电位及稳定生物大分子的胶体状态等方面有重要意义。各种生物元素对生命过程都有不可替代的作用，必需保持其代谢平衡。氟是骨骼和牙釉的成分，以氟磷灰石的形式存在，可使骨晶体变大，坚硬并抗酸

8、腐蚀。所以在饮食中添加氟可以预防龋齿。氟还可以治疗骨质疏松症。但当水中氟含量达到每升2毫克时，会引起斑齿，牙釉无光，粉白色，严重时可产生洞穴。氟是烯醇化酶的抑制剂，又是腺苷酸环化酶的激活剂。硒缺乏是克山病的病因之一，而硒过多也可引起疾病，如亚硒酸盐可引起白内障。糖耐受因子（GTF）可以促使胰岛素与受体结合，而铬可以使烟酸、甘氨酸、谷氨酸、半胱氨酸等与GTF络合。某些非生物元素进入体内，能干扰生物元素的正常功能，从而表现出毒性作用。如镉能置换锌，使含锌酶失活，从而使人中毒。某些非生物元素对人体有益，如有机锗可激活小鼠腹腔巨嗜细胞，后者介导肿瘤细胞毒和抗原提呈作用，从而发挥免疫监视、防御和抗肿瘤作

9、用。第三节 生物分子中的作用力一、两类不同水平的作用力生物体系有两类不同的作用力，一类是生物元素借以结合称为生物分子的强作用力-共价键，另一类是决定生物分子高层次结构和生物分子之间借以相互识别，结合，作用的弱作用力-非共价相互作用。二、共价键是生物分子的基本形成力共价键(covalent bond)的属性由键能，键长，键角和极性等参数来描述，它们决定分子的基本结构和性质。(一)键能键能等于破坏某一共价键所需的能量。键能越大，键越稳定。生物分子中常见的共价键的键能一般在300-800kj/mol之间。(二)键长键长越长，键能越弱，容易受外界电场的影响发生极化，稳定性也越差。生物分子中键长多在0.

10、1到0.18nm之间。(三)键角共价键具有方向性，一个原子和另外两个原子所形成的键之间的夹角即为键角。根据键长和键角，可了解分子中各个原子的排列情况和分子的极性。(四)键的极性共价键的极性是指两原子间电子云的不对称分布。极性大小取决于成键原子电负性的差。多原子分子的极性状态是各原子电负性的矢量和。在外界电场的影响下，共价键的极性会发生改变。这种由于外界电场作用引起共价键极性改变的现象称为键的极化。键的极性与极化，同化学键的反应性有密切关系。(五)配位键对生物分子有特殊意义配位键(coordinate bond)是特殊的共价键，它的共用电子对是由一个原子提供的。在生物分子中，常以过渡元素为电子受

11、体，以化学基团中的O、N、S、P等为电子供体，形成多配位络和物。过渡元素都有固定的配位数和配位结构。在生物体系中，形成的多配位体，对稳定生物大分子的构象，形成特定的生物分子复合物具有重要意义。由多配位体所产生的立体异构现象，甚至比手性碳所引起的立体异构现象更为复杂。金属元素的络和效应，因能导致配体生物分子内键发生极化，增强其反应性，而与酶的催化作用有关。三、非共价相互作用(一)、非共价作用力对生物体系意义重大非共价相互作用是生物高层次结构的主要作用力。非共价作用力包括氢键，静电作用力，范德华力和疏水作用力。这些力属于弱作用力，其强度比共价键低一两个数量级。这些力单独作用时，的确很弱，极不稳定，

12、但在生物高层次结构中，许多弱作用力协同作用，往往起到决定生物大分子构象的作用。可以毫不夸张地说，没有对非共价相互作用的理解，就不可能对生命现象有深刻的认识。各种非共价相互作用结合能的大小也有差别，在不同级别生物结构中的地位也有不同。结合能较大的氢键，在较低的结构级别(如蛋白质的二级结构)，较小的尺度间，把氢受体基团与氢供体基团结合起来。结合能较小的范德华力则主要在更高的结构级别，较大的尺度间，把分子的局部结构或不同分子结合起来。(二)、氢键氢键(hydrogen bond)是一种弱作用力，键能只相当于共价键的1/30-1/20(12-30 kj/mol)，容易被破坏，并具有一定的柔性，容易弯曲

13、。氢原子与两侧的电负性强的原子呈直线排列时，键能最大，当键角发生20度偏转时，键能降低20%。氢键的键长比共价键长，比范德华距离短，约为0.26-0.31nm。氢键对生物体系有重大意义，特别是在稳定生物大分子的二级结构中起主导作用。(三)、范德华力范德华力是普遍存在于原子和分子间的弱作用力，是范德华引力与范德华斥力的统一。引力和斥力分别和原子间距离的6次方和12次方成反比。二者达到平衡时，两原子或原子团间保持一定的距离，即范德华距离，它等于两原子范德华半径的和。每个原子或基团都有各自的范德华半径。范德华力的本质是偶极子之间的作用力，包括定向力、诱导力和色散力。极性基团或分子是永久偶极，它们之间

14、的作用力称为定向力。非极性基团或分子在永久偶极子的诱导下可以形成诱导偶极子，这两种偶极子之间的作用力称为诱导力。非极性基团或分子，由于电子相对于原子核的波动，而形成的瞬间偶极子之间的作用力称为色散力。范德华力比氢键弱得多。两个原子相距范德华距离时的结合能约为4kj/mol，仅略高于室温时平均热运动能(2.5kj/mol)。如果两个分子表面几何形态互补，由于许多原子协同作用，范德华力就能成为分子间有效引力。范德华力对生物多层次结构的形成和分子的相互识别与结合有重要意义。(四)、荷电基团相互作用荷电基团相互作用，包括正负荷电基团间的引力，常称为盐键(salt bond)和同性荷电基团间的斥力。力的

15、大小与荷电量成正比，与荷电基团间的距离平方成反比，还与介质的极性有关。介质的极性对荷电基团相互作用有屏蔽效应，介质的极性越小，荷电基团相互作用越强。例如，-COO-与-NH3+间在极性介质水中的相互作用力，仅为在蛋白质分子内部非极性环境中的1/20，在真空中的1/80。(五)、疏水相互作用疏水相互作用(hydrophobic interaction)比范德华力强得多。例如，一个苯丙氨酸侧链由水相转入疏水相时，体系的能量降低约40kj/mol。生物分子有许多结构部分具有疏水性质，如蛋白质的疏水氨基酸侧链，核酸的碱基，脂肪酸的烃链等。它们之间的疏水相互作用，在稳定蛋白质，核酸的高层次结构和形成生物

16、膜中发挥着主导作用。第四章 酶酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。1957巴斯德提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。1 分子Glc2分子乙醇+2分子CO2  从Glc开始，经过12种酶催化，12步反应，生成乙醇。1897  Buchner兄弟证明发酵与细胞的活动无关，不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。1913  Michaelis和Menten提出米氏学说酶促动力学原理。1926  Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶，并证明具有蛋白质性质。1969  化学合成核糖核酸酶

17、。1967-1970  从E.coli中发现第I、第II类限制性核酸内切酶。1986  Cech发现四膜虫细胞大核期间26S rRNA前体具有自我剪接功能。ribozyme ，   deoxyribozyme          E.coRI                

18、0;  5GAATTC3                   3CTTAAG5             限制作用               

19、;         修饰作用        5GAATTC3           5GAATTC3        3CTTAAG5          

20、 3CTTAAG5第一节 酶学概论一、 酶的生物学意义大肠杆菌生命周期20分钟，生物体内化学反应变得容易和迅速进行的根本原因是体内普通存在生物催化剂酶。没有酶，生长、发育、运动等等生命活动就无法继续。限制性核酸内切酶（限制-修饰）二、 酶的概念及其作用特点1、 酶是一种生物催化剂酶是一类具有高效率、高度专一性、活性可调节的高分子生物催化剂。生物催化剂 ：酶(enzyme)，核（糖）酶(ribozyme)，脱氧核（糖）酶(deoxyribozyme)2、 酶催化反应的特点（1）、 催化效率高酶催化反应速度是相应的无催化反应的108-1020倍，并且至少高出非酶催化反应速度几个数量级。（2）、 专

21、一性高酶对反应的底物和产物都有极高的专一性，几乎没有副反应发生。（3）、 反应条件温和温度低于100，正常大气压，中性pH环境。（4）、 活性可调节根据据生物体的需要，许多酶的活性可受多种调节机制的灵活调节，包括：别构调节、酶的共价修饰、酶的合成、活化与降解等。（5）、 酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子3、 酶与非生物催化剂相比的几点共性：催化效率高，用量少（细胞中含量低）。不改变化学反应平衡点。降低反应活化能。P234 图4-1  非催化过程及催化过程自由能的变化反应前后自身结构不变。催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条活化能比原途径低的途径进行，催化剂的效应

22、只反映在动力学上（反应速度），不影响反应的热力学（化学平衡）。三、 酶的化学本质（一） 酶的蛋白质本质经典概念：所有的酶都是蛋白质，酶是具有催化功能的蛋白质，因此酶具有蛋白质的一切共性。1、 酶的蛋白质组成有些酶仅由蛋白质组成，例如，脲酶、溶菌酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等有些酶不仅含有蛋白质（酶蛋白），还含有非蛋白质成分（辅助因子），只有酶蛋白与辅助因子结合形成复合物（全酶）才表现出酶活性，如超氧化物歧化酶Cu2+、Zn2+）、乳酸脱氢酶（NAD+）酶的专一性由酶蛋白的结构决定，辅助因子传递电子或某些化学基团。2、 酶的辅助因子酶的辅助因子主要有金属离子（Fe2+、Fe3+ 、Cu+、Cu

23、2+、 Mn2+、Mn3+、Zn2+、Mg2+ 、K+、 Na+ 、Mo6+ 、Co2+等）和有机化合物。辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基：与酶蛋白结合较紧。       酶                     辅助因子CuZn-SOD       

24、0;   Cu2+  Zn2+Mn-SOD                Mn2+过氧化物酶              Fe2+或Fe3+II型限制性核酸内切酶    Mg2+羧肽酶   &

25、#160;              Zn2+P235  表4-1 一些酶的辅助因子（金属离子）P237  表4-2  基团反应中的辅酶和辅基。酶蛋白决定酶专一性，辅助因子决定酶促反应的类型和反应的性质。比如，NAD+可与多种酶蛋白结合，构成专一性强的乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶。生物体内酶种类很多，而辅助因子种类却很少，原因是一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。（二） ribo

26、zyme核酶（具有催化功能的RNA）1980以前，已知所有的生物催化剂，其化学本质都是蛋白质。80年代初，美国科罗拉多大学博尔德分校的Thomas Cech和美国耶鲁大学Sidney Altman各自独立发现RNA具有生物催化功能，此发现被认为是近十年生化领域最令人鼓舞的发现，此二人分亨1989诺贝尔化学奖。ribozyme种类：自我剪接ribozyme   自我剪切ribozyme    催化分子间反应ribozyme后边细讲四、 按酶蛋白的亚基组成及结构特点分类1、 单体酶由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子牛胰RNase

27、60;     124a.a    单链鸡卵清溶菌酶    129a.a    单链胰凝乳蛋白酶    三条肽链单体酶种类较少，一般多催化水解反应。2、 寡聚酶由两个或两个以上亚基组成的酶，亚基可以相同或不同，一般是偶数，亚基间以非共价键结合。含相同亚基的寡聚酶苹果脱胱氢酶（鼠肝），2个相同的亚基含不同亚基的寡聚酶琥珀酸脱氢酶（牛心），2个亚基寡聚酶中亚基的聚合，有的与酶的专一性有关，有

28、的与酶活性中心形成有关，有的与酶的调节性能有关。大多数寡聚酶是胞内酶，而胞外酶一般是单体酶。3、 多酶复合体由两个或两个以上的酶，靠非共价键结合而成，其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。如脂肪酸合成酶复合体。例如：大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶（E1）          以二聚体存在2×9600二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）  70000二氢硫辛酸脱氢酶（E3）   

29、0;  以二聚体存在2×56000复合体：12个E1二聚体  24×96000             24个E2单体    24×70000             6个E3二聚体   12×56000 &#

30、160; 总分子量560万4、 多酶融合体一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，这往往是基因融合的产物。例如：天冬氨酸激酶I-高丝氨酸脱氢酶I融合体（双头酶）该酶是四聚体4，每条肽链含两个活性区域：N-端区域是Asp激酶，C端区域是高Ser脱氢酶。五、 酶在细胞中的分布一个细胞内含有上千种酶，互相有关的酶往往组成一个酶体系，分布于特定的细胞组分中，因此某些调节因子可以比较特异地影响某细胞组分中的酶活性，而不使其它组分中的酶受影响。1. 分布于细胞核的酶核被膜           

31、       酸性磷酸酶染色质                  三磷酸核苷酶核仁                    核糖核酸酶核内可溶性部分&#

32、160;         酵解酶系、乳酸脱氢酶2. 分布于细胞质的酶参与糖代谢的酶         酵解酶系                       磷酸戊糖途径酶系参与脂代谢的酶  &

33、#160;      脂肪酸合成酶复合体参与a.a蛋白质的酶      Asp氨基转移酶参与核酸合成的酶       核苷激酶  核苷酸激酶3. 分布于内质网的酶       光滑内质网       胆固醇合成酶系      粗糙

34、内质网      蛋白质合成酶系    （细胞质一侧）4. 分布于线粒体的酶外膜：酰基辅酶A合成酶内膜：NADH脱氢酶基质：三羧酸循环酶系      脂肪酸-氧化酶系5. 分布于溶酶体的酶水解蛋白质的酶水解糖苷类的酶水解核酸的酶水解脂类的酶6. 标志酶有些酶只分布于细胞内某种特定的组分中，核：    尼克酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶，功能：DNA、RNA生物合成线粒体：琥珀酸脱氢酶（电子转移、三羧酸循

35、环）溶酶体：酸性磷酸酶（细胞成分的水解）微粒体：（核蛋白体、多核蛋白体、内质网）Glc-6-磷酸酶上清液：乳酸脱氢酶第二节 酶的国际分类及命名一、 习惯命名1961年6以前使用的酶沿用习惯命名1.（绝大多数酶）依据底物来命名如：催化蛋白质水解的酶称蛋白酶。催化淀粉水解的酶称淀粉酶。2. 依据催化反应的性质命名如：水解酶、转氨酶3 结合上述两个原则命名，琥珀酸脱氢酶。4. 有时加上酶的来源如：胃蛋白酶、牛胰凝乳蛋白酶习惯命名较简单，但缺乏系统性。二、 国际系统命名系统名称应明确标明酶的底物及催化反应的性质。如：草酸氧化酶（习惯名），系统名称：    草酸：

36、氧氧化酶又如：谷丙转氨酶（习惯名），系统名：    丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶反应：丙氨酸+-酮戊二酸Glu+丙酮酸三、 国际系统分类法及编号（EC编号）原则：将所有酶促反应按性质分为六类，分别用1、2、3、4、5、6表示。再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个亚类，编号用1、2、3，每个亚类又可分为若干个亚一亚类，用编号1、2、3表示。每一个酶的编号由4个数字组成，中间以“·”隔开。第一个数字表示大类，第二个数字表示亚类，第三个表示亚-亚类，第四个数字表示在亚-亚中的编号。1、 氧化还原酶类催化氧化还原反应： &

37、#160; A·2H+B=A+B·2H乳酸：NAD+氧化还原酶（EC1.1.1.27），    习惯名：乳酸脱氢酶         图2、 转移酶类AB+C=A+BCAla：酮戊二酸氨基移换酶（EC2.6.1.2），    习惯名： 谷丙转氨酶         图3、 水解酶类催化水解反应，包括淀粉酶、核酸酶、蛋白酶、脂酶。亮氨酸氨基肽水

38、解酶（EC3.4.1.1），    习惯名：  Ile氨肽酶。4、 裂合酶类（裂解酶）催化从底物上移去一个基团而形成双键的反应或其逆反应二磷酸酮糖裂合酶（EC4.1.2.7），     习惯名：醛缩酶5、 异构酶（EC5.3.1.9）催化同分异构体相互转化，6-磷酸Glc异构酶6、 合成酶（连接酶）催化一切必须与ATP分解相偶联、并由两种物质合成一种物质的反应。P241 表4-8 酶的国际分类大类和亚类举例：乙醇脱氢酶的分类编号是 EC1.1.1.1 ，乳酸脱氢酶EC1.1.1.27 ， 苹果酸

39、脱氢酶EC1.1.1.37第一个数字表示大类：    氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体：NAD+或NADP+第四个数字表示此酶底物：乙醇，乳酸，苹果酸。前面三个编号表明这个酶的特性：反应性质、底物性质（键的类型）及电子或基团的受体，第四个编号用于区分不同的底物。酶的物种和组织的差异来自不同物种或同一物种不同组织或不同细胞器的同一种酶，虽然它们催化同一个生化反应，但它们的一级结构可能不相同，有时反应机制也可能不同，可是无论是酶的系统命名法还是习惯命名法，对这些均不加以区别，而定为相同的名称，这是因为命名酶的根据是酶所催化的反应。例

40、如，  SOD不管来源如何，均催化如下反应2O2-+2H+H2O2+O2    H2O2再由过氧化氢酶催化、分解它们有同一个名称和酶的编号EC1.15.1.1实际此酶可分三类：CuZn-SOD   真核生物细胞质中Mn-SOD     真核生物线粒体中Fe-SOD即使同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结构也有很大不同。因此，在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。第三节 酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶促反应的速度以及影响酶促反应速度的各

41、种因素，包括低物浓度、酶浓度、pH、温度、激活剂与抑制剂、等。一、 酶的量度酶的含量不能直接用重量和摩尔数表示（不纯、失活、分子量不知），而采用酶的活力单位表示1、 酶活力与酶促反应速度酶活力：用在一定条件下，酶催化某一反应的反应速度表示。反应速度快，活力就越高。酶量酶活力一反应速度酶促反应速度的表示方法：单位时间、单位体积中底物的减少量或产物的增加量。单位：浓度/单位时间      P243  图4-4  酶反应速度曲线研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准。因为底物浓度降低、酶部分失活产物

42、抑制和逆反应等因素，会使反应速度随反应时间的延长而下降。2、 酶的活力单位（U）国际酶学会标准单位：在特定条件下，1分钟内能转化1umol底物的酶量，称一个国际单位（IU）。特定条件：25 pH及底物浓度采用最适条件（有时底物分子量不确定时，可用转化底物中1umol的有关基团的酶量表示）。实际工作中，每一种酶的测活方法不同，对酶单位分别有一个明确的定义。如 ：限制性核酸内切酶用粘度法测活性：定义为30， 1分钟，使底物DNA溶液的比粘度下降25%的酶量为1个酶单位。转化率法：标准条件，5分钟使1ug供体DNA残留37%的转化活性所需的酶量为1个酶单位。凝胶电泳法测活：37，1小时，使1ugDN

43、A完全水解的酶量为1个酶单位。可见，同一种酶采用不同的测活方法，得到的酶活单位是不同的，即使是同一种测活法，实验条件稍有相同，测得的酶单位亦有差异。如 淀粉酶，两种定义A：1 g可溶性starch，在1h内液化所需的enzyme量。B：l ml 2%可溶性starch ，在1h内液化所需的enzyme量。1g 酶制剂溶于1000ml H2O，取0.5ml与2%的starch 20ml反应，pH6.0，10分钟完全液化，求酶活力。A：60/10×20×2%×1/0.5×1000=4800u/克enzyme制剂B：60/10×20/0.5×

44、;1000=240000u/克enzyme制剂3、 酶的比活力  Specific  activity每毫克酶蛋白所具有的酶活力。酶的比活力是分析酶的纯度是重要指标。单位：U/mg蛋白质。有时用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少个活力单位表示。举例：一个酶的分离纯化分为4 步。步骤             1       2    

45、0;  3       4总活力（U）      6       4       3       2总蛋白质（mg）  20      10      

46、; 5       2比活力（U/mg）  6/20    4/10     3/5      2/2酶的提纯过程中，总蛋白减少，总活力减少，比活力增高。酶的纯化倍数：酶的回收率：                

47、0;   ×100%4、 酶的转换数和催化周期分子活性定义：每mol的 enzyme  在1秒内转化substrate的 mol数。亚基或催化中心活性定义：每mol 的active subunit或 active center 在一秒内转化的substrate 的mol 数，称为转换数KcatP244图表44转换数的倒数即为催化周期：一个酶分子每催化一个底物分子所需的时间。如：乳糖脱氢酶转换数为1000/秒，则它的催化周期为10-3秒。二、 底物浓度对酶促反应速度的影响单底物酶促反应，包括异构酶、水解酶及大部分裂合催化的反应。1913

48、 Michaelis 和Menten 提出米曼方程。（一） 底物浓度对酶促反应速度的影响米式学说的提出1903  Henri    研究蔗糖水解反应。                                

49、60;  sucrose +H2O        acid       glucose +fructose                           sucrase酸水解 

50、;       V                      V                    

51、60;                                  sucrose                 

52、;                                 酶水解                 &

53、#160;                                   V        V      

54、;                                enzyme( substrate不变)                &

55、#160;    sucrose  底物浓度与酶促反应速度的关系：当底物浓度不断增大时，反应速度不再上升，趋向一个极限，酶被底物饱和（底物饱和现象）。中间产物假说：酶与底物先络合成一个中间产物，然后中间产物进一步分解成产物和游离的酶。证据：（1）竞争性抑制实验（2）底物保护酶不变性（3）结晶ES复合物的获得。米式学说：1913年，Michaelis和Menten继承和发展了中间产物学说，在前人工作基础上提出酶促动力学的基本原理，并以数学公式表明了底物浓度与酶促反应速度的定量关系，称米式学说：（二） 米式方程的导出：1、 基于快速平衡假说早年的米

56、式方程最初，Michaelis和Menten是根据“快速平衡假说”推出米式方程。快速平衡假说： 在反应的初始阶段，底物浓度远远大于酶浓度，因此，底物浓度S可以认为不变。 游离的酶与底物形成ES的速度极快，E + S       ES，而ES形成产物的速度极慢，ES分解成产物P对于ES浓度的动态平衡没有影响，不予考虑。K1、K2K3 因为研究的是初速度，P的量很小，由P        ES可以忽略不记。ES的生成速度：K1（E - ES）SES的分解速度：K

57、2ESK1（E - ES）S  =  K2ES反应速度：KS现在称为底物常数2、 Briggs和Haldane的“稳态平衡假说”及其对米式方程的发展：稳态平衡假说：ES的的生成与分解处于动态平衡（稳态），有时必须考虑ES分解成产物P对于ES动态平衡的影响（ES分解速度）。或者说，ES的动态平衡（分解速度）不仅与ES        E+S有关，还与ES         P + E有关。稳态平衡假说的

58、贡献在于第点。用稳态假说推导米式方程：ES生成速度：k1（E - ES）SES分解速度：k2ES+k3ES以上两个速度相等。k1（E - ES）S = k2ES+k3ES反应速度：Vmax=k3 EKm称米氏常数，当Km及Vmax已知时，即可确定酶反应速度与底物浓度的关系。（三） 米式方程讨论1、 快速平衡假说与稳态平衡假说的实质区别当K1、K2K3时，即ES       P是整个反应平衡中极慢的一步，那么这就是早年提出的米式方程因此说，稳态平衡 = 快速平衡 + 慢速平衡，当ES    

59、60;    P（即K3/K1）极慢时，稳态平衡基本等于快速平衡2、 Km的物理意义当反应速度v=1/2 Vmax时， Km = S，Km的物理意义是：当反应速度达到最大反应速度的一半时底物的浓度。单位：与底物浓度的单位一致，mol·L-1或mmol·L-1Km是酶的特征常数之一。一般只与酶的性质有关，与酶的浓度无关。不同的酶Km值不同。  P248  表4-5  一些酶的Km值。3、 Km与天然底物如果一个酶有几种底物，则每一种底物各有一个特定的Km，其中Km最小的底物称该酶的最适底

60、物或天然底物。因为Km愈小（达到Vmax一半所需的底物浓度愈小）表示V变化越灵敏底物。4、 Km、Ks与底物亲和力Km称米式常数，Km=（K2+K3）K1 ，从某种意义上讲，Km是ES分解速度（K2+K3）与形成速度（K1）的比值，它包含ES解离趋势（K2K1）和产物形成趋势（K3K1）。Ks称为底物常数，Ks=K2K1，它是ES的解离常数，只反映ES解离趋势，因此，1/Ks可以表示酶与底物的亲和力大小（ES形成趋势），不难看出，底物亲和力大不一定反应速度大（产物形成趋势，K3K1）只有当K2、K1K3时，KmKs，因此，1/Km只能近似地表示底物亲和力的大小。问题：（1） Km越小，底物亲和

61、力越大（X）（2） Ks越小，底物亲和力越大（）（3） 天然底物就是亲和力最大的底物（X）（4） 天然底物就是Km值最小的底物（）5、 Km与米式方程的实际用途已知V求S已知S求V相对速度（酶活性中心被占据分数Y）：当v=Vmax时，表明酶的活性部位已全部被底物占据，v与S无关，只和Et成正比。当v=1/2 Vmax时，表示活性部位有一半被占据。设定达到最大反应速度的0.9倍时，所需底物浓度为S0.9S0.9=9Km同理有：S0.8=4Km             

62、 S0.7=2.33Km              S0.6=1.5Km              S0.5=1Km              S0.1=1/9KmS0.

63、9 /S0.1=81S0.7/S0.1=21（四） Km和Vmax的求解方法1、 双倒数作图法要从实验数据所得到的v-S曲线来直接决定Vmax是很困难的，也不易求出Km值。由米式方程两边取倒数：将实验所得的初速度数据v和S取倒数，得各种1/v和1/S值，将1/v对1/S作图，得P250 图4-6上图S范围在0.3302.0Km，最适。若S范围在3.320 Km ，直线斜率太小。若S范围在0.0330.2 Km ，直线斜率太大。如当Km=1×10-5mol/L时，实验所取底物浓度范围应在0.33×10-52.0×10-5mol/L。一般选底物浓度应考虑能否得到1/S

64、的常数增量。如当选S为1.01、1.11、1.25、1.42、1.66、2.0、2.5、3.33、5.0、10时1/S为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0是常数增量。反之，若选S为常数增量1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、10时，1/S为0.1、0.111、0.125、0.5、1.0，是非常数增量，点多集中在1/v轴附近。2、 VV/S作图法P250  图4-7三、 多底物的酶促反应前面讨论的米氏方程（推导米氏方程时用的是单底物），适用于单底物酶促反应，如异构、水解及大部分裂合反应，不适用于多底物反应。A、B、C表示底物，按

65、照底物与酶的结合顺序，产物则按它们从酶产复合物中释放次序分别用P、Q、R表示。双底物酶促反应已知有三种机理1、 有序顺序反应机理底物A、B与酶结合的顺序是一定的，产物P、Q的释放顺序也是一定的。       P251 举例：P251 乙醇脱氢酶2、 随机顺序反应机理底物A、B与酶结合的顺序是随机的，产物P、Q的释放顺序也是随机的。P252如糖原磷酸化酶3、 乒乓反应机理先结合第一个底物A，释放第一个产物P，酶的构象发生变化，结合第二个底物B，释放第二个产物Q。       P

66、252 举例：  谷丙转氨酶四、 pH对酶促反应速度的影响1. pH影响酶活力的因素影响酶蛋白构象，过酸或过碱会使酶变性。影响酶和底物分子解离状态，尤其是酶活性中心的解离状态，最终影响ES形成。影响酶和底物分子中另一些基团解离，这些基团的离子化状态影响酶的专一性及活性中心构象。2酶的最适pH和稳定性pH最适pH：使酶促反应速度达到最大时的介质pH。酶在试管反应中的最适pH与它所在细胞中的生理pH不一定完全相同，为什么？几种酶的最适pH，见P253表46。稳定性pH：在一定pH范围内，酶不会变性失活，此范围称酶的稳定性pH。    &#

67、160;    图A最适pH曲线：最适pH=6.8B稳定性pH曲线：pH58曲线B：将酶在不同pH下保温，再调回pH6.8，测定反应速度。曲线B说明，在pH6.88及56.8范围内反应速度的降低，不是由于酶蛋白变性失活造成的，而是由于酶或底物形成了不正常的解离，而在pH 8和pH5范围，则是由两种因素共同作用的结果。虽然大部分酶的pH酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。P254 图4-9 酶的pH酶活曲线五、 温度对酶促反应速度的影响。1最适温度及影响因素  温度对酶促反应速度的影响有两个方面：提高温度，加快反应速度。提高温度，酶变性失活。

68、这两种因素共同作用，在小于最适温度时，前一种因素为主；在大于最适温度时，后一种因素为主。最适温度就是这两种因素综合作用的结果。温度系数Q10：温度升高10，反应速度与原来的反应速度之比，Q10一般为12。温血动物的酶，最适温度3540，植物酶最适温度4050，细菌Taq DNA聚合酶70。2酶的稳定性温度在某一时间范围内，酶活性不降低的最高温度称该酶的稳定性温度。酶的稳定性温度有一定的时间限制。稳定性温度范围的确定方法：将酶分别在不同温度下预保温一定时间，然后回到较低温度（即酶的热变性失活作用可忽略的温度），测酶活性。      &#

69、160;  图酶浓度高、不纯、有底物、抑制剂和保护剂会使稳定性温度增高。酶的保存：液体酶制剂可以利用上述5种因素中的几种，低温（几个月）。干粉，可在室温下放置一段时间，长期保存，应在低温冰箱中。六、 酶浓度对酶促反应速度的影响如果底物浓度足够大，使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。Vmax  =  K3 ES过量且不变时，vE。七、 激活剂对酶促反应速度的影响凡是能提高酶活性的物质，都称为激活剂。activator激活剂作用包括两种情况：一种是由于激活剂的存在，使一些本来有活性的酶活性进一步提高，这一类激活剂主要是离子或简单有机化合物。另一种是

70、激活酶原，无活性有活性，这一类激活剂可能是离子或蛋白质。1、 无机离子的激活作用（1）金属离子：K+ 、Na+、Mg2+ 、Zn2+、Fe 2+ 、Ca2+（2）阴离子：cl-、Br -（3）氢离子许多金属离子是酶的辅助因子，是酶的组成成分，参与催化反应中的电子传递。有些金属离子可与酶分子肽链上侧链基团结合，稳定酶分子的活性构象。有的金属离子通过生成螯合物，在酶与底物结合中起桥梁作用。注意：（1） 无机离子的激活作用具有选择性，不同的离子激活不同的酶。（2） 不同离子之间有拮抗作用，如Na+与K+、Mg+与Ca+，但Mg+与Zn+常可替代。（3） 激活剂的浓度要适中，过高往往有抑制作用，150

71、mM2、 简单有机分子的激活作用还原剂（如Cys、还原型谷胱甘肽）能激活某些活性中心含有SH的酶。金属螯合剂（EDTA）能去除酶中重金属离子，解除抑制作用。抑制剂对酶促反应速度的影响酶是protein ，凡可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用称为酶的失活作用。抑制作用：使酶活力下降但并不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用。（不可逆抑制、可逆抑制）抑制剂（inhibitor）：不引起酶蛋白变性，但能使酶分子上某些必需基团（活性中心上一些基团）发生变化，引起酶活性下降，甚至丧失，此类物质称为酶的抑制剂。研究抑制剂对酶的作用有重大的意义：（1） 药物作用机理和抑制剂型药物的设计与开发：抗癌药（2） 对

72、生物体的代谢途径进行认为调控，代谢控制发酵（3） 研究酶的活性中心的构象及其化学功能基团，不仅可以设计农药，而且也是酶工程和化学修饰酶、酶工业的基础（一） 不可逆抑制作用（非专性必、专一性）抑制剂与酶活性中心基团共价结合，使酶的活性下降，无法用透析法除去抑制剂。1、 非专一性不可逆抑制剂此类抑制剂可以和一类或几类基团反应。它们不但能和酶分子中的必需基团作用，同时也能和相应的非必需基团作用。（1）、 酰化剂二异丙基磷酰氟酯（DFP，神经毒气）和许多有机磷农药都属于磷酰化剂，能与酶活性中心Ser的OH结合，抑制某些蛋白酶及酯酶。这类化合物的作用机理是强烈地抑制与中枢神经系统有关的乙酰胆碱脂酶，使乙

73、酰胆碱不能分解为乙酰和胆碱。乙酰胆碱的堆积，引起一系列神经中毒症状。258 结构式：磷酰化剂与DFPP259  反应式：磷酰化剂与胆碱酯酶形成磷酰化胆碱酯酶解毒剂：PAM（解磷定），可以把酶上的磷酸根除去。（2）、 烷化剂许多有机汞、有机砷都是烷化剂，可以使酶的巯基烷化P259 反应式：对氯汞苯甲酸与巯基酶的反应有机汞、有机砷化合物和重金属还可以与还原型硫辛酸（人体重要的辅酶）反应解毒剂：二巯基丙醇（3）、 氰化物与含铁扑啉的酶中的Fe2+结合，阻抑细胞呼吸。（4）、 重金属 Ag、Cu、Hg、Cd、Pb能使大多数酶失活，EDTA可解除。（5）、 还原剂以二硫键为必需基团的酶，可以被巯基乙醇、二硫苏糖醇等巯基试剂还原失活。（6）、 含活泼双键试剂（与、反应）乙基顺丁烯二酰亚胺         图（7）、 亲电试剂四硝基甲烷，可使Tyr硝基化。         图2、 专一性不可逆抑制此类抑制剂仅仅和活性部位的有关基团反应。（1）、 Ks型专一性不可逆抑制剂Ks型抑制剂不仅具有与底物相似的、可与酶结合的基团，同时还有一个能与酶的其它基团反应