生物化学：第三章 酶

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1、第三章酶第一节酶的概念在生物体内的生命活动过程中，生物体内要发生错综复杂的化学变化。在生物个体的繁殖、生长、分化和发育过程中，在生物体对食物的消化吸收以及对新陈代谢所产生的废物的排出过程中，在生物体的运动、对外界刺激的反应和对内外因素所造成的机体损伤的修复过程中等等，均都有许多化学变化发生，最终都伴随有物质和能量的变化。所有这些变化又都是在生物体内这样一个极温和的条件下（如体温37、pH中性、有水等）协调进行的。这主要归功于一类特殊的蛋白这主要归功于一类特殊的蛋白质质酶酶。一.酶是一种生物催化剂（一）酶具有一般催化剂的共同特点1.用量少，催化效率高只催化热力学上允许的反应（即G0），量虽少但可

2、使反应由慢变快。2.不改变化学反应的平衡点，只改变反应速度，酶本身在反应前后无变化3.降低反应的活化能，加快反应的进行在一个反应系统中，一个化学反应的进行有赖于反应物分子之间的相互碰撞。由于不同的反应物分子所含能量高低不等，因而只有那些能量相对较高、达到或只有那些能量相对较高、达到或超过一定限度的分子才能进行反应超过一定限度的分子才能进行反应。这些反应物分子即活化分子活化分子。 活化分子活化分子：所含能量达到一定程度能所含能量达到一定程度能进行化学反应的反应物分子进行化学反应的反应物分子。（反应的）能阈或能障能阈或能障：活化分子所含的足以参加反应的最低限度的能量。活化能活化能：非活化分子转变为

3、活化分子所必须获得的最低限度的能量。通常用一定温度下1mol底物全部进入活化态所需的自由能来度量.单位：焦耳/mol。活活 化化 能能活化分子越多，化学反应速度越快活化分子越多，化学反应速度越快要使活化分子增多，有两种可能的途径。一是加热或光照射一是加热或光照射，使一部分非活化分子转变为活化分子，以加速反应的进行。二是降低活化能的高度，也就是降低反二是降低活化能的高度，也就是降低反应的能阈应的能阈，这使得有更多的反应物分子能进入活化态，加速反应的进行。前人的工作证明：催化剂能够降低活化能催化剂能够降低活化能活化能越低，反应物分子的活化越容易，反应就越容易进行。酶的催化作用酶的催化作用实质上就在

4、于它能够降实质上就在于它能够降低活化能，使反应在较低的能量水平上进低活化能，使反应在较低的能量水平上进行行，从而加速反应的进行。（二）酶作为生物催化剂的特性1.催化效率高前人的工作表明，酶降低反应的活化能之程度要比一般催化剂大得多，其催化效率更高许多。一般说，酶促反应之反应速度，一般说，酶促反应之反应速度，较一般较一般（非酶）催化剂催化的反应高（非酶）催化剂催化的反应高1071013倍，倍，较非催化反应高较非催化反应高1081020倍。倍。例如,脲酶的水解尿素的速度常数比酸水解的要高71012倍左右，H2O2酶催化H2O2的水解的速度常数比Fe2+的要高6105倍。2.酶的催化作用具有高度的专

5、一性酶的高度专一性是指一种酶只能作用于某一种或某一类化合物发生化学反应的性质。这里，酶所作用的物质这里，酶所作用的物质专名为酶的作用专名为酶的作用底物（即酶的底物）。底物（即酶的底物）。也有学者提出，酶的高度专一性应包括酶对于底物和反应类型都有严格的选择性。（1）化学结构的专一性实验证明，酶对底物的化学结构不同程度也具有一定的要求。绝对专一性有的酶对底物的化学结构有严格的要求，即只能作用于某一种底物。此时，它对该底物之衍生物、结构类似物等均无作用。例如，脲酶催化尿素的水解,但它对尿素的衍生物甲基尿素则不能进行此催化作用。此时，酶此时，酶对底物的整个分子结构、特定对底物的整个分子结构、特定的化学

6、键及其两端的基团的化学键及其两端的基团均有严格的要求均有严格的要求。但是，对催化可逆反应的酶来说对催化可逆反应的酶来说，酶酶对反应两边的底物均有严格要求，对反应两边的底物均有严格要求，而对这而对这些底物的衍生物或结构类似物均不起作用些底物的衍生物或结构类似物均不起作用。例如，三羧酸循环中的延胡索酸酶,就可作用于延胡索酸和苹果酸，但不作用于其衍生物或结构类似物。相对专一性有的酶对底物的化学结构则相对要求不严，除了作用于底物之外，还能作用于底物的衍生物或结构类似物。此即酶的相对专一性酶的相对专一性，可分为两种情况。A.族专一性（也叫基团专一性）有的酶，有的酶，除了对底物分子中特定的化学除了对底物分

7、子中特定的化学键有严格要求外，还对该键两端之一端的键有严格要求外，还对该键两端之一端的基团要求严格基团要求严格，但对该键另一端的基团则但对该键另一端的基团则要求不严要求不严。例如，-D-葡萄糖苷酶可以催化-D-葡萄糖苷的水解。该酶要求底物分子中不仅要有-葡萄糖苷键，而且要求该键之一端为-D-葡萄糖残基，但对该键另一端的基团则无要求。b.键专一性有的酶，只对底物分子中的特定的化学键有要求，而对该键两端的基团则无严格要求。这类酶的专一性是最低的。例如，酯酶催化酯键的水解断裂。该酶只要求有酯键，而对酯键两端的基团之性质如何并无严格要求。（2）立体异构专一性a.光学专一性对具有不对称碳原子的底物而言，

8、它们都具有旋光异构体，即L-型和D-型的底物。酶在催化具有不同旋光异构体的底物时，酶在催化具有不同旋光异构体的底物时，要么作用于要么作用于L-型分子，要么作用于型分子，要么作用于 D-型分子型分子。例如，L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸发生反应.b.几何专一性对具有双键的底物分子而言，它们都有顺反异构体，即顺式与反式的底物。酶在催化具有顺反异构体的底物时，酶在催化具有顺反异构体的底物时，要么作用于顺式分子，要么作用于反式分要么作用于顺式分子，要么作用于反式分子。子。例如前面所提延胡索酸酶，它只能催化延胡索酸（即反丁烯二酸）发生水化生成苹果酸，但不能作用于顺丁烯二酸发生此反应。3酶促反应的条件

9、温和酶促反应（即酶催化的反应）一般在接近生物体温和接近中性的环境下进行，即在常温、常压、中性酸碱度等温和条件下进行。化学反应中的催化剂会因中毒而失去催化能力，酶也会出现类似的“中毒”现象。凡能使蛋白质变性的因素，如强酸、强碱、高温、高压等条件均会使酶失活。4酶的催化作用可被调节控制这是酶有别于其它催化剂的又一个重要特征。在体内，酶的活性可受到多方面的调节，如共价修饰调节、反馈调节、别构调节、酶原激活、激素调节以及抑制剂、激活剂等的调节。这些均有利于生物机体根据环境条件的变化来保证机体代谢活动的协调性和统一性。总之，酶的专一性、高效性及其反应条件的温和性使酶在生物体内的新陈代谢过程中发挥了重要作

10、用。二酶的化学本质酶酶的的化化学学本本质质是是蛋蛋白白质质，它它在在细细胞胞内内产产生生。根根据据酶酶在在细细胞胞内内还还是是细细胞胞外外起起催催化化作作用用而将之分为胞内酶和胞外酶胞内酶和胞外酶。胞外酶胞外酶在细胞外起作用在细胞外起作用。例如动物消化道中的水解淀粉、脂肪或蛋白质的酶，一般占少数。胞内酶胞内酶在细胞内起作用在细胞内起作用。例如细胞内催化氧化磷酸化、三羧酸循环等的酶。这类酶占多数，用以维持细胞正常的生命活动之需。酶的化学本质为蛋白质酶的化学本质为蛋白质的主要依据的主要依据1926年，Sumner从刀豆中制备了脲酶结晶，并证明了它的化学本质为蛋白质。1对热不稳定酶遇热失活的过程与可

11、溶性蛋白质的加热变性过程极为相似。2酶是两性电解质酶与蛋白质一样，在不同的pH条件下分别以阳离子、阴离子或兼性离子形式存在。3能使蛋白质变性的物理化学因素，如无机酸、碱、重金属盐、生物碱沉淀剂、长时间振荡、紫外照射、高温、高压等，均可使酶失去活性。4.酶具有胶体物质的一系列性质酶不能透过半透膜，在超速离心机中，其沉降速度大体与蛋白质相同。5.许多酶经蛋白酶处理后失去活性。6.已获结晶的酶，其催化活性与蛋白质本性密切相关。虽多次结晶，其均一性和活力也不改变。7.许多酶的氨基酸顺序已测定。牛胰核糖核酸酶是第一个结构被研究清楚的酶，并已于1969年首次被人工合成。关于核酶（ribozyme）1982

12、年，T.Cech发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体经加工转变成的L19RNA能催化寡聚核苷酸的切割与连接。1983年，S.Altmen等发现核糖核酸酶P(即RNaseP,一种加工tRNA前体的酶)中的RNA具有该酶的部分催化活性(RNaseP由20%的蛋白质和80%的RNA组成)。Cech给这类RNA取名为ribozyme,中文译为核糖酶、核酶、酶性RNA等。实际上，这类RNA（即ribozyme）不能看作酶，而只是催化剂乃至生物催化剂中的新成员。有学者将之译为“酉亥”，这也许更为贴切。有学者认为核酶是唯一的非蛋白酶有学者认为核酶是唯一的非蛋白酶。它是一类。它是一类特殊的特殊的RNARNA

13、，能够催化，能够催化RNARNA分子中的磷酸酯键的分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。水解及其逆反应。核酶（催化核酸）核酶（催化核酸） ribozymeribozyme第二节酶的组成分类与结构分类一酶的组成及结构（一）酶的组成分类和辅助因子1单纯蛋白酶类从化学本质看，这类酶只只含含有有酶酶蛋蛋白白部部份份，已已足足以以行行使使催催化化作作用用，不需也不含非蛋白部份。如胃蛋白酶、胰蛋白酶和脂肪酶等。2结合蛋白酶类从化学本质看，这类酶由由酶酶蛋蛋白白部部份份和非酶蛋白部份组成。和非酶蛋白部份组成。这非酶蛋白部份又叫辅助因子这非酶蛋白部份又叫辅助因子。酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子=全酶全酶。只有全酶

14、才是有活性的这这类类酶酶必必须须同同时时具具备备酶酶蛋蛋白白和和辅辅助助因因子子这这两两部部份份才才有活性有活性。3辅助因子（1）按其与酶蛋白结合之牢固程度来分a辅酶它与酶蛋白结合较疏松它与酶蛋白结合较疏松。一般为非共价结合（如离子键、疏水键、氢键，与酶蛋白上的氨基酸残基的侧链结合），可用透析方法除去可用透析方法除去。b辅基它它与与酶酶蛋蛋白白结结合合较较紧紧密密（或或牢牢固固）。一一般为共价结合。般为共价结合。不能用透析法除去不能用透析法除去。（2）按其化学本质来分a.无机金属元素Cu、Zn、Mg、Fe等。b.小分子有机物维生素（或其衍生物）铁卟啉等。4结合蛋白酶中各组成之作用（1）酶蛋白决

15、定酶作用的专一性酶蛋白决定酶作用的专一性。（2）辅助因子一一般般在在酶酶促促反反应应中中起起传传递递氢氢、电电子子、原原子子或或化化学学基基团团的的作作用用，决决定定酶酶促促反应的类型反应的类型。有的蛋白也有此作用，故称蛋白辅酶。（3）一种酶蛋白必须与某特定的辅助因子结合才能形成有活性的全酶，否则酶不表现活力。另外，一种辅助因子常可与多种不同的酶蛋白结合组成具有不同专一性的全酶。如乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶中均以NAD+为辅助因子。5金属离子作为辅助因子的作用（1）作为酶的活性中心的组成成分a常具有传递电子的作用，决定反应类型如细胞色素氧化酶中的Cu+/Cu2+，Fe2+/Fe3+。b在酶与底物

16、分子间起桥梁作用如羧肽酶A分子中的Zn2+，它能与底物上的肽键结合，从而促进肽键断裂。（2）对酶活性所必需的分子构象起稳定作用（3）有的可中和阴离子，降低反应中的静电斥力关于辅助因子的构成及其与维生素的关系，留待糖、脂代谢及Vit部分再做介绍。（二）酶的结构分类根据酶蛋白的结构特点可对酶进行分类。1单体酶只含有一条多肽链，不能再分为更小的单位。分子量一般在1300035000。属于这类的酶很少，一般为水解酶。如胰蛋白酶、胃蛋白酶、溶菌酶等。2寡聚酶由由至至少少两两个个亚亚基基组组成成。亚基个数多为偶数。每每个个亚亚基基一一般般为为一一条条蛋蛋白白质质多多肽肽链链，彼彼此之间非共价结合此之间非共

17、价结合，易分开，易分开。亚基之间可以相同或不同。分子量一般从35000到几百万。如己糖激酶、3磷酸甘油醛脱氢酶等。3多酶体系（即多酶复合体、多酶络合物)多酶体系指在在完完整整细细胞胞的的某某一一代代谢谢过过程程中，由若干个酶形成的反应链体系中，由若干个酶形成的反应链体系。反应链是若干个酶促反应之间存在的一反应链是若干个酶促反应之间存在的一种关系种关系，即前一反应的产物为后一反应的底物，只要第一反应发生，便会逐一发生后面的反应，直到终产物生成。多酶体系的类型（1）可溶性的组成多酶体系的各种酶在胞质中以可溶性状态单独存在，各种酶之间虽然没有结构各种酶之间虽然没有结构上的联系上的联系，但其各自催化的

18、反应之间构成反但其各自催化的反应之间构成反应链。应链。（2）结构化的组成多酶体系的各种酶有机地组合在一起，形成具有一定结构的复合物，如丙酮酸脱氢酶（系）。（3）在细胞结构上有定位关系的如呼吸链就固定在线粒体内膜上。二酶的活性中心和必需基团（一）活性中心（即活性部位）活活性性中中心心是是指指酶酶分分子子中中能能与与底底物物直直接接结结合并与催化作用直接有关的部位合并与催化作用直接有关的部位。它由两个部分组成。一是结合中心（也叫结合部位），它与底物结合，决定酶的专一性；二是催化中心（也叫催化部位），它决定酶促反应的性质。在这两个部位上相应地有结合基团和催化基团来具体实施有关的作用：即结合基团与底物

19、直接结合，催化基团直接参与催化反应。从大分子结构外观上看从大分子结构外观上看，活性部位是酶分子中的微小区域，常位于酶分子表面的一个深陷的空穴或一条深沟中。构成活性中心的有关基团在不同的酶中是有差异的对单纯蛋白酶而言，其活性中心是由那些在蛋白质多肽链的一级结构上可能相距甚远（甚至可能位于不同的多肽链上），但在经盘绕折叠形成的蛋白质多肽链的三维空间结构中则比较靠近的少数几个氨基酸残基或这些残基的侧链基团组成的。对结合蛋白酶而言，活性中心的组成基团则应包括辅助因子（或辅助因子上的一部分结构）以及辅助因子在结构上紧密偶联的蛋白结构区域。酶的活性中心一般只有一个酶的活性中心一般只有一个，但有的酶有几个。

20、催化中心常常只有一个催化中心常常只有一个，包括23个氨基酸残基。至于结合中心结合中心，则有的酶只有一个，有则有的酶只有一个，有的酶则有几个的酶则有几个，每个结合中心的氨基酸数目也不一致。（二）必需基团这些基团若经化学修饰（如氧化、还原、酰化、烷化等），则酶活性丧失。常见的有Ser-OH、Cys-SH、Lys-NH2、His-咪唑基、Asp-COOH和Glu-COOH。必需基团不仅位于活性中心，而且还位于维持酶活性所必需的三维空间结构的关键位点上。三酶原的激活有的酶在生物细胞内最初合成及分泌时并无催化活性，而只是有活性的酶之前前体体，叫做酶原。酶原在一定条件下经适当物质作用后可转变为有活性的酶，

21、这个过程就叫酶酶原原的的激活激活。例如，胰蛋白酶原去掉N端一个六肽有活性的胰蛋白酶（该酶原由胰脏细胞分泌）。再如，胃蛋白酶原由胃粘膜细胞分泌，胃蛋白酶原胃蛋白酶。酶酶原原激激活活的的实实质质就就是是酶酶的的活活性性中中心心组组建建、完善并暴露的过程完善并暴露的过程。象一些参与消化作用的酶往往就是先以酶原的形式被合成并分泌出来。酶以酶原的形式合成酶以酶原的形式合成，分泌出来后，再于特定的部位、环境及特定的条件下被激活成有特定活性的酶，这有其重要的生理意义。例如胰腺细胞合成并分泌的大多数水解酶（如一些蛋白酶）都以酶原的形式存在，待到消化道后才被激活成酶，这就可以保护该细胞本身不被这些酶破坏。血液中

22、的凝血酶原只是在有创伤出血时才被激活成有活性的凝血酶，促进血液凝固，堵塞伤口，防止大量流血，但在平时并无此作用，也就不会引起血液的大量凝固，妨碍血液循环。并非所有的酶都有酶原形式并非所有的酶都有酶原形式。 四同工酶在同一种属、同一个体、同一组织或同一细胞中，催化相同的反应而酶蛋白分子的结构、理化性质及其生物学性质都又有所差异的一组酶，就叫同工酶。同工酶也就是能催化相同反应的几种不同分子形式的酶。1959年，Market等用电泳法第一次发现了同工酶乳酸脱氢酶同工酶。至今已被证明有同工酶的有100多种酶。哺 乳 动 物 的 乳 酸 脱 氢 酶 同 工 酶（LDH）有五种分子形式，它们都是四聚体，但

23、其亚基组成不同。分子形式：LDH1、LDH2、LDH3、LDH4、LDH5亚基形式：H4、H3M、H2M2、HM3、M4电泳方向：正极原点（负极） 这里，M亚基与H亚基在一级结构上有明显差异，因此这五种分子形式在理化性质及免疫学性质方面都是不同的。 这五种分子形式在电泳行为上也是不同的。 但是，它们都催化一个共同的反应。 同工酶之所以能催化相同的反应，在于其活性中心的结构极为相似甚至于相同。同工酶可由不不同同基基因因编码而来，这些同工酶属于初级同工酶。 它们在电泳、层析、免疫学及动力学特点等方面各不相同，但都催化相同的反应。 有的同工酶虽由同一基因编码，但它们是由于该基因的转录产物不同或翻译产

24、物经过不同的加工过程后而产生的。 因此，这些同工酶能催化相同的反应，免疫学特性与动力学参数也相近，只是电泳和层析性质不同。 它们属于次级同工酶。第三节酶的催化机理一中间产物学说前已谈到，酶之所以能催化反应的进行在于它能与其它催化剂一样能降低反应的活化能。但是，酶为什么能够降低反应所需酶为什么能够降低反应所需的活化能呢的活化能呢？目前一般认为酶在催化反应过程中与底物形成了一个中间产物，可由中间产物学说加以解释之。(一)中间产物学说内容目前认为，酶促反应中，酶与底物结合形成酶酶-底物底物复合物，然后转变成酶酶-过渡过渡态中间物态中间物复合物，再转变为酶酶-产物产物复合物，最后产物从酶分子上释放出来

25、。可以用如下反应式表示：S+ESES*EPEP+E在这个过程中，原来的底物分子本身具原来的底物分子本身具有一定的能量有一定的能量，当酶与底物结合形成复合物当酶与底物结合形成复合物时时要释放一部分结合能要释放一部分结合能，这导致过渡态的中导致过渡态的中间产物处于较间产物处于较E+S更低的能级更低的能级，从而降低整个反应之活化能，加速反应的进行。底物与酶结合形成中间复合物主要是非共价结合，依靠氢键、离子键、范德华力等次级键来维持。(二)关于中间产物的证据实验证明，酶促反应速度与底物浓度之间的关系为一双曲线，而这在化学反应动力学中被证明是催化剂与反应物形成复合物的一个证据。现已用电镜观察到核酸与其聚

26、合酶结合形成的复合物，用X-射线结晶学方法测得了羧肽酶与甘氨酰-L-酪氨酸形成的复合物。酶底物复合物的形成改变了酶的物理性质稳定性、溶解度均发生了改变。另外，某些酶与底物形成复合物时，有特殊的光谱变化。二诱导契合学说酶与底物如何形成中间物以完成其催化作用？酶对底物为什么有专一性？(一)锁钥学说（模板学说，参考）1890年，E.Fischer提出此学说。他认为底物或其一部分象钥匙一样，专一地楔入到酶的活性中心，即底物分子进行化学反应的部位与酶分子上有催化功能的必需基团之间具有密切的互补关系。(二)三点附着学说（参考）立体对映的一对底物，虽基团相同，但排列不同，导致底物基团与酶的活性部位的结合基团

27、之间能否互补配对成问题。此学说难以解释催化的可逆反应，因为强调了只有固定的底物才能楔入到与其互补的酶表面。(三)诱导契合学说1958年，Koshland提出此学说。酶的活性部位在结构上是柔性的，而非刚性的。当底物与酶分子相遇时，会诱导酶分子会诱导酶分子发生构象变化发生构象变化，使酶的活性中心上的结合基使酶的活性中心上的结合基团与催化基团进行正确的定向与排列团与催化基团进行正确的定向与排列，从而使酶和底物契合（或互补）结合而成中间产物，使底物发生反应。三酶的催化机理酶能够降低活化能、提高酶促反应速度的若干机制(一)邻近定向效应酶促反应过程中，底物分子上的反应基团与酶分子上的有关基团需要相互靠近，

28、对双底物分子反应而言底物分子之间也应相互靠近。不仅如此，还都要求彼此之间要有正确的排列与定向，这样才能提高活性中心上底物的有效浓度，使反应朝正确的方向相互作用以形成中间产物，降低活化能，加速反应进行。（二）底物形变酶促反应中，酶分子不仅会在底物的诱导下发生构象变化，而且会使底物分子上的敏感键产生“张力”导致底物分子发生扭曲变形，这种效应即应变或形变效应。这是由于酶上的基团或离子会使底物的敏感键中某些基团的电子云密度发生增减，从而产生“电子张力”，使底物发生形变。这有助于酶底物复合物进入过渡态，敏感键易于发生化学反应。（三）酸碱催化酶促反应中，酶的活性部位上的催酶的活性部位上的催化基团化基团可以

29、作为良好的质子供体或受体可以作为良好的质子供体或受体而而对底物进行的催化作用对底物进行的催化作用即即酸碱催化酸碱催化。有的催化基团是质子供体，可以向底物催化基团是质子供体，可以向底物提供质子提供质子，这种催化作用即酸催化酸催化；反之，作为质子受体而从底物上接受质反之，作为质子受体而从底物上接受质子子的催化作用，则叫碱催化碱催化。（四）共价催化某些酶能与底物生成某些酶能与底物生成不稳定的、反应活不稳定的、反应活性很高的性很高的共价中间物共价中间物。这个中间物很容易转变成过渡态，使活化能大大降低，反应速度大为提高。这种催化作用即共价催化。亲核催化酶的活性中心的亲核催化基团酶的活性中心的亲核催化基团

30、提供一对提供一对电子，与底物中缺少电子而具有部分正电荷电子，与底物中缺少电子而具有部分正电荷的碳原子形成共价键的碳原子形成共价键，产生不稳定的共价中间物，从而引起的催化作用。亲电（子）催化酶的活性中心的亲电子催化基团酶的活性中心的亲电子催化基团经从经从底物上的亲核原子上夺取某一对电子形成共底物上的亲核原子上夺取某一对电子形成共价键，产生不稳定的共价中间产物价键，产生不稳定的共价中间产物，从而引起的催化作用。（五）活性部位疏水空穴的影响某些化学反应在非极性（低于介电常数）的介质中比在极性（高介电常数）的介质中的反应速度要快得多。酶分子的活性中心是位于非极性的空穴中的，故可推测，非极性的空穴有利于

31、提高酶促反应速度。第四节酶的活力测定一酶活力及其测定（一）酶活力酶活力即酶活性，指酶催化一定化学反应的能力。酶的这种能力经其催化的反应速度表现出来，因而酶活力越大，其催化的反应速度越快；反之，酶活力越小，其催化反应速度就越小。因此，测定酶活力就是测定一定条件下酶促反应的速度。（二）酶活力的测定酶活力的测定应包括两个方面，即酶的酶的定性测定和酶的定量测定定性测定和酶的定量测定。酶的定性测定主要是确定所测样品中是否有该酶存在。可将该样品取两份，一份高温处理一段时间，另一份则否。然后在相同的反应条件下观察现象。如果高温处理的样品未显出特征性现象，而未处理样品却显出了，则可初步断定该样品中有该酶的存在

32、。随后就可进行酶的定量测定。酶的定量测定就是要经酶活力的测定来决定，即经测定酶促反应速度来决定。酶促反应速度的测定可以从两方面来进行。一是测定单位时间内单位体积中底物的减少量。二是测定单位时间内单位体积中产物的生成量。酶促反应速度的测量（二种方法）：酶促反应速度的测量（二种方法）：测定单位时间内测定单位时间内底物底物的消耗量的消耗量 测定单位时间内测定单位时间内产物产物的生成量的生成量( (较为准确较为准确) )在开始一段时间内，反在开始一段时间内，反应速度几乎维持恒定应速度几乎维持恒定随时间延长：曲线斜率随时间延长：曲线斜率逐渐变小，逐渐变小，反应速度逐反应速度逐渐降低渐降低。因此：酶促反应

33、的最初速度，因此：酶促反应的最初速度，能反映酶促反应的情况。能反映酶促反应的情况。酶促反应的速度曲线（即酶促反应的过程曲线）前人的工作表明，当用产物浓度对反应时间作图时，可以得到如图所示的酶促反应的速度曲线（即酶促反应的过程曲线）。由图可知，每个时间点上的酶促反应速度应为导数dp/dt，为该点的切线之斜率。在反应刚开始的一段时间内，曲线基本为直线，这表明产物浓度p随时间t的增加而线形增加，着意味着，这段时间内酶促反应的速度保持恒定。随着反应的继续进行，曲线平缓弯曲，直至最后几乎为与时间平行的直线，这段时间段内，各点的切线斜率随时间的延长而逐渐减小直至最后几乎为“0”。造成这种现象的原因有很多造

34、成这种现象的原因有很多例如，底物浓度下降、因产物浓度增加而使逆反应加快、产物对酶的抑制或酶变性，等等。可见，要测定酶促反应的速度应当在酶促反应过程的初期进行测定，这样才能排除这些干扰，才能保证所测得的速度值最能够客观、本质地反映酶促反应的真实情况。这个这个在酶反应初期测定的速度在酶反应初期测定的速度就是就是酶酶促反应的初速度促反应的初速度。其测定一般采用在酶促反应刚开始的一段时间如510min内进行。只要测定方法足够灵敏准确，只要测定方法足够灵敏准确，原则上，反应原则上，反应时间越短越好时间越短越好。因此，可以先测定不同反应时间内产物浓度（或底物浓度），做出产物浓度做出产物浓度（或底物浓度）对

35、反应时间的酶促反应过（或底物浓度）对反应时间的酶促反应过程曲线程曲线。再根据曲线中反应初期的直线部分，根据曲线中反应初期的直线部分，算出其斜率算出其斜率即可以算出酶促反应的初速度。一般以产物浓度的变化来测定为好。因为酶促反应中底物往往是过量的。测定酶活力的方法很多，如化学分析法、分光光度法、荧光测定法、电化学法、气体测压、比旋光度等等。这应由产物或底物的物理化学特性来决定使用。二酶的活力单位酶活力靠酶促反应速度来测定，但现在用酶的活力单位表示度量。对酶的活力单位的规定，原没有统一的标准，多采用习惯法。以-淀粉酶为例，可用一定反应条件下，每小时催化1g可溶性淀粉水解所需的酶量定义为该酶的一个活力

36、单位。为了统一酶活力单位的计算标准，国际酶学委员会先后做了如下规定。1961年规定，一个国际单位（U或IU）为在指定条件下（规定为25、最适pH、饱和底物浓度），1min内使1微摩尔（1mol）底物发生转化的酶量。若底物分子有一个以上可被作用的化学键，则规定一个酶活力单位是1min内使1mol有关基团发生转化所需要的酶量。为使酶活力单位与国际单位制中的反应速度（mol/s）相一致，1972年国际酶学委员会又推荐使用一个新的酶活力单位Kat（即Katal）最适条件下，每秒钟内可使1mol底物发生转化的酶量。目前习惯法仍相当普遍以-淀粉酶为例。以1g淀粉/hr为一个酶活力单位，若所测样品的酶促反应

37、速度为2.5g淀粉/hr，则所测样品中含有2.5个单位的酶。三酶的比活力比活力是指每毫克蛋白质所具有的酶活力，一般单位为u/mg蛋白。有时也用单位/克或单位/ml酶制剂来表示。由于提取过程中，酶蛋白不够纯，或即使纯，酶活力因种种原因下降，因此酶样品（或酶制剂）中的酶的含量与纯度往往用比活力来表示。比活力越高，则其中酶的含量和纯度就比活力越高，则其中酶的含量和纯度就越高越高。在酶的分离纯化过程中，对每一步骤中所制备的酶常采用以下指标进行衡量。每步酶样品的总活力回收率=100%第一步酶样品的总活力开始时的回收率一般设为100%。每步酶样品的比活力纯化倍数=100%第一步酶样品的比活力起始时的纯化倍

38、数一般设为1。第五节酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶促反应速度规律的科学，它主要研究各种因素对酶促反应速度的影响。研究酶促反应动力学对阐明酶的结构与功能的关系、阐明酶的作用机制、寻找酶的最佳作用条件、阐明某些药物的作用机制及酶在代谢中的作用等，对酶的分离纯化与应用等，都有重要的理论与实践意义。一底物浓度对酶促反应速度的影响（一）底物浓度对酶促反应速度的影响在酶浓度、温度、pH等条件固定不固定不变变的情况下，测定不同s下的酶促反应速度值，然后得v-s曲线。这是一这是一直角直角双曲线双曲线，如图所示。1 1，底物浓度对酶促反应速度的影响，底物浓度对酶促反应速度的影响V V与与SS呈呈矩形双曲线

39、矩形双曲线关系关系曲线曲线 a a ：一级反应一级反应， V V与与SS成正比关系。成正比关系。曲线曲线 b b ：混级反应混级反应。 不成正比关系，不成正比关系，v v 增加增加 变慢变慢曲线曲线 c c ：零级反应零级反应。 V V到达最大值（到达最大值（ V Vm m）不）不 再增加。有饱和现象再增加。有饱和现象在s较低时，v随s的增加而线形增加，即v=dp/dt=ks，呈正比关系，表现为一级表现为一级反应反应。在s较高时，v随s的增加而缓慢增加，表现为混合级反应表现为混合级反应。在s升高到一定限度时，v达到最大值Vmax。此时，即使s再进一步增加，反应速度v仍维持在Vmax，几乎不再改

40、变，表现为表现为零级反应零级反应。这种现象可以用中间产物学说来解释。在酶促反应过程，酶（E）分子先与底物（S）分子结合形成中间复合物（ES），然后降低活化能，发生催化作用使底物S转变为产物P。反应速度实际上决定于中间产物ES的浓度。在一定的酶促反应的体系中，酶量是一定的。随着S增加，酶与底物形成的ES也相应增加，反应速度也随之增加。当S增加到一定程度时，反应体系中的酶恰好处于饱和状态，其全部酶分子都与底物形成ES，因而反应速度为Vmax。此时，即使S再进一步增加，由于酶分子已不再有多余的去与底物结合，即ES不再增加，因而酶促反应就维持在Vmax而保持不变。(三)米氏方程与米氏常数1.米氏方程V

41、maxSv=Km+S它表示了底物浓度s与酶促反应速度v之间的定量关系。其中Km为米氏常数为米氏常数。此公式由MichaelisMichaelis和和MentenMenten总结得出。总结得出。 当当 S S 低时低时，K Km mS S ， S S 可忽略不计。可忽略不计。 则：则：V V与与 S S 成成正比正比关系，符合关系，符合一级一级反应。反应。 当当 S S 高时高时，K Km m S S ，KmKm可忽略不计。可忽略不计。 则：则：V V与与 S S 无关无关，符合，符合零级零级反应。反应。2.米氏常数及其测定(1)米氏常数的意义当v=Vmax时，Km=S故Km是指当酶促反应速度为

42、最大反是指当酶促反应速度为最大反应速度的一半时的底物浓度应速度的一半时的底物浓度。其单位为浓度单位，一般用mol/L或mmol/L来表示。代入米氏方程代入米氏方程Km=S米氏常数米氏常数Km是酶的特征性物理常数是酶的特征性物理常数在一定条件下（如25、最适pH）下，一种酶对一种底物而其Km为定值。不同的酶，其Km不同。测定Km可以鉴定酶。Km并不是ES络合物的解离常数（Ks=K2/K1）。Km一般只与酶的性质（一般只与酶的性质（如酶的结如酶的结构、所催化的反应的性质等）构、所催化的反应的性质等）有关有关，而与而与酶浓度无关酶浓度无关。当K2K3时，KmK2/K3。可用以表示酶与底物间的亲和力。

43、Km越大，则亲和力弱；反之则反越大，则亲和力弱；反之则反。当一种酶有几种底物时，则它对每一种底物各有一种特定的Km。其中Km最小的底物是最小的底物是该酶的该酶的最适底物或最适底物或天然底物天然底物。当Kms时，v始终不能达到Vmax;而当Km ES E 时时 v = K Ev = K E反应速度反应速度v v与酶浓与酶浓度度EE成成正比正比关系关系酶促反应中，酶要与底物先形成中间产物才能进行反应。当底物量保证足够时，则随着酶浓度增加，中间产物的浓度就增加，反应就加快。如果底物浓度太小、作用的时间过长、有抑制剂、去掉了辅助因子或酶蛋白变性的话，则v与E之间不可能呈现这种直线关系。五激活剂对酶促反

44、应速度的影响（一）激活剂凡能使酶活性提高的物质即为激活剂。酶原的激活是使无活性的酶原转变为有活性的酶，酶的激活则是使有活性的酶的活性由小到大。（二）激活剂的种类1.无机离子（1）金属离子如许多激酶需Mg2+、精氨酸酶需Mn2+、RNA酶需Mg2+、脱羧酶需Mn2+等，醛缩酶需Mn2+。（2）阴离子一般情况下其激活作用不明显，但唾液淀粉酶需Cl-。（3）H+2.小分子有机化合物如抗坏血酸、半胱氨酸、还原性谷胱甘肽、巯基乙醇等，分别为不同的酶所需以使-SS-2-SH，使酶活性上升。还有学者认为EDTA也可，因为它可去除重金属杂质对酶的抑制作用。3.大分子蛋白质有的酶需其它酶来激活。（三）激活剂作用

45、的一些特点1.激活剂对酶作用有选择性某物质对A酶是激活剂，但对B酶则可能不起作用甚至起抑制作用。2.激活剂的浓度对酶活性也有影响有的酶在激活剂浓度升高到一定程度后反而转入被抑制状态。也有的物质对酶活性的影响表现为随着浓度的增加使酶活性由被抑制转入被激活。故应在一定浓度范围内使用激活剂。激活剂对酶作用并非多多益善。3.离子之间的拮抗作用例如，Na+可以激活某酶，但K+却抑制这种激活作用，因此K+对Na+的作用起拮抗作用。4.金属离子之间的替代作用例如,Mg2+可作为激酶的激活剂，有的酶可用Mn2+替换Mg2+后酶仍保持被激活状态，则这时Mg2+与Mn2+之间属于替代作用。六.抑制剂对酶促反应速度

46、的影响（一）降低酶活性的三种情况1.失活作用使酶蛋白变性而引起酶活性降低乃至于丧失的作用即失活作用。有学者称之为酶酶的钝化的钝化。蛋白变性剂可产生此种作用，且对酶无选择性。2.去激活作用某些酶需要在金属离子存在时才能很好地表现其活性。若用金属离子螯合剂去除金属离子则会引起酶活性下降乃至于丧失。由于螯合剂不与酶直接结合，而是经金属离子间接影响酶活性，因此这种作用称作去激活作用去激活作用，而与抑制作用不同。去激活作用对酶的作用有选择性。上述金属离子常为这些酶的激活剂。3.抑制作用凡使酶的必需基团（含辅助因子上的有关基团）的（化学）性质发生改变而导致酶活力下降乃至丧失而酶蛋白本身并不变性的作用即抑制

47、作用。能引起抑制作用的物质即抑制剂，它对酶的影响有选择性，即一种物质只能引起某一种、几种酶的活性下降乃至于丧失。抑制作用总的分为可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。（二）不可逆的抑制作用1.不可逆的抑制作用当抑制剂与酶的活性中心上的必需基团之间以牢固的共价键结合，从而导致酶的活性下降乃至于丧失，但又不能用透析、超滤、凝胶过滤等物理方法将抑制剂除去以恢复酶的活性。这种抑制作用即是不可逆的抑制作用。这种抑制作用只能用化学方法将抑制剂除去才能恢复酶的活性。2.根据抑制剂对酶的选择性，可将这类抑制作用分为2类。（1）非专一性不可逆抑制剂这类抑制剂作用于酶分子上的不同基团或作用于几类不同的酶。如烷化剂（碘

48、乙酸、DNFB等），可使酶蛋白的氨基、巯基、羧基、硫醚基、咪唑基等烷基化。又如酰化剂（如酸酐、磺酰氯等）可使酶蛋白之羟基、巯基、氨基、酚基等发生酰化反应。E-SH+ICH2COOHE-S-CH2COOH+HI（2）专一性不可逆抑制剂这种抑制剂只作用于酶蛋白分子中一种氨基酸侧链或仅作用于一类酶。有机磷化合物专一性地作用于丝氨酸羟基。例如毒气DFP（二异丙基氟磷酸），一些杀虫剂（1605，敌百虫等）均为有机磷化合物。这类抑制剂可抑制与中枢神经系统有关的胆碱酯酶。胆碱酯酶乙酰胆碱+H2O乙酸+胆碱该酶被抑制，会导致乙酰胆碱堆积，引起神经中毒症状，故又叫神经毒剂。此类中毒可用肟（wo）化物（含-CH=

49、NOH基团）或羟釫酸将酶上的基团除去，使酶活性恢复。在农业上，抑制作用常被用于设计开发在农业上，抑制作用常被用于设计开发新型农药。新型农药。 如敌百虫、敌敌畏、乐果等有机磷农药如敌百虫、敌敌畏、乐果等有机磷农药能专一地抑制能专一地抑制乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶的活力，因而的活力，因而使昆虫体内大量积累使昆虫体内大量积累乙酰胆碱乙酰胆碱影响神经传影响神经传导失去知觉而死亡导失去知觉而死亡。有机汞、有机砷化合物这类化合物与-SH作用，抑制含-SH的酶。例1：对氯汞苯甲酸的作用机制当酶受到这种抑制时，可通过加入过量的巯基化合物如半胱氨酸或还原型谷胱甘肽（GSH）来解除。例2：三价有机砷化合物的作用机制

50、它可与双巯基化合物（如还原型硫辛酸）作用生成环状硫醇化合物。硫辛酸是一些酶的辅助因子硫辛酸是一些酶的辅助因子。有机砷化合物经上述机制即可抑制酶的活性。象路易斯毒气（CHCL=CHASCL2）就是一种有机砷化合物，就是经这种机制来抑制几乎所有的巯基酶。有机砷化合物对酶产生的抑制作用不能被单巯基化合物解除，但可用过量的双巯基化合物如二巯基丙醇来解除。氰化物它可与含铁卟啉的的酶（如细胞色素氧化酶）中Fe2+的结合，使酶失去活性而阻抑细胞呼吸。有活化作用的不可逆抑制剂这类抑制剂以潜伏态形式出现，此时它并不会对酶产生抑制作用。当它与酶的活性中心结合后，被激活成有抑制作用的抑制剂，因此这类抑制剂又被看作是

51、酶的“自杀性底物自杀性底物”。（三）可逆抑制作用1.可逆抑制作用当抑制剂以非共价键与酶蛋白可逆结合时，可抑制酶活性，而当用透析、超滤、凝胶过滤等物理方法除去抑制剂时，酶的活性又得以恢复。这种抑制作用即可逆抑制作用。可逆抑制剂与游离状态的酶之间有一平衡。2.可逆的抑制作用的类型根据抑制剂与底物的关系，或根据抑制剂与酶结合的关系，可逆的抑制作用可分为三类。（1）竞争性抑制作用由抑制剂与底物对酶分子活性中心竞争结合（或竞相结合）而引起的抑制作用。 在这种抑制作用中在这种抑制作用中，抑制剂分子与底物抑制剂分子与底物分子在结构上往往相似分子在结构上往往相似。这种抑制作用可以使酶的Km增大而Vmax不变。

52、其抑制作用的程度取决于抑制剂浓度与其抑制作用的程度取决于抑制剂浓度与底物浓度之比以及二者对酶的亲和力大小底物浓度之比以及二者对酶的亲和力大小（不取决于两者的绝对量）。例如，增大S可以降低乃至于解除抑制作用。 作用特点作用特点 1.1.抑制剂与底物结构相似抑制剂与底物结构相似, ,竞争酶的活性中竞争酶的活性中心。心。 2.2.抑制程度取决于抑制剂的浓度和与酶的亲抑制程度取决于抑制剂的浓度和与酶的亲和力和力, ,又取决于底物的浓度和与酶的亲和力又取决于底物的浓度和与酶的亲和力, ,即即I/SI/S。 3.3.动力学特点是动力学特点是KmKm增大增大,Vm,Vm不变不变。 最典型的竞争性抑制的例子是

53、丙二酸、最典型的竞争性抑制的例子是丙二酸、草酰乙酸、苹果酸对琥珀酸脱氢酶的抑制草酰乙酸、苹果酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用。作用。 琥珀酸脱氢酶可催化琥珀酸脱氢变成琥珀酸脱氢酶可催化琥珀酸脱氢变成延胡索酸，是糖在有氧代谢时三羧酸循环延胡索酸，是糖在有氧代谢时三羧酸循环中的一步反应。中的一步反应。 比较丙二酸、草酰乙酸、苹果酸与琥比较丙二酸、草酰乙酸、苹果酸与琥珀酸的结构式如图所示。珀酸的结构式如图所示。 竞争性抑制剂在临床治疗方面十分重要。竞争性抑制剂在临床治疗方面十分重要。不少有疗效的药物实际上就是酶的竞争性抑不少有疗效的药物实际上就是酶的竞争性抑制剂。制剂。 磺胺类药物磺胺类药物治疗细菌性传染

54、病的有效药治疗细菌性传染病的有效药物。它能抑制细菌的生长繁殖，而不伤害人物。它能抑制细菌的生长繁殖，而不伤害人和畜禽。和畜禽。 细菌体内的细菌体内的叶酸合成酶叶酸合成酶能够催化能够催化对氨基对氨基苯甲酸苯甲酸变成变成叶酸。磺胺类药物，叶酸。磺胺类药物，由于与由于与对氨对氨基苯甲酸基苯甲酸的结构非常相似，因此对的结构非常相似，因此对叶酸合成叶酸合成酶酶有竞争性抑制作用。有竞争性抑制作用。 人和畜禽能够利用食物中的叶酸，而人和畜禽能够利用食物中的叶酸，而细菌不能利用外源的叶酸，必须自己合成。细菌不能利用外源的叶酸，必须自己合成。 一旦合成叶酸的反应受阻，则细菌由一旦合成叶酸的反应受阻，则细菌由于缺

55、乏叶酸，便停止生长繁殖。于缺乏叶酸，便停止生长繁殖。 因此，磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖因此，磺胺类药物有抑制细菌生长繁殖的作用，而不伤害人和畜禽。的作用，而不伤害人和畜禽。（2）非竞争性抑制作用底物与抑制剂可以与酶同时结合，两底物与抑制剂可以与酶同时结合，两者之间无竞争作用者之间无竞争作用。即：EI+SESI，也可ES+IESI但所得所得ESI不能进一步反应而得到产物不能进一步反应而得到产物P，因而酶的活性降低，这种抑制作用即非竞争性抑制作用。在这种抑制作用中，抑制剂一般与酶的活性中心之外的部位结合，导致酶分子构象发生改变，致使酶的催化作用降低。这种抑制作用的强弱，取决于抑制剂的绝对浓度，不

56、可能用增大底物浓度的办法来消除之。这种抑制作用使得酶的Km不变，不变， Vmax下降下降。（参考）有学者将诸如EDTA、F-、CN-、N3-等金属络合物与维持酶活性所必须的金属离子结合后而导致酶活性下降的作用归为非竞争性抑制作用（见郭霭光版）3)3)反竞争性抑制反竞争性抑制概念：概念： 抑制剂只与酶抑制剂只与酶- -底物复合物结合形成抑制剂底物复合物结合形成抑制剂- -酶酶- -底物复合物而抑制酶的活性，底物的底物复合物而抑制酶的活性，底物的存在是抑制剂与酶结合的先决条件，故称存在是抑制剂与酶结合的先决条件，故称此类抑制为反竞争性抑制。此类抑制为反竞争性抑制。作用特点：作用特点： E + S

57、+ IE + S + I ES + I ES + I ESI ESI抑制特点：抑制特点： Km Km 减小减小 Vm Vm 降低降低第六节第六节 酶的命名与分类酶的命名与分类 (1) (1)习惯命名法习惯命名法 根据酶的底物来命名。根据酶的底物来命名。 如如水水解解淀淀粉粉的的酶酶叫叫淀淀粉粉酶酶，水水解解蛋蛋白白质质的的酶叫蛋白酶等。酶叫蛋白酶等。一一 酶的命名酶的命名 根据酶催化的反应性质来命名。根据酶催化的反应性质来命名。 如如催催化化水水解解反反应应的的叫叫水水解解酶酶，催催化化氧氧化化反反应应的的叫叫氧氧化化酶酶，催催化化脱脱氢氢反反应应的的叫叫脱脱氢酶。氢酶。 用上述二者结合来命名

58、。用上述二者结合来命名。 如苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等。如苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等。 在这些命名的基础上再加上酶的来源在这些命名的基础上再加上酶的来源或酶的其它特点。或酶的其它特点。 如胃蛋白酶、碱性磷酸酯酶等。如胃蛋白酶、碱性磷酸酯酶等。(2)(2)国际系统命名法国际系统命名法 系统名称包括底物名称、构型、反应系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字性质，最后加一个酶字。 例如，例如， 习惯名称习惯名称: :谷丙转氨酶谷丙转氨酶 系统名称系统名称: :丙氨酸：丙氨酸： - -酮戊二酸氨基转移酶酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应酶催化的反应: : 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙

59、酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸 6.2 6.2 酶的分类酶的分类 氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。 主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogenase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。 如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(1)(1)氧化氧化- -还原酶还原酶 OxidoreductaseOxidoreductase转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另

60、一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(2) (2) 转移酶转移酶 TransferaseTransferase水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应：催化的脂的水解反应：(3)(3)水解酶水解酶 hydrolasehydrolase裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反

61、应。原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。(4) (4) 裂合酶裂合酶 LyaseLyase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5) (5) 异构酶异构酶 IsomeraseIsomerase 催化两分子的相互结合并使催化两分子的相互结合并使NTPNTP分解的分解的反应反应 。 A + B

62、+ ATP + H-O-H A + B + ATP + H-O-H =A =A B + ADP +Pi B + ADP +Pi (6) (6) 合成酶合成酶 Ligase or SynthetaseLigase or Synthetase 酶酶表表：将将所所有有的的酶酶分分门门别别类类地地列列成成一一个个表表，使使每每个酶在其中都有自己的位置个酶在其中都有自己的位置“身份证身份证”。酶的编号酶的编号: :酶酶的的编编号号是是将将所所有有的的酶酶按按其其催催化化的的反反应应性性质质分分为为六六 大大 类类 后后 进进 行行 的的 ， 如如 乳乳 酸酸 脱脱 氢氢 酶酶 （ EC EC 1.1.1

63、.271.1.1.27）催化下列反应）催化下列反应: :第七节酶的若干调控方式 在代谢途径的关键环节有一些对代谢在代谢途径的关键环节有一些对代谢起着调节作用的酶。起着调节作用的酶。一一. 别构酶别构酶 （一）别构酶（一）别构酶 别构酶（别构酶（allosteric enzyme）也称为）也称为变构酶。变构酶。 具有别构效应的酶称为别构酶具有别构效应的酶称为别构酶。 别构酶一般为寡聚酶，含有两个或多别构酶一般为寡聚酶，含有两个或多个亚基。个亚基。 可以是同源或异源多聚体（或叫同型可以是同源或异源多聚体（或叫同型或异型多聚体）。或异型多聚体）。 别构酶分子上除了有别构酶分子上除了有活性中心活性中心

64、外，还外，还有有别构中心。别构中心。 别构中心也别构中心也称为别构部位或调节部位、称为别构部位或调节部位、调节中心。调节中心。 活性中心活性中心起着对底物的结合与催化作起着对底物的结合与催化作用；用； 别构中心别构中心则则可结合调节物（可结合调节物（effector），），起着调节酶的反应速度的作用。起着调节酶的反应速度的作用。 别构酶分子中的活性中心与别构中心别构酶分子中的活性中心与别构中心可能存在于同一个亚基的不同部位上，也可能存在于同一个亚基的不同部位上，也可能存在于不同的亚基上；可能存在于不同的亚基上； 若为后一种情况，存在别构中心的亚基若为后一种情况，存在别构中心的亚基一般为调节亚基

65、。一般为调节亚基。 有的别构酶有的别构酶在体外可以部分变性，使调节特在体外可以部分变性，使调节特性全部或部分丧失，但不影响催化活性。性全部或部分丧失，但不影响催化活性。 这一过程称为脱敏作用，进一步证明了这一过程称为脱敏作用，进一步证明了催化催化和调节事件可发生在酶的不同部位。和调节事件可发生在酶的不同部位。 调节物调节物（即效应物）（即效应物）与酶分子中的别与酶分子中的别构中心结合后构中心结合后，引起酶蛋白构象的变化如，引起酶蛋白构象的变化如诱导出或稳定住酶分子的某种构象诱导出或稳定住酶分子的某种构象（一般一般是是导致活性部位构象变化导致活性部位构象变化），），使酶的活性使酶的活性中心对底物

66、的结合与催化作用受到影响中心对底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶促反应速度及代谢过程，从而调节酶促反应速度及代谢过程，此效此效应为别构效应。应为别构效应。 其中，其中，促进酶活性的调节物促进酶活性的调节物叫别构激叫别构激活剂，活剂，抑制酶活性的调节物抑制酶活性的调节物叫别构抑制剂，叫别构抑制剂， （二）（二） 别构效应别构效应 别构酶别构酶的活性对代谢的抑制剂和激活的活性对代谢的抑制剂和激活剂很敏感。剂很敏感。 典型的别构调节剂非共价地结合在酶典型的别构调节剂非共价地结合在酶的调节部位的调节部位。 调节剂可以改变酶对底物的调节剂可以改变酶对底物的KmKm值或值或VmaxVmax。 酶不会

67、引起调节剂本身的化学变化。酶不会引起调节剂本身的化学变化。（三）别构酶的v-S曲线变构酶的反应速度对底物浓度作图，变构酶的反应速度对底物浓度作图，即即V V对对【S S】的作图不服从的作图不服从Michaelis-MentenMichaelis-Menten关系式，不是双曲线。关系式，不是双曲线。 许多变构酶的许多变构酶的V V对对【S S】作用呈作用呈S S形曲形曲线，如图所示。线，如图所示。 S S形曲线是由于底物的协同结合引起的，形曲线是由于底物的协同结合引起的，这也表明在这样的一个酶中存在着多底物这也表明在这样的一个酶中存在着多底物结合部位。结合部位。 通常，一个通常，一个别构酶别构酶

68、至少有一个底物，至少有一个底物，反应速度对该底物浓度的曲线是反应速度对该底物浓度的曲线是S S型的，而型的，而不是双曲线型的。不是双曲线型的。 这种这种S S形曲线表明了结合一分子底物形曲线表明了结合一分子底物( (或效应物或效应物) )后，酶的构象发生了变化，这后，酶的构象发生了变化，这种新的构象非常有利于后续分子与酶的结种新的构象非常有利于后续分子与酶的结合，大大促进酶对后续底物分子合，大大促进酶对后续底物分子( (或效应物或效应物) )的亲和性。的亲和性。 因此，当底物浓度发生较小的变化时，因此，当底物浓度发生较小的变化时，变构酶就可大幅度地控制反应速度。这也变构酶就可大幅度地控制反应速

69、度。这也是变构酶可以灵敏地调节酶反应速度的原是变构酶可以灵敏地调节酶反应速度的原因所在。因所在。 正调节（正调节（positive positive modulationmodulation） 负调节（负调节（negative negative modulationmodulation）二二. . 共价调节酶共价调节酶 在代谢途径的关键环节对代谢起着调节在代谢途径的关键环节对代谢起着调节作用的酶中，除了别构效应调控外，某些酶作用的酶中，除了别构效应调控外，某些酶可以通过共价修饰来调控。可以通过共价修饰来调控。 共价修饰（共价修饰（covalent modification）调）调节节是酶活性调

70、节的另一种重要方式。是酶活性调节的另一种重要方式。 某些调节酶在其它酶的作用下，对其结某些调节酶在其它酶的作用下，对其结构进行共价修饰，而使其在高活性形式和相构进行共价修饰，而使其在高活性形式和相对较低的活性形式之间互相转变。对较低的活性形式之间互相转变。 这种酶活性的调节方式即这种酶活性的调节方式即共价修饰调节共价修饰调节。 可逆共价修饰的方式包括：可逆磷酸化（phosphorylation）、可逆腺苷酰化（adenylylation）、尿苷酰化（uridylylation）、甲基化（methylation）、腺苷二磷酸核糖基化（ADPribosylation）等。其中酶分子上特定的丝氨酸、

71、苏氨酸或酪氨酸残基的可逆磷酸化修饰最常见。 可逆磷酸化修饰机理举例 蛋白激酶蛋白激酶（proteinkinases）催化催化ATPATP末端的磷酸基团转移到酶的特定的丝氨酸末端的磷酸基团转移到酶的特定的丝氨酸残基上。残基上。 酶的磷酸丝氨酸经蛋白磷酸酶酶的磷酸丝氨酸经蛋白磷酸酶（proteinphosphatases）水解释放出磷酸水解释放出磷酸基团后，又还原为脱磷酸的状态。基团后，又还原为脱磷酸的状态。 磷酸基的结合可使酶的结构发生改变，进而影响其催化活性催化途径中的酶通催化途径中的酶通常是受磷酸化作用激活，通过脱磷酸化作用常是受磷酸化作用激活，通过脱磷酸化作用而失活。而失活。有些酶分子上只

72、有一个磷酸化位点，有些酶分子上有几个磷酸化的位点，个别酶分子上的磷酸化位点多达几十个。 一个典型的哺乳动物细胞中大约一个典型的哺乳动物细胞中大约1/31/3的蛋的蛋白质都可能含有共价结合的磷酸。白质都可能含有共价结合的磷酸。三三. .酶促反应的前馈和反馈酶促反应的前馈和反馈A A 前馈前馈(1)(1)正前馈正前馈 在代谢途径中前面的在代谢途径中前面的底物底物对其后某一催对其后某一催化反应的调节酶化反应的调节酶起激活作用起激活作用。(2)(2)负前馈负前馈 在代谢途径中前面的在代谢途径中前面的底物底物对其后某一对其后某一催化反应的调节酶催化反应的调节酶起抑制作用起抑制作用。B B 反馈反馈 在一

73、个线形多酶催化途径，总的结在一个线形多酶催化途径，总的结果是由果是由A A生成生成P P。 终产物是调节酶终产物是调节酶 E1 E1 的一个别构抑的一个别构抑制剂，调节酶制剂，调节酶 E1 E1 催化第一个关键的反应。催化第一个关键的反应。这种类型的调节称之反馈抑制。这种类型的调节称之反馈抑制。 正反馈（正反馈（positive feedback)positive feedback)：产物产物能能使代谢过程加快或酶激活使代谢过程加快或酶激活。又称为反馈。又称为反馈促进促进(feedback stimulation)(feedback stimulation) 负反馈负反馈(negative f

74、eedback)(negative feedback)：产物产物能能使代谢过程减缓或酶活性被抑制使代谢过程减缓或酶活性被抑制。又称为。又称为反馈抑制反馈抑制(feedback inhibition)(feedback inhibition)完由方程式可知，当底物浓度较低时即Kms，则方程式中的s可忽略不计，则此时v与s呈正比关系，表现为一级反应。当底物浓度较高时，即Kms时，则方程式中的Km可忽略不计，则此时v与s无关，表现为零级反应。1 1）. . 米氏方程米氏方程nK Km m 即为米氏常数，即为米氏常数，nV Vmaxmax为最大反应速为最大反应速度度n当反应速度等于最大速度当反应速度等于最大速度一半时一半时, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = S m = S n上式表示上式表示, ,米氏常数是反米氏常数是反应速度为最大值的一半时的应速度为最大值的一半时的底物浓度。底物浓度。n因此因此, ,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。