王玮生物化学第4章

第四章酶本章内容：Ⅰ、酶的概念Ⅱ、酶促动力学Ⅲ、酶学发展及动向Ⅰ、酶的概念一、酶催化作用的特点二、酶的化学本质及组成三、酶的命名与分类四、酶的活性中心五、酶活性酶的概念:酶是活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸。

一、酶的概念一、酶催化作用特点：与一般化学催化剂相比，其共性有：1、用量少而催化效率高；2、不改变化学反应的平衡点；3、可降低反应的活化能：活化能：在一定温度下1mol底物全部进入活化态所需要的自由能。一、酶的概念（一）催化效率高：比较Fe3+和H2O2酶同样条件下的催化效果：

1mol/LH2O2酶1051mol/LFe3+10-5酶促反应比非催化反应高10-1020倍；比催化反应高107-1013倍。0℃，1sec，分解H2O2量（二）、具高度专一性一种酶只能催化一种或一类十分相似的反应。底物（substrate，S)：酶作用的物质。绝对专一性：只作用一种底物。相对专一性：作用于一类底物。胰蛋白酶的基团专一性三、酶促反应机理乳酸脱氢酶的光学专一性消化道几种蛋白酶的专一性三、酶促反应机理三种Ser蛋白酶的专一性糜蛋白酶：Phe、Tyr和Trp等有疏水侧链aa；弹性蛋白酶：Ala等小的有疏水侧链aa；胰蛋白酶：三、酶促反应机理（三）、酶易失活：凡使pr变性的因素都可使酶破坏,酶在温和条件下作用。

（四）、酶活性受多种方式调控：如：抑制剂、反馈抑制、酶原激活、激素等。（五）、有些酶的活性与辅酶、辅基及金属离子有关。酶除去，酶失活。一、酶的概念二、酶的化学本质及组成（一）、酶的化学本质：1、大多数酶是蛋白质：有空间结构；两性性质；胶体性质；变性失活；可被蛋白酶分解；结晶；测序。2、某些RNA具有催化活性,将本质为RNA

的酶称核酶（ribozymes)。一、酶的概念（二）按酶的分子特点分：1、单体酶：一条肽链构成。2、寡聚酶：几到几十个亚基（相同或不同）组成。3、多酶体系：几种酶彼此嵌合的复合体，有利于一系列反应连续进行。（三）、根据酶的组成分类：1、单纯酶（简单蛋白质）：

其活性仅取决于其蛋白质结构。如：蛋白酶、淀粉酶等。一、酶的概念2、结合酶：酶蛋白+辅因子=全酶

辅因子(cofacter)：热稳定的非蛋白小分子。按分子组成：金属离子：Mg2+、Mn2+

小分子有机物：NAD+、NADP+

按与酶的结合程度:辅酶(coenzyme):

结合较松，可透析去除；

辅基(prostheticgrup)：

结合较紧，透析不易除去。酶蛋白——负责专一性；辅因子——负责电子、原子或基团转移。同一辅因子可与多种不同酶蛋白结合，显示不同催化活性。甘油醛-3-磷酸脱氢酶的

结构域和辅酶一、酶的概念三、酶的命名与分类（一）酶的命名1、习惯命名：原则：根据酶的底物命名：如：淀粉酶、蛋白酶；根据酶所催化的反应性质命名：如：转氨酶；综合上述两原则命名：如：乳酸脱氢酶；上述命名加酶来源或酶的其它特点：如：胃蛋白酶、碱性磷酸酶。

2、国际系统命名法每个酶有两个名称：系统名、惯用名惯用名：简单、便于使用；系统名：明确标明酶的底物及催化反应的性质。二、酶的命名与分类惯用名

系统名

谷丙转氨酶

丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶

催化反应

Ala+α-酮戊二酸→Glu+丙酮酸（二）酶的分类国际酶学委员会根据酶催化反应的类型分类：1、氧化还原酶2、转移酶3、水解酶4、裂解酶5、异构酶6、合成酶二、酶的命名与分类酶的编号EC为EnzymeCommision酶学委员会缩写二、酶的命名与分类四、酶的活性中心（activecenter)（一）概念：活性中心：酶分子中能同底物结合并起催化作用的空间部位。三、酶促反应机理羧肽酶的活性中心实验：酶蛋白经水解切去部分肽链后，残留部分仍有活性。说明：参与催化反应的只是其中一小部分，即活性中心。活性中心的实质活性中心即酶分子中在三维结构上相互靠近的几个aa残基或其上的某些基团。活性中心以外的部分对酶催化次要但对活性中心形成提供结构基础。胰凝乳蛋白酶的活性中心（二）活性中心的功能部位：结合部位：酶分子上与底物结合的部位。催化部位：底物在此发生一定的化学变化。三、酶促反应机理（三）活性中心的特点：1、仅为酶体积的很小部分；2、具有一定的空间构象；3、S与E靠次级键结合；4、是由特定空间构象维持的一个裂隙。三、酶促反应机理溶菌酶活性中心（四）研究酶活性中心的方法：1、通过研究专一性底物判断确定E活性中心的结构；2、用化学修饰法共价修饰E分子的一些功能基团，以查出哪些基团是活性必需的；3、X-衍射直接探明活性中心。三、酶促反应机理五、酶活性（enzymeactivity):（一）概念：酶活性（酶活力）：

指酶催化一定化学反应的能力。用酶所催化的某一化学反应速度的快慢来表示酶的含量和存在。三、酶促反应机理（二）表示方法：1、酶活力单位（activeunit,U，I.U）：

特定条件下（25℃），在1分钟内能转化1微摩尔底物的酶量。2、酶的转换数（katal，kat）：

在最适条件下（30℃）每秒钟1个酶分子转换底物的分子数。1kat=6×107

I.U3、酶的比活力：指每mg酶蛋白所具有的酶活力，一般用

U/mg蛋白表示。4、用反应初速度（v）

来表示：测单位时间内、单位体积中底物减少或产物增加量来表示浓度/单位时间.三、酶促反应机理(三）、测酶活性的方法：化学滴定法、比色法、旋光率和气体测定。Ⅱ、酶促反应动力学酶与底物间的作用米氏方程影响酶促反应的因素酶促反应的机制

酶促反应动力学是研究酶促反应的速度及影响此速度的各种因素的科学。一、酶与底物间的作用（一）问题提出：1、酶如何使反应活化能降低？2、如何解释[S]与v曲线？（二）中间产物学说：1、学说认为：当酶催化一化学反应时，首先E和S结合形成中间产物

ES，然后它再分解成产物P并释放酶E。S+E→ES→E+P2、中间产物1）中间产物比底物需较少的活化能就可分解成产物并放出酶。2）[ES]决定酶促反应速度。3）中间产物形成的实验依据：电镜直接观察；吸收光谱变化证明羧肽酶A的结构由于结合了底物而改变A:未结合底物B:E-S中间复合物三、酶促反应机理H2O2酶（含铁卟啉）：红褐色，+在645、583、498nm处有光吸收；加H2O2后：酶液由褐转红，增加了561、530nm光吸收带，说明有新物质；

H2O2+EH2O2-E若加入氢供体（焦性没食子酸）后：二条新带消失。

H2O2-E+AH2A+E+2H2O三、酶促反应机理吸收光谱的变化可证明：（三）过渡态互补：

Pauling提出过渡态理论认为：

E与S的过渡态互补，亲和力最强，释放的结合能使反应活化能降低，有利于S跨越能垒，使反应加速。证明：①人工合成了过渡态类似物；②用过渡态类似物制备出抗体酶。三、酶促反应机理抗体酶中间产物类似物免疫动物抗体此抗体具：

1）加快反应速度102-105倍；

2）具酶性质：专一性、催化活性、酶动力学行为均符合；

抗体酶前景：可用于研究、肿瘤治疗。二、米氏方程

Michaelis&Menten根据中间产物学说推导出表示酶促反应中底物浓度与反应速度关系的公式称~。米氏方程：三、酶促反应机理Km

+[S]V[S]υ=（一）米氏方程的推导：根据中间产物学说：

式中K1,K2,K3分别为各反应常数，可知：

ES形成速度=K1[E][S]ES分解速度=(K2,+K3)[ES]当反应达恒稳态时,二速度相等,即:

K1[E][S]=(K2,+K3)[ES]S+E→ES→E+PK1K2K3①整理并令：由于[E]与[ES]之和为总的酶浓度[Et],即:[Et]=[E][ES][E]=[Et]－[ES]将③代入②:[ES]K1==[E](K2,+K3)Km②③[ES]=([Et]－[ES])[S]．Km整理得:∵酶促反应速度由[ES]决定,而υ=K3[ES]∴[ES]=将⑤代入④整理得:[ES]=[Et]．[S]Km+[S]④υK3⑤=[Et]．[S]Km+[S]υK3．⑥此时达到最大反应速度Vmax:Vmax=K3[Et]⑦将⑦代入⑥,得米氏方程:⑧当[S]

升高,所有E为S所饱和时,即:

[Et]=[ES]

=．[S]Km+[S]υVmax（二）米氏方程的变化：1、Km＞＞[S]时：

υ=V[S]/

Km

初速度与[S]成正比的一级反应。2、若[S]＞＞Km

时：

υ=V

零级反应3、若[S]=Km

时：

υ=1/2V三、酶促反应机理酶反应速度与[S]的关系(三）米氏常数Km的意义1、概念：

反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。2、单位：

mol/L或mmol/L

3、意义：

①Km是酶的特征性物理常数。

只与E性质有关，与[E]无关；测Km可鉴别酶。

②在一定条件下某酶对某一底物有一定的Km值。因此，测某酶的Km数值，可鉴别酶。三、酶促反应机理③同一E有几个S就有几个Km，

Km最小的为最适S或天然S。④Km大，E与S亲和力弱；

Km小，E与S亲和力强。4、实际用途：1）可由所要求的V求[S]；例：求反应速度达最大反应速度99%时的底物浓度

2）根据已知[S]求该反应V。三、酶促反应机理99%V=V[S]Km+[S]=[S]99%Km（四）测米氏常数的方法：将米氏方程两侧取倒数，以1/υ对1/[S]作图得直线,得Lineweaver-Burk方程：三、酶促反应机理Lineweaver-Burk作图法（双倒数作图法）Km求法:1、量截距；2、量一个截距求斜率三、影响酶促反应的各种因素除[E]、[S]外，外界因素：温度、pH、

激活剂、抑制剂影响酶促反应的强度和方向。三、酶促反应机理（一）温度1、曲线：在一定范围内（0-40℃）

E活性随温度上升而加快；温度达到一定高度（60℃以上）E活性不再增高，反而下降。4、影响因素2、酶促反应最适温度：

酶促反应速度达到最大时的温度。

因E种、E源不同而异。

3、温度影响酶促反应的机理：1）低于最适温度：反应速度随温度上升而加快；2）高于最适温度：E蛋白随温度上升而变性失活。（二）pH1、最适pH：

超出则酶活下降。植物、微生物：最适pH：4-6.5；动物：最适pH：6.5-8为酶特性之一、受各种因素影响。4、影响因素2、pH影响的机理：1）pH影响E活性中心及附近有关基团的解离，使之易或不易与S结合；2）pH影响S的极性基团，从而影响这些基团与E的结合；3）过酸、过碱可使酶变性失活。（三）激活剂1、概念：凡能提高酶活力的物质称激活剂。2、种类：1）无机离子的激活作用：作为活性部位的组分；作为辅助因子的组分；由无机离子与E、S或ES结合引起。如：Mg2+、Ca2+、Co2+、Mn2+等。4、影响因素2）中等大小的有机分子：包括还原剂（使二硫键还原）、

EDTA（去除重金属杂质）等。3）蛋白质类大分子物质：

激活酶原、解除抑制剂的抑制作用。如：pr与重金属离子结合，解除抑制剂的抑制。4、影响因素酶的激活与抑制（四）抑制剂1、概念：抑制剂（inhibitor,I)：

凡与E结合后，使E的活性部位结构和性质改变而引起E活性降低或丧失的物质，叫~。抑制作用(inhibition)：

任何使E活性降低或丧失的作用统称为~.4、影响因素2、抑制作用的类型：1）不可逆抑制：通常I以较牢固的共价键与E蛋白中的基团结合，引起E失活。透析、超滤不能除去I。4、影响因素不可逆抑制剂：有机磷、烷化剂：作用于Ser、Thr的-OH；

如：有机磷农药、二战毒气等作用于催化乙酰胆碱水解的胆碱酯酶，引起一系列神经中毒症状；临床用羟肟酸缓解症状。

氰化物：作用于Fe2+，抑制细胞呼吸；重金属盐、汞、砷：作用于含-SH的酶；2）可逆抑制：I与E的结合往往是非共价键结合，是可逆结合，可用透析法除去I。可逆抑制根据I与S的关系分三类：竞争性抑制：非竞争性抑制：反竞争性抑制：①竞争性抑制：

I在分子结构上与S类似，I与S竞争性与E结合，使酶促反应速度下降。但，若[S]高，则此效应减小。4、影响因素反应通式：

E+SSEE+P+IEI特点：I与S结构类似；抑制程度取决于[I]和[S]以及与E的亲和力；可通过增加[S]来减轻或解除抑制。竞争性抑制机理：I占了S的位子；

E与I或S结合后构象发生变化，产生不利于另一个结合的构象。4、影响因素应用：

药物设计的依据。如磺胺、5-氟尿嘧啶（5-FU）等。对氨基苯甲酸(PABA)对氨基苯磺酰胺②非竞争性抑制：S与I可同时结合在酶的不同部位上，形成ESI，因此酶活性降低。此类I与E活性中心以外的基团结合，其结构可能与S无关。4、影响因素特点：通过I与E的结合，改变酶结构和性质；Vmax减小；抑制取决于[I]。非竞争抑制的通式三、影响酶促反应的各种因素竞争与非竞争抑制的动力学区别竞争性抑制：Vmax不变；Km增大，增加[S]可克服。非竞争性抑制：

Km不变；Vmax减小，增加[S]不可克服。四、酶作用机理（一）锁钥学说：1894年E.Fischer提出：S分子或其一部分像钥匙一样楔入E活性中心部位。此学说强调E与S结构互相吻合(刚性模板)。3、酶作用机理（二）诱导契合学说1958年Koshland提出：当E与S接近时，E蛋白受S分子的诱导，其构象发生有利于S结合的变化，E与S在此基础上互补契合、进行反应。3、酶作用机理（三）使酶具高催化效率的因素：①邻近定向效应：

S分子向E活性中心靠近，且趋向E催化部位，使活性中心这一局部区域[S]增加，并使S分子发生扭曲，易于断裂，降低反应所需活化能。从而加快反应速度。三、酶促反应机理②“张力”和“形变”：X衍射证实：E使S分子中敏感键中某些基团的电子密度变化，产生电子张力，使其发生变形，更易于断裂。5、酶高效的因素A：S变形B：S和E都变形③酸碱催化：指E分子上某些基团作为质子供体和质子受体对S进行（广义的）酸碱催化。1、醛的水合作用2、肽的水解作用5、酶高效的因素④共价催化：

E分子中的亲核基团提供电子，对S中亲电子的碳原子进行攻击，生成ES使反应活化能降低，S可越过较低的能垒而形成产物。⑤酶活性中心是低介电区域：

可排除高极性的水分子，使S的敏感键与E的催化基团有高反应力，从而加速反应。5、酶高效的因素五、酶活性的调节（一）酶原激活（二）变构酶（三）酶的共价修饰（一）酶原的激活：1、概念：

酶原（proenzyme)：

没有催化活性的酶的前体(precursor)。

酶原激活（活化）：

从不具活性的酶原转变为有活性的酶的过程。

其实质是一个或一些专一的肽被裂解，使酶活性中心形成或暴露的过程。如：胃蛋白酶原胃蛋白酶+42肽HCl4、影响因素胰蛋白酶原激活胰蛋白酶原胰蛋白酶+6肽肠激酶4、影响因素糜蛋白酶原的激活五、酶活性的调节2、生物学意义：保护意义：消化道酶原；储存意义：凝血酶原。（二）别构酶

(allostericenzymes)：1、概念：亦称变构酶，是一类重要的调节酶。一般为寡聚酶（两个以上亚基组成），易发生构象改变。其上有二个重要部位：活性部位和别构部位Asp转氨甲酰酶别构酶结构的部位1）活性部位：

负责E对S的结合与催化；2）别构部位：

可结合调节物，负责调节酶反应速度。

这两部位可在不同亚基或同一亚基不同部位上。五、酶活性的调节2、别构效应：1）概念：

当S或S以外的物质与E的别构部位非共价结合后，通过E分子构象的变化影响E催化活性的效应称~。五、酶活性的调节2）别构效应剂：

引起别构效应的物质。分两种：别构激活剂：正协同，加快反应速度的，多为S。

如：ATP对ATCase。别构抑制剂：负协同，减慢反应速度，多为代谢终产物。如：CTP对ATCase。五、酶活性的调节别构酶通常为代谢途径第一个酶或分支点上第一个酶。3、别构酶动力学曲线：大多数别构酶不符合米氏方程。1、非调节酶曲线2、正协同别构酶3、负协同别构酶五、酶学发展及动向曲线2中[S]的