山西医科大学：《生物化学》课程教学课件（讲稿）第5章 酶与其他生物催化剂 Enzymes and Other Biocatalysts

第五章 酶与其他生物催化剂 Enzymes and Other Biocatalysts 目录

目 录 Enzymes and Other Biocatalysts 第 五 章 酶与其他生物催化剂

酶的研究简史 公元前两千多年，我国已有酿酒记载。 1833年，Anselme Payen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶） 1878年，Wilhelm Kuhne首次提出Enzyme一词。 ◆ 1894年，Emil Fischeri证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。 1897年，Buchner.兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。 1913年，Leonor Michaelisi和Maud Menten推导出酶反应的动力学方程式。 1926~1930年，James Sumner和John H.Northrop2分别将脲酶和胃蛋白酶、 胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。 1941年，George Beadle和Edward Tatum的“一个基因一个酶”假说首次 将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的 概念。 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段， 称为脱氧核酶(deoxyribozyme)

目 录 酶的研究简史  公元前两千多年，我国已有酿酒记载。  1833年， Anselme Payen提纯了麦芽淀粉糖化酶（淀粉酶）。  1878年，Wilhelm Kühne首次提出Enzyme一词。  1894年， Emil Fischer证明了酶的专一性，酶与底物之间作用的锁钥关系。  1897年，Buchner兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。  1913年，Leonor Michaelis和Maud Menten推导出酶反应的动力学方程式。  1926~1930年，James Sumner和John H. Northrop分别将脲酶和胃蛋白酶、 胰蛋白酶制成结晶，确定了酶的蛋白质本质。  1941年，George Beadle和Edward Tatum的“一个基因一个酶”假说首次 将蛋白质与基因联系在一起，推动了生物化学与遗传学的结合。  1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的 概念。  1995年，Jack W. Szostak研究室首先报道了具有DNA连接酶活性DNA片段， 称为脱氧核酶(deoxyribozyme)

第一节 酶和酶反应简介 Introduction to Enzymes and Enzymatic Reactions 目录

目 录 第一节 酶和酶反应简介 Introduction to Enzymes and Enzymatic Reactions

、化学反应具有热力学和动力学特性 (一)热力学性质涉及能量平衡和反应平衡 1.反应平衡可用平衡常数来描述 反应平衡(reaction equilibrium) 任何一个化学反应在正向反应与逆向反 应速率相等时，反应便不再有新的产物生成， 这时的化学反应称为反应平衡。 平衡常数(equilibrium constant,.Keg) 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反 应产物浓度积与剩余底物浓度积之比。 目录

目 录 一、化学反应具有热力学和动力学特性 （一）热力学性质涉及能量平衡和反应平衡 1．反应平衡可用平衡常数来描述 反应平衡（reaction equilibrium） 任何一个化学反应在正向反应与逆向反 应速率相等时，反应便不再有新的产物生成, 这时的化学反应称为反应平衡。 平衡常数（equilibrium constant, Keq） 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反 应产物浓度积与剩余底物浓度积之比

S+S2=P1+P2 [Pileg[P2lea [SileglS2lea 一定的温度下，Kg与反应的初始浓度无关， 它反映化学反应的本性。 K如越大则反应越倾向于产物的生成，即正向 反应进行得越完全；K越小则逆反应的程度越大。 Kg是化学反应可能进行的最大限度的量度。 目录

目 录 S1+S2 P1+P2 Keq = [P1 ]eq[P2 ]eq [S1 ]eq[S2 ]eq 一定的温度下，Keq与反应的初始浓度无关， 它反映化学反应的本性。 Keq越大则反应越倾向于产物的生成，即正向 反应进行得越完全；Keq越小则逆反应的程度越大。 Keq是化学反应可能进行的最大限度的量度

2.自由能的变化是化学反应的动力 自由能(free energy) 自由能是能够用于做功的能量。 反应物的自由能(G)与其焓、温度( 和熵(S)相关，等于其焓减去绝对温度和嫡的 乘积，即G=H-TS。 在生物系统中，生物分子在等温、等压条 件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能 变（△G)来量度。 △G=△H-T△S 目录

目 录 2．自由能的变化是化学反应的动力 自由能（free energy） 自由能是能够用于做功的能量。 反应物的自由能（G）与其焓、温度（T） 和熵（S）相关，等于其焓减去绝对温度和熵的 乘积，即G = H  TS 。 在生物系统中，生物分子在等温、等压条 件下，在化学反应中能量的变化可以用自由能 变（ G）来量度。  G = H  TS

自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反 应的方向。 △G0 反应为吸能反应(endergonic reaction)不能自发进行 △G=0 反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态 目录

目 录 自由能的变化是化学反应的动力，影响化学反 应的方向。  G 0 反应为吸能反应（endergonic reaction）不能自发进行  G = 0 反应正逆向速率相等，反应处于平衡状态

反应方向与△H、△S和T的关系 △H △S △G=△H-T公S 0 在任何温度下，△G0 >0 反应仅在温度高于△H/△S时，△G0 0,反应均不能自 发向右进行 目录

目 录 反应方向与H、S和T的关系 H S  G = H  TS 在任何温度下， G 0 反应仅在温度低于H/S时， G 0 > 0 在任何温度下， G > 0，反应均不能自 发向右进行 > 0 < 0

3.标准自由能变与平衡常数有关 标准自由能变（△G)是指在标准状态下的自由能变 标准状态： 压力=1大气压(101.3kPa) 温度=298K(25°C) pH=7.0 [S]=[P]=1mol/I 在S+S2 P+P2中 P[P2] △G=△G0'+RTln [S JIS2I 反应达到平衡时即△G=0 △G0'=-RTIn K'eg 目录

目 录 3．标准自由能变与平衡常数有关 标准自由能变（G0 ´）是指在标准状态下的自由能变 标准状态: 压力 = 1大气压（101.3kPa） 温度 = 298K（25C） pH = 7.0 [S]=[P]=1mol/l G = G0´+ RT ln [P1 ][P2 ] [S1 ][S2 ] 反应达到平衡时即 G = 0 G0´ =  RT ln K’eq 在S1+S2 P1+P2 中

(二)动力学性质是对反应速率的描述 动力学是研究化学反应速率及其影 响因素的科学。 反应速率是单位体积内反应进度随时 间的变化率，任何反应速率均由底物浓度和 速率常数(rate constant,k)所决定。 目录

目 录 （二）动力学性质是对反应速率的描述 动力学是研究化学反应速率及其影 响因素的科学。 反应速率是单位体积内反应进度随时 间的变化率,任何反应速率均由底物浓度和 速率常数（rate constant, k）所决定