第四章酶 【目的与要求】 1、掌握酶的概念、化学本质、分子结构与功能。 2、熟悉酶促反应特点、活性中心、酶促反应动力学、酶的调节（变构、共价修饰、 酶原激活、同工酶)。 3、熟悉影响酶促反应各个因素对酶促反应的作用及机制： 4、了解酶催化反应机理及酶活性的测定、酶的命名、分类。 【教学内容】 1、酶的概念、分类，酶促反应特点。 2、酶分子结构与功能，作用机制。 3、酶促动力学。 4、酶的分离、提纯及活性测定 5、重要的藤类。 6、维生素与辅酶。 【重点与难点】 1、酶的结构与功能。 2、酶的作用机制。 3、酶促反应的动力学， 4、辅酶 【教学方法】 课堂讲解 【教学时数】 6学时
第四章 酶 【目的与要求】 1、掌握酶的概念、化学本质、分子结构与功能。 2、熟悉酶促反应特点、活性中心、酶促反应动力学、酶的调节（变构、共价修饰、 酶原激活、同工酶）。 3、熟悉影响酶促反应各个因素对酶促反应的作用及机制。 4、了解酶催化反应机理及酶活性的测定、酶的命名、分类。 【教学内容】 1、 酶的概念、分类，酶促反应特点。 2、 酶分子结构与功能，作用机制。 3、 酶促动力学。 4、 酶的分离、提纯及活性测定。 5、 重要的酶类。 6、 维生素与辅酶。 【重点与难点】 1、酶的结构与功能。 2、酶的作用机制。 3、酶促反应的动力学。 4、辅酶 【教学方法】 课堂讲解 【教学时数】 6 学时
第一节概述 公元前2000多年，我国己有酿酒记载：1877年，Kuhne首次提出enzyme一词：1926 年，Sumner首次从刀豆中提取出脲酶结晶。 一、酶的概念 酶是由生物细胞产生，以蛋白质为主要成分，具有催化能力的生物大分子。 酶具有一般催化剂的特征： 1、自身不被消耗： 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。 二、酶的催化特点： 1、条件温和：常温、常压、pH=7 2、高效性：例：酶促反应速度是非酶促反应速度的1016倍。 1g淀粉酶可催化2吨淀粉发生水解反应。 3、专一性：酶对所催化的反应和底物具有严格的选择性。一般可分为绝对专一性、 相对专一性和立体异构专一性三类。 (1)绝对专一性具有绝对专一性的酶仅作用于一种底物，催化一种反 应。例：脲酶。 (2)相对专一性有些酶的专一性较低，它们能作用于一类化合物或一类化学键。 这种专一性称为相对专一性。其又可分为键专一性和基团专一性，后者对底物化学键两 端的基团有要求。例： >健专一性：酯酶要求底物有酯键 >基团专一性：胰蛋白酶要求底物有肽键并且左侧羰基是由精或赖氨酸提供的。 (3)立体异构专一性酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也 有一定的要求 旋光异构专一性：酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类 底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择性地水解D一葡萄糖形成的1,4一 糖苷键 >几何专一性：有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种 构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合 生成苹果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。 >潜手专一性：有机化学观点属于等同的两个原子或基团，只催化其中一个发生 反应。如：甘油激酶催化甘油生成1-P甘油的反应。 (4)专一性的机理 >锁钥学说(Fischer,1894): 将酶的活性中心比作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性 中心，酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物
第一节 概述 公元前 2000 多年，我国已有酿酒记载；1877 年，Kuhne 首次提出 enzyme 一词；1926 年，Sumner 首次从刀豆中提取出脲酶结晶。 一、酶的概念 酶是由生物细胞产生，以蛋白质为主要成分，具有催化能力的生物大分子。 酶具有一般催化剂的特征： 1、自身不被消耗； 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。 二、酶的催化特点： 1、条件温和：常温、常压、pH=7 2、高效性：例：酶促反应速度是非酶促反应速度的 1016 倍。 1g 淀粉酶可催化 2 吨淀粉发生水解反应。 3、专一性：酶对所催化的反应和底物具有严格的选择性。一般可分为绝对专一性、 相对专一性和立体异构专一性三类。 （1）绝对专 一性 具有 绝对专一 性的酶仅作 用于一种 底物，催 化一种反 应。例：脲酶。 （2）相对专一性 有些酶的专一性较低，它们能作用于一类化合物或一类化学键。 这种专一性称为相对专一性。其又可分为键专一性和基团专一性，后者对底物化学键两 端的基团有要求。例： ➢ 键专一性：酯酶要求底物有酯键 ➢ 基团专一性：胰蛋白酶要求底物有肽键并且左侧羰基是由精或赖氨酸提供的。 （3）立体异构专一性 酶除了对底物分子的化学结构有要求外，对其立体异构也 有一定的要求 ➢ 旋光异构专一性：酶的一个重要特性是能专一性地与手性底物结合并催化这类 底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择性地水解 D －葡萄糖形成的 1 ， 4 － 糖苷键 ➢ 几何专一性：有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应，而对另一种 构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）水合 生成苹果酸，对马来酸（顺丁烯二酸）则不起作用。 ➢ 潜手专一性：有机化学观点属于等同的两个原子或基团，只催化其中一个发生 反应。如：甘油激酶催化甘油生成 1-P-甘油的反应。 （4）专一性的机理 ➢ 锁钥学说（Fischer，1894）： 将酶的活性中心比作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性 中心，酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物
不能解释可逆反应。 >三点附着学说： 立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同，这就可能出现这些基团 与酶分子活性中心的结合基团能否互补匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才 作用于这个底物，如果因排列不同，则不能三点匹配，酶不能作用于它，这可能是 酶只对L型（或D型）底物作用的立体构型专一性的机理。 诱导契合学说(Koshland,1958): 酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合 时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合 基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结 合成中间产物。 >酶促反应的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需 要。其中包括三方面的调节。 令对酶生成与降解量的调节 令随催化效力的调节 令通过改变底物浓度对酶进行调节等 4、可调控性。 5、易爱外界环境影响而变性失活。 三、酶的分类与命名 1、分类： 1961年国际酶学委员会(Enzyme Committee,EC)根据酶所催化的反应类型和机理 把酶分成6大类： (1)氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。 (2)转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。各种激酶、磷酸酶 (3)水解酶类：催化加水分解作用。淀粉酶、脂肪酶等。 (4)裂解酶类：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物 的酶类。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。 (5)异构酶：催化各种异构体之间的互变。常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反 异构和变位酶类。 (6)合成酶类：催化有ATP参加的合成反应。如各种连接酶。 2、酶的标码： 为了对酶进行有效的分类和查询，国际酶学委员会对每一种酶都编有一个号，其形 式是：EC口口口o,其中EC=En②yme Commission,第一个o为6大类之一，第 二个口为该大类中的亚类，依此类推
不能解释可逆反应。 ➢ 三点附着学说： 立体对映的一对底物虽然基团相同，但空间排列不同，这就可能出现这些基团 与酶分子活性中心的结合基团能否互补匹配的问题，只有三点都互补匹配时，酶才 作用于这个底物，如果因排列不同，则不能三点匹配，酶不能作用于它，这可能是 酶只对 L 型(或 D 型)底物作用的立体构型专一性的机理。 ➢ 诱导契合学说（Koshland，1958）： 酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合 时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合 基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结 合成中间产物。 ➢ 酶促反应的可调节性 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需 要。其中包括三方面的调节。 对酶生成与降解量的调节 酶催化效力的调节 通过改变底物浓度对酶进行调节等 4、可调控性。 5、易爱外界环境影响而变性失活。 三、酶的分类与命名 1、分类： 1961 年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理， 把酶分成 6 大类： （1） 氧化还原酶类：主要是催化氢的转移或电子传递的氧化还原反应。 （2） 转移酶类：催化化合物中某些基团的转移。各种激酶、磷酸酶。 （3）水解酶类：催化加水分解作用。淀粉酶、脂肪酶等。 （4） 裂解酶类：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物 的酶类。如醛缩酶、柠檬酸合成酶。 （5） 异构酶：催化各种异构体之间的互变。常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反 异构和变位酶类。 （6） 合成酶类：催化有 ATP 参加的合成反应。如各种连接酶。 2、酶的标码： 为了对酶进行有效的分类和查询，国际酶学委员会对每一种酶都编有一个号，其形 式是： EC □·□·□·□，其中 EC ＝ Enzyme Commission ，第一个 □为 6 大类之一，第 二个 □ 为该大类中的亚类，依此类推
如乙醇脱氢酶 EC 27 大类亚类亚亚类序号 3、酶的命名： ()习惯命名法： >根据其催化底物来命名：如淀粉酶、蛋白酶等 >根据所催化反应的性质来命名：如脱氢酶、转移酶等 >结合上述两个原则来命名：如丙酮酸脱氢等 >根据酶的来源或其它特点来命名。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。 (2)国际系统命名法： 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如 习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称：L-丙氨酸：Qα-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应： 丙氨酸+-酮戊二酸→一丙酮酸+谷氨酸 第二节酶的结构与功能 一、酶的不同形式 【、单体酶(monomeric enzyme):仅具有三级结构的酶。如胰蛋白酶。 2、寡聚酶(oligomeric enzyme):由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单 个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。如荧光素酶。 3、多酶体系(multienzyme system):由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合 物。前一种反应的产物是后一种反应的底物。如丙酮酸脱氢酶。 4、多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme):一些多酶体系在进 化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多 功能酶。 二、酶的化学本质 1、大多数酶是蛋白质 1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结品，证明其为蛋白质，并提出酶的本 质就是蛋白质的观点 1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNA一-ribozyme(核酶)，1995 年，Cuenod报道了DNA具有磷酸酯酶和连接酶活性。 核酶的发现表明酶不一定都是蛋白质 近年来又出现了模拟酶、抗体酶等。 2、酶的辅因子
如乙醇脱氢酶 EC 1. 1. 1. 27 大类 亚类 亚亚类 序号 3、 酶的命名： (1) 习惯命名法： ➢ 根据其催化底物来命名；如淀粉酶、蛋白酶等 ➢ 根据所催化反应的性质来命名；如脱氢酶、转移酶等 ➢ 结合上述两个原则来命名；如丙酮酸脱氢等 ➢ 根据酶的来源或其它特点来命名。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等 。 (2) 国际系统命名法： 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如： 习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称：L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应： 丙氨酸 + -酮戊二酸→⎯丙酮酸 + 谷氨酸 第二节 酶的结构与功能 一、酶的不同形式 1、单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。如胰蛋白酶。 2、寡聚酶(oligomeric enzyme)：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单 个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。如荧光素酶。 3、多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合 物。前一种反应的产物是后一种反应的底物。如丙酮酸脱氢酶。 4、多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进 化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多 功能酶。 二、酶的化学本质 1、大多数酶是蛋白质 1926 年 J.B.Sumner 首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本 质就是蛋白质的观点 1982 年 T.Cech 发现了第 1 个有催化活性的天然 RNA——ribozyme（核酶），1995 年，Cuenod 报道了 DNA 具有磷酸酯酶和连接酶活性。 核酶的发现表明酶不一定都是蛋白质 近年来又出现了模拟酶、抗体酶等。 2、酶的辅因子
单纯酶：酶蛋白 酶 结合酶（全酶)=酶蛋白+辅因子 各部分在催化反应中的作用 >酶蛋白决定反应的特异性 >辅助因子决定反应的种类与性质 (1)按与酶蛋白的结合牢固程度： 锁因子了给酯：与酵蛋白结合流松，可用透折或超造的方法除去。 儿辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去 (2)按化学本质： 金属离子：铁、铜、镁等。 小分子有机化合物：B族维生素或其衍生物、铁卟啉等。 基团转移蛋白：又称蛋白质辅酶，自身不起催化作用，但为某些酶所必需。 (3)辅因子的的作用： >稳定酶的构象： >参与催化反应，传递电子： >在酶与底物间起桥梁作用： >中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 三、酶的结构与功能的关系 1、酶的活性中心： 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心(active center)或活性部位(active site), 参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团 了结合部位—一专一性 厂活性中心 必需基团 催化部位→催化能力、反应类型 活性中心以外一维持酶的空间结构 组成酶活性中心的基团主要包括：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪 唑基
各部分在催化反应中的作用 ➢ 酶蛋白决定反应的特异性 ➢ 辅助因子决定反应的种类与性质 （1）按与酶蛋白的结合牢固程度： （2）按化学本质： 金属离子：铁、铜、镁等。 小分子有机化合物：B 族维生素或其衍生物、铁卟啉等。 基团转移蛋白：又称蛋白质辅酶，自身不起催化作用，但为某些酶所必需。 （3）辅因子的的作用： ➢ 稳定酶的构象； ➢ 参与催化反应，传递电子； ➢ 在酶与底物间起桥梁作用； ➢ 中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。 三、酶的结构与功能的关系 1、酶的活性中心： 酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的区域叫酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）， 参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象所必需的基团为酶分子的必需基团 组成酶活性中心的基团 主要包括：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪 唑基。 必需基团 活性中心 活性中心以外—维持酶的空间结构 催化部位 专一性 催化能力、反应类型 酶 单纯酶：酶蛋白 结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅因子 辅因子 辅酶 ：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 ：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。 结合部位
酶的活性不仅与一级结构相关，并且与空间结构紧密相关。组成活性中心的必需基 团在一级结构上可以相差很远，甚至不在同一多肽链上，但空间结构相距很近。酶的活 性中心借助一定的空间结构才得以维持。 2、酶活性中心的特点 (①)占酶总体积的很小一部分。 (2)活性部位与底物并非正好吻合。 (3)是一个三维实体。 (4)位于酶分子表面的裂缝或凹陷的袋里。①提高底物的有效浓度。②提供疏水 环培 (⑤)在活性中心底物与酶以较弱的次级键结合。 (6)活性中心具有柔性或可运动性。 3、活性中心的研究方法 ()化学修饰法。 2)酯切法。 (3)亲合标记法：酶的底物类似物与酶活性中心结合使酶失活。 4、酶原的激活： 没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。这 个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。是酶原被修饰时形成了正确的分子构象 和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性 的基木保证 在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，避免细胞对自身消化，并使酶在特定部 位和环境发挥作用。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有 活性的酶，发挥其催化作用。 例如，胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶等，在它们初分泌时都是以无活性的酶 原形式存在，在某些因素参与下，转化为相应的酶。 胰蛋白酶原进入小肠后，在C2+存在下受肠激酶的激活，第6位赖氨酸与第7位异 亮氨酸残基之间的肽键被切断，水解掉一个六肽，分子构象发生改变，形成酶活性部位， 从而成为有催化活性的胰蛋白酶。 第三节酶的作用机制 一、酶的催化作用与分子活化能 化学反应自由能方程式：△G=△HT△S (4G是总自由能的变化，4H是总热能的变化，4S是熵的变化) 当4G>0,反应不能自发进行。 当4G<0,反应能自发进行。 活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，Imol反应 物全部进入活化状态所需的自由能
酶的活性不仅与一级结构相关，并且与空间结构紧密相关。组成活性中心的必需基 团在一级结构上可以相差很远，甚至不在同一多肽链上，但空间结构相距很近。酶的活 性中心借助一定的空间结构才得以维持。 2、酶活性中心的特点 (1) 占酶总体积的很小一部分。 (2) 活性部位与底物并非正好吻合。 (3) 是一个三维实体。 (4) 位于酶分子表面的裂缝或凹陷的袋里。○1 提高底物的有效浓度。○2 提供疏水 环境。 (5) 在活性中心底物与酶以较弱的次级键结合。 (6) 活性中心具有柔性或可运动性。 3、活性中心的研究方法 (1) 化学修饰法。 (2) 酶切法。 (3) 亲合标记法：酶的底物类似物与酶活性中心结合使酶失活。 4、酶原的激活： 没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。这 个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。是酶原被修饰时形成了正确的分子构象 和活性中心，由此可见酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性 的基本保证。 在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，避免细胞对自身消化，并使酶在特定部 位和环境发挥作用。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有 活性的酶，发挥其催化作用。 例如，胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶等，在它们初分泌时都是以无活性的酶 原形式存在，在某些因素参与下，转化为相应的酶。 胰蛋白酶原进入小肠后，在 Ca2+存在下受肠激酶的激活，第 6 位赖氨酸与第 7 位异 亮氨酸残基之间的肽键被切断，水解掉一个六肽，分子构象发生改变，形成酶活性部位， 从而成为有催化活性的胰蛋白酶。 第三节 酶的作用机制 一、酶的催化作用与分子活化能 化学反应自由能方程式：ΔG =ΔH -TΔS （ΔG 是总自由能的变化， ΔH 是总热能的变化，ΔS 是熵的变化） 当ΔG＞0，反应不能自发进行。 当ΔG＜0，反应能自发进行。 活化能：分子由常态转变为活化状态所需的能量。是指在一定温度下，1mol 反应 物全部进入活化状态所需的自由能
促使化学反应进行的途径： 1.用加热或光照给反应体系提供能量。 2.使用催化剂降低反应活化能。 酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多， 反应速度加快。 二、中间产物学说 酶的中间产物学说是由Brown(1902)和Heni(1903)提出的。其学说主要认为 酶的高效催化效率是由于酶首先与底物结合，生成不稳定的中间产物 >在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶一底物中间复合物。当底物分子在 酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。 E+S=E-S→P+E >许多实验事实证明了E一S复合物的存在。E一S复合物形成的速率与酶和底物 的性质有关。 三、酶作用的机制 1、邻近与定向效应： 酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活 性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。在酶促反应中， 底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于 提高反应速度：另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专 一性特点 2、“张力和“形变”： 酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使 底物分子的某些键的键能减弱，扭曲变形，降低了反应活化能。 3、共价催化： >酶通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高 反应速度的过程，称为共价催化。 酶中参与共价催化的基团主要包括Hs的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基， Ser的羟基等。 >某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。 亲核催化：酶分子中具有非共用电子对的亲核基团进攻底物分子中具有部分正电性的原 子，并与之作用形成共价键而产生不稳定的过渡态中间物，活化能降低。 亲电催化：亲核催化的相反过程。酶蛋白分子中的亲电基团(Z2+、NH+等)攻击底物 分子中富含电子或带部分负电荷的原子而形成过渡态中间物。 4、酸碱催化：
促使化学反应进行的途径： 1. 用加热或光照给反应体系提供能量。 2. 使用催化剂降低反应活化能。 酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多， 反应速度加快。 二、中间产物学说 酶的中间产物学说是由 Brown（1902）和 Henri（1903）提出的。其学说主要认为 酶的高效催化效率是由于酶首先与底物结合，生成不稳定的中间产物 ➢ 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在 酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。 E + S ==== E-S → P + E ➢ 许多实验事实证明了 E－S 复合物的存在。E－S 复合物形成的速率与酶和底物 的性质有关。 三、酶作用的机制 1、邻近与定向效应： 酶与底物结合成中间产物过程中，底物分子从稀溶液中密集到活性中心区，并使活 性中心的催化基团与底物的反应基团之间正确定向排列所产生的效应。在酶促反应中， 底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于 提高反应速度；另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专 一性特点。 2、“张力”和“形变” ： 酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使 底物分子的某些键的键能减弱，扭曲变形，降低了反应活化能。 3、共价催化： ➢ 酶通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高 反应速度的过程，称为共价催化。 ➢ 酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基， Ser 的羟基等。 ➢ 某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。 亲核催化：酶分子中具有非共用电子对的亲核基团进攻底物分子中具有部分正电性的原 子，并与之作用形成共价键而产生不稳定的过渡态中间物，活化能降低。 亲电催化：亲核催化的相反过程。酶蛋白分子中的亲电基团（Zn2+、NH3+等）攻击底物 分子中富含电子或带部分负电荷的原子而形成过渡态中间物。 4、酸碱催化：
通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到降低反应 活化能，加快反应速度的一类催化。（广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义）蛋白质中 起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。Hs残基的咪唑基是酶 的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。 影响酸碱催化反应速度的两种因素： (1)酸或碱的强度(pK): (2)质子传递的速度。 酸碱催化可分为狭义的酸碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸碱催化反应 般都是广义的酸一碱催化方式。酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受 体对底物进行酸碱催化。 5、微环境的影响 酶的活动中心由于微环境的影响，存在高浓度的酸和高浓度的碱，可以有多种催化 方式的环境有利于反应的进行。 四、核酶、抗体酶与模拟酶 1、核酶： 又叫核糖酶、类酶，是具有催化作用的RNA。其功能是切割和剪接RNA。能催化 转核苷酰反应，水解反应和连接反应等。核酶在阻断基因表达和抗病毒方面具有应用前 景。其作用机理是可以选择性地裂解癌细胞或病毒的RNA。 2、抗体酶： 具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme)根据酶与底物作用的过渡态结构设 计合成一些类似物一一半抗原，用其免疫动物，以杂交瘤细胞技术生产针对半抗原的单 克隆抗体。这种抗体即能与半抗原特异结合，又能催化其发生化学反应。意义：可用于 开发特异性强的治疗药物， 3、模拟酶 模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部 位和催化部位的非蛋白质有机化合物
通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到降低反应 活化能，加快反应速度的一类催化。（广义酸碱催化，Bronsted 的酸碱定义）蛋白质中 起酸或碱催化的功能基团有氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。His 残基的咪唑基是酶 的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。 影响酸碱催化反应速度的两种因素： （1）酸或碱的强度（pK）； （2）质子传递的速度。 酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一 般都是广义的酸－碱催化方式。酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受 体对底物进行酸碱催化。 5、微环境的影响 酶的活动中心由于微环境的影响，存在高浓度的酸和高浓度的碱，可以有多种催化 方式的环境有利于反应的进行。 四、核酶、抗体酶与模拟酶 1、核酶： 又叫核糖酶、类酶，是具有催化作用的 RNA。其功能是切割和剪接 RNA。能催化 转核苷酰反应，水解反应和连接反应等。核酶在阻断基因表达和抗病毒方面具有应用前 景。其作用机理是可以选择性地裂解癌细胞或病毒的 RNA。 2、抗体酶： 具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme) 根据酶与底物作用的过渡态结构设 计合成一些类似物——半抗原，用其免疫动物，以杂交瘤细胞技术生产针对半抗原的单 克隆抗体。这种抗体即能与半抗原特异结合，又能催化其发生化学反应。意义：可用于 开发特异性强的治疗药物。 3、模拟酶 模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部 位和催化部位的非蛋白质有机化合物
第四节酶促反应动力学 一、底物浓度对反应速度的影响 1、在酶浓度，pH,温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如所示： 124 底物浓度 (1)在低底物浓度时，反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物 浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断 增高。 (2)此后，随底物浓度的增加，反应速度的增加量逐渐减少（混合级反应） (3)当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大 值(max),此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。 2、米氏方程 为了说明底物浓度与反应速度之间的关系，l9I3年前后，Michaelis和Menten两氏 提出了一个方程式，称为米曼氏方程式。 Vmax×[S] v- Km+[S] 式中Vmax为最大反应速度，[S]为底物浓度，Km是米氏常数(Michaelis constant), 是底物S在不同浓度时的反应速度。 3、米氏常数的意义 由米氏方程可知，当v=Vmax2时，Km=[S](Km的单位为浓度单位)即米氏常 数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 (1)是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定Km的数值，可鉴别醇。(Km 值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件 下具有不同的Km值。) (2)可近似表示酶和底物亲合力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E 对S的亲合力愈小。 (3)从m可判断酶的和天然底物。Km最小的底物，通常就是该酶的最适底物， 也就是天然底物。 (4)在已知Km的情况下，应用米氏方程可计算任意s时的v,或任何v下的S
第四节 酶促反应动力学 一、底物浓度对反应速度的影响 1、在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如所示： （1）在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物 浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断 增高。 （2）此后，随底物浓度的增加，反应速度的增加量逐渐减少（混合级反应） （3）当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大 值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。 2、米氏方程 为了说明底物浓度与反应速度之间的关系，1913 年前后，Michaelis 和 Menten 两氏 提出了一个方程式，称为米曼氏方程式。 Vmax×［S］ ν＝ ─────── Km ＋［S］ 式中 Vmax 为最大反应速度，[S]为底物浓度，Km 是米氏常数（Michaelis constant）， ν 是底物 S 在不同浓度时的反应速度。 3、米氏常数的意义 由米氏方程可知，当 v=Vmax/2 时，Km=[S]（ Km 的单位为浓度单位）即米氏常 数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。 （1）是酶在一定条件下的特征物理常数，通过测定 Km 的数值，可鉴别酶。（Km 值只是在固定的底物，一定的温度和 pH 条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件 下具有不同的 Km 值。） （2）可近似表示酶和底物亲合力，Km 愈小，E 对 S 的亲合力愈大，Km 愈大，E 对 S 的亲合力愈小。 （3）从 km 可判断酶的和天然底物。 Km 最小的底物，通常就是该酶的最适底物， 也就是天然底物。 （4）在已知 Km 的情况下，应用米氏方程可计算任意[s]时的 v，或任何 v 下的[s]
(用Km的倍数表示) (5)Km可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：当[SF10Km时， v=91%Vmax,为最合适的测定酶活性所需的底物浓度 (6)催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的Km往往是不同的。根据Km可判定 反应方向。 (7)判定代谢反应的限速步骤。 (8)判定反应速度是否受底物浓度的调节。 (9)确定抑制剂对酶是竞争性还是非竞争性抑制作用。 4、米氏常数的求法 一双倒数作图法： 测定Km和V的方法很多，最常用的是Lineweaver--Burk的作图法一双倒数作图 法。 取米氏方程式的倒数形式： 1 1 1/w 1 +Ym (y=ax+b) 斜率=km/Wma 1/Vma 1/[S 二、pH对酶反应速度的影响 1、最适PH值：表现出酶最大活力的pH值 (1)过酸过碱导致酶蛋白变性 (2)影响底物分子解离状态 (3)影响酶分子解离状态 (4)影响酶的活性中心构象 三、温度对酶作用的影响 1、两种不同影响： (1)温度升高，反应速度加快： (2)温度升高，热变性速度加快。 2、最适温度(optimum temperature):
（用 Km 的倍数表示） （5）Km 可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：当 [S]= 10Km 时， ν=91%Vmax ，为最合适的测定酶活性所需的底物浓度 （6）催化可逆反应的酶，对正逆两向底物的 Km 往往是不同的。根据 Km 可判定 反应方向。 （7）判定代谢反应的限速步骤。 （8）判定反应速度是否受底物浓度的调节。 （9）确定抑制剂对酶是竞争性还是非竞争性抑制作用。 4、米氏常数的求法 ——双倒数作图法： 测定 Km 和 V 的方法很多，最常用的是 Lineweaver–Burk 的作图法 — 双倒数作图 法。 取米氏方程式的倒数形式： 二、pH 对酶反应速度的影响 1、最适 PH 值：表现出酶最大活力的 pH 值 (1) 过酸过碱导致酶蛋白变性 (2) 影响底物分子解离状态 (3) 影响酶分子解离状态 (4) 影响酶的活性中心构象 三、温度对酶作用的影响 1、两种不同影响： (1) 温度升高，反应速度加快； (2) 温度升高，热变性速度加快。 2、最适温度 (optimum temperature)： ——1 v = —— km V · ——[S] 1 + ——Vm ax 1 （y = ax + b） 斜率= km/Vmax 1/ [S] 1/v 1/Vmax -1/km
