生物化学：第四章 酶化学

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1、第四章 酶Chapter 4 EnzymeChapter 4 Enzyme第一节 酶的分子结构与功能Section 1 The Molecular Structure and Function of Enzyme 酶（酶（enzyme）是由活细胞产生的、能对是由活细胞产生的、能对特异特异底物进行底物进行高效率高效率催化的催化的生物催化剂生物催化剂，其化学，其化学本质是蛋白质。本质是蛋白质。酶和生命活动密切相关几乎所有的生命过程酶和生命活动密切相关几乎所有的生命过程都有酶参加都有酶参加。一、酶的定义一、酶的定义Whats enzyme?二、二、酶的发展来源及分布酶的发展来源及分布（一）酶的历史发

2、展（一）酶的历史发展1857年，法国科学家巴斯德最早提出了年，法国科学家巴斯德最早提出了“发酵是由微生物发酵是由微生物 引起引起”的观点；的观点；1897年，德国学者巴赫纳证明了生物体内有酶，而且酶年，德国学者巴赫纳证明了生物体内有酶，而且酶 脱离开生命体照样能发挥作用；脱离开生命体照样能发挥作用；1926年，萨姆纳从刀豆中成功提取出年，萨姆纳从刀豆中成功提取出脲酶结晶脲酶结晶，并证明，并证明 了了酶的本质是蛋白质酶的本质是蛋白质；1949年，日本采用深层培养法生产细菌的年，日本采用深层培养法生产细菌的-淀粉酶微生淀粉酶微生 物酶制剂进入大规模工业化生产；物酶制剂进入大规模工业化生产；1979

3、年，首次弄清多元淀粉酶的空间结构，并制出了立年，首次弄清多元淀粉酶的空间结构，并制出了立 体模型；体模型；二、二、酶的发展来源及分布酶的发展来源及分布（二）酶的来源与分布（二）酶的来源与分布酶是由生物细胞产生的，然后按照需要分布在细胞内和细酶是由生物细胞产生的，然后按照需要分布在细胞内和细胞外。根据酶的活动部位，一般把酶分成：胞外。根据酶的活动部位，一般把酶分成：r胞内酶胞内酶-由细胞产生并在细胞内部起作用的酶。由细胞产生并在细胞内部起作用的酶。 （如氧化还原酶等）（如氧化还原酶等）r胞外酶胞外酶-由细胞产生后分泌到细胞外起作用的酶。由细胞产生后分泌到细胞外起作用的酶。 如水解酶类如水解酶类

4、能加速化学反应速率，用量少而催化效率高；能加速化学反应速率，用量少而催化效率高； 在反应过程中本身不被消耗；在反应过程中本身不被消耗； 只能催化热力学上允许进行的化学反应，只能催化热力学上允许进行的化学反应，降低反应的活降低反应的活化能化能； 只能缩短反应达到平衡所需的时间，不能改变平衡点；只能缩短反应达到平衡所需的时间，不能改变平衡点； 对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。对可逆反应的正反两个方向的催化作用相同。 酶与一般催化剂的共同点：酶与一般催化剂的共同点：三、酶催化作用的特点三、酶催化作用的特点 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： 三、酶催化作用的特点三、酶催化作用的

5、特点1. 酶的催化反应条件温和酶的催化反应条件温和 酶能在常温常压和酶能在常温常压和pH近中性的条件下起催化作用，近中性的条件下起催化作用，这是酶作为生物催化剂所必备的条件。这是酶作为生物催化剂所必备的条件。2. 酶具有很高的催化效率酶具有很高的催化效率 酶的催化活性比一般催化剂高酶的催化活性比一般催化剂高10620倍。倍。 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： 例如：过氧化氢分解反应例如：过氧化氢分解反应 2H2O2 - 2H2O + O2 催化剂催化剂 分解速度分解速度 ( 摩尔数摩尔数/秒秒) 1摩尔摩尔Fe2+ 10-5 1摩尔摩尔H2O2酶酶 105酶的催化效率比铁离子高

6、酶的催化效率比铁离子高1010倍。倍。 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： 3. 酶具有高度专一性酶具有高度专一性&酶只能作用于酶只能作用于某种物质某种物质或某或某一类结构相似的物质，催化一类结构相似的物质，催化它们进行某种它们进行某种类型类型的反应。的反应。&即酶对其所催化的反应和反即酶对其所催化的反应和反应物具有严格的选择性。应物具有严格的选择性。这这种现象称为种现象称为酶作用的特异性酶作用的特异性(specificity)。 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： 3. 酶具有高度专一性（特异性）酶具有高度专一性（特异性）（1）绝对特异性）绝对特异性(absolu

7、te specificity)（2）相对特异性）相对特异性(relative specificity)（3）立体异构特异性）立体异构特异性(stereospecificity)（1）绝对特异性）绝对特异性 一种酶只能作用于一种酶只能作用于特定的底物特定的底物，发生，发生特定性质的反应特定性质的反应。 如：脲酶只能作用于尿素催化其进行水解反应。如：脲酶只能作用于尿素催化其进行水解反应。（2）相对特异性）相对特异性 一种酶能够催化一类具有相同一种酶能够催化一类具有相同化学键化学键或相同或相同化学基团化学基团的物质进行某种类型的反应。的物质进行某种类型的反应。3. 3. 酶具有高度专一性（特异性）酶

8、具有高度专一性（特异性）对键的专一性对键的专一性-要求底物具有相同的化学键，而对两端的基要求底物具有相同的化学键，而对两端的基 团要求不高。如脂酶可水解脂肪酸的脂键。团要求不高。如脂酶可水解脂肪酸的脂键。对基团的专一性对基团的专一性-对化学键一侧或两侧基团有要求对化学键一侧或两侧基团有要求 如：胰麦芽糖酶如：胰麦芽糖酶-要求底物必须有一个由要求底物必须有一个由 - -葡萄糖形成的葡萄糖形成的糖苷键。蛋白水解酶对构成肽键的氨基酸有一定要求。糖苷键。蛋白水解酶对构成肽键的氨基酸有一定要求。3. 3. 酶具有高度专一性（特异性）酶具有高度专一性（特异性）几种蛋白酶的专一性几种蛋白酶的专一性： 酶酶

9、供羧基供羧基 供氨基供氨基胃蛋白酶胃蛋白酶 Asp或或Glu 芳香氨基酸芳香氨基酸胰蛋白酶胰蛋白酶 Arg或或Lys -胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 芳香氨基酸芳香氨基酸 -羧肽酶羧肽酶 - C-末端氨基酸末端氨基酸凝血酶凝血酶 Arg Gly（3）立体异构特异性）立体异构特异性 当底物含有不对称碳原子时，酶只作用于其当底物含有不对称碳原子时，酶只作用于其立体异构体中的一种。立体异构体中的一种。3. 3. 酶具有高度专一性（特异性）酶具有高度专一性（特异性）旋光异构专一性旋光异构专一性几何异构专一性几何异构专一性酶酶的的立立体体异异构构特特异异性性 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性：

10、 三、酶催化作用的特点三、酶催化作用的特点1. 酶的催化反应条件温和酶的催化反应条件温和2. 酶具有很高的催化效率酶具有很高的催化效率3. 酶具有高度专一性酶具有高度专一性 酶作为生物催化剂的特性：酶作为生物催化剂的特性： 三、酶催化作用的特点三、酶催化作用的特点4. 酶的催化活性在体内受到多种因素调节控制酶的催化活性在体内受到多种因素调节控制 酶的调节方式包括抑制剂调节、共价修饰调节、酶的调节方式包括抑制剂调节、共价修饰调节、 反馈调节、酶原激活及激素控制等，这些方式的存在反馈调节、酶原激活及激素控制等，这些方式的存在使得生物体的代谢过程有条不紊地进行。使得生物体的代谢过程有条不紊地进行。5

11、. 酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关四、酶的化学本质及其组成四、酶的化学本质及其组成（一）酶的化学本质（一）酶的化学本质 绝大部分酶是由生物细胞产生的，具有绝大部分酶是由生物细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。因此，催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。因此，酶的化学本质是蛋白质酶的化学本质是蛋白质。|具有催化功能的核酸是特例。具有催化功能的核酸是特例。 这种具有催化活性的这种具有催化活性的RNA命名为命名为Ribozyme，译为核酶、核糖酶或酶性译为核酶、核糖酶或酶性RNA等等&酶可根据其化学组成的不同，分为两类：酶可根据其化学组成的不同

12、，分为两类： 酶酶单纯酶单纯酶(simple enzyme)结合酶（全酶）结合酶（全酶）(conjugated enzyme) 辅基辅基辅酶辅酶金属离子金属离子 辅助因子辅助因子酶蛋白酶蛋白四、酶的化学本质及其组成四、酶的化学本质及其组成（二）酶的组成和辅助因子（二）酶的组成和辅助因子（二）酶的组成和辅助因子（二）酶的组成和辅助因子& 全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 辅助因子辅助因子 酶蛋白酶蛋白-不能单独表现催化活性的蛋白质部分不能单独表现催化活性的蛋白质部分。 辅助因子辅助因子-结合酶中的非蛋白质部分（包括辅酶、辅结合酶中的非蛋白质部分（包括辅酶、辅 基和金属离子）基和金属离子）。 酶蛋白

13、酶蛋白-与底物结合，决定与底物结合，决定反应的专一性和高效率反应的专一性和高效率。 辅助因子辅助因子-直接对电子、原子或某些化学基团起传递直接对电子、原子或某些化学基团起传递 作用，作用，决定反应的类型决定反应的类型。 （二）酶的组成和辅助因子（二）酶的组成和辅助因子 金属离子金属离子u为催化活性中心的组成部分；为催化活性中心的组成部分；u搭桥作用搭桥作用：在酶与底物分子间起桥梁作用；：在酶与底物分子间起桥梁作用；u稳定构象：稳定构象：帮助酶分子形成酶活性所必需的构象；帮助酶分子形成酶活性所必需的构象； 辅酶辅酶-与酶蛋白与酶蛋白疏松疏松结合并与催化活性有关的结合并与催化活性有关的 耐热耐热

14、低分子有机化合物称为低分子有机化合物称为辅酶辅酶(coenzyme)。用。用 透析方法可除去。透析方法可除去。 辅基辅基-与酶蛋白与酶蛋白牢固牢固结合并与催化活性有关的耐热结合并与催化活性有关的耐热 低分子有机化合物称为低分子有机化合物称为辅基辅基(prosthetic group)。用透析的方法不易除去。用透析的方法不易除去。| 酶蛋白与辅酶（基）的结合有一定专一性酶蛋白与辅酶（基）的结合有一定专一性。（三）酶的分类（按结构）（三）酶的分类（按结构）单体酶单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶体系多酶体系多酶复合体多酶复合体(mult

15、ienzyme complex)多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)酶的分类（按结构）酶的分类（按结构）: :单体酶单体酶 由一条肽链构成的酶由一条肽链构成的酶寡聚酶寡聚酶 由几个至几十个亚基构成的酶，分子量由几个至几十个亚基构成的酶，分子量3.5万万几百万几百万多酶体系多酶体系 由几种酶彼此嵌合形成复合体由几种酶彼此嵌合形成复合体,有利于一系列反有利于一系列反应的进行应的进行.如脂肪酸合成酶系如脂肪酸合成酶系.由由7种酶围饶着小分子物种酶围饶着小分子物质质-酰基载体蛋白酰基载体蛋白(ACP)形成球状形成球状,其中若其中若1种酶失活或种酶失活或解体解体,则丧失整个活

16、性则丧失整个活性.多功能酶多功能酶多酶复合体多酶复合体HS-ACP- - - -酮脂肪酮脂肪酮脂肪酮脂肪酰合酶酰合酶酰合酶酰合酶-SH-SH- - - -酮脂肪酮脂肪酮脂肪酮脂肪酰还原酶酰还原酶酰还原酶酰还原酶, , , ,- - - -烯脂烯脂烯脂烯脂肪酰水化酶肪酰水化酶肪酰水化酶肪酰水化酶, , , ,- - - -烯脂烯脂烯脂烯脂肪酰还原酶肪酰还原酶肪酰还原酶肪酰还原酶丙二酰单丙二酰单丙二酰单丙二酰单酰转移酶酰转移酶酰转移酶酰转移酶长链脂肪长链脂肪长链脂肪长链脂肪酰硫解酶酰硫解酶酰硫解酶酰硫解酶脂肪酰脂肪酰脂肪酰脂肪酰转移酶转移酶转移酶转移酶1. 习惯命名法习惯命名法推荐名称推荐名称2.

17、 系统命名法系统命名法系统名称系统名称3. 编号命名法编号命名法分类名称分类名称五、酶的分类与命名五、酶的分类与命名五、酶的分类与命名五、酶的分类与命名（一）习惯命名法（一）习惯命名法 1.1.根据被作用的根据被作用的底物底物命名；命名； (淀粉酶) 2. 2.根据催化根据催化反应的性质反应的性质命名；命名；(氧化酶,脱氢酶等) 3. 3.将酶的将酶的作用底物作用底物和和催化反应的性质催化反应的性质结合起来命名；结合起来命名；(多酚氧化酶) 4. 4.将将酶的来源酶的来源与与作用底物作用底物结合起来命名；结合起来命名；( (胃蛋白水解胃蛋白水解酶酶) )五、酶的分类与命名五、酶的分类与命名（二

18、）国际系统命名法（二）国际系统命名法酶的系统命名由两部分组成酶的系统命名由两部分组成：酶所作用的底物的名称酶所作用的底物的名称酶所催化的反应的类型酶所催化的反应的类型 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： - -酮戊二酸酮戊二酸氨基转移酶氨基转移酶 酶催化的反应酶催化的反应: : - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸酶的分类酶的分类根据根据1961年国际酶学委员会（年国际酶学委员会（IEC）的分类）的分类法，通常将酶分为六大类：法，通常将酶分为六大类：1.氧化还原酶类氧化还原酶类(oxidoreductas

19、es)2.转移酶类转移酶类 (transferases )3.水解酶类水解酶类 (hydrolases)4.裂解酶类裂解酶类 (lyases)5.异构酶类异构酶类( isomerases)6.合成酶类合成酶类 (ligases, synthetases)（三）国际系统分类法及编号（三）国际系统分类法及编号1.1.分类分类根据酶催化反应类型和机制把酶分六大类：根据酶催化反应类型和机制把酶分六大类：(1) (1) 氧化还原酶类氧化还原酶类：催化氧化还原反应催化氧化还原反应。 AH2+BA+BH2(2) (2) 转移酶类：转移酶类：催化分子基团从一个分子转移到另一催化分子基团从一个分子转移到另一个分

20、子的反应个分子的反应。 A-R+BA+B-R(3) (3) 水解酶类水解酶类：催化加水分解的反应。催化加水分解的反应。 A-B+HOHAOH+BH（三）国际系统分类法及编号（三）国际系统分类法及编号(4)(4)裂合酶类裂合酶类：双键上去除或加入一个基团的反应双键上去除或加入一个基团的反应。 反应通式为：反应通式为：ABA+B(5)(5)异构酶类异构酶类：催化分子间重排的有关反应。催化分子间重排的有关反应。 反应通式为：反应通式为：AB(6)(6)连接酶类连接酶类：催化把两个分子连接在一起，并由催化把两个分子连接在一起，并由ATPATP 提供能量的反应。提供能量的反应。 A+B+ATPAB+AD

21、P+磷酸，或磷酸，或AMP+焦磷酸焦磷酸&根据酶催化反应的具体性质进一步分成根据酶催化反应的具体性质进一步分成亚类亚类和次亚类和次亚类。（三）国际系统分类法及编号（三）国际系统分类法及编号2.系统编号系统编号-EC1111&EC-表示国际酶学委员会表示国际酶学委员会 第一个数字表示酶所属的大类（第一个数字表示酶所属的大类（1 16 6大类大类) ) 第二个数字表示酶在该大类中所属的亚类第二个数字表示酶在该大类中所属的亚类 第三个数字表示酶所属的次亚类第三个数字表示酶所属的次亚类 第四个数字表示酶在所属次亚类中的流水编号第四个数字表示酶在所属次亚类中的流水编号EC11127乳酸脱氢酶：乳酸脱氢酶

22、： 表示该酶为氧化还原酶类，底物上发生氧化的供表示该酶为氧化还原酶类，底物上发生氧化的供体基团是醇基（亚类），氢的受体是体基团是醇基（亚类），氢的受体是NADNAD（次亚类），（次亚类），流水编号为流水编号为2727。六、酶的结构与催化功能的关系六、酶的结构与催化功能的关系& 蛋白质的结构特点：蛋白质的结构特点： 一、二、三、四级结构一、二、三、四级结构（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系1.1.必需基团必需基团 2. 2. 肽键的改变肽键的改变 酶原激活酶原激活（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系1. 1. 必需

23、基团必需基团& 指酶蛋白分子中与酶的催化活性直接相关的氨指酶蛋白分子中与酶的催化活性直接相关的氨基酸残基侧链基团，若使其改变则催化活性丧基酸残基侧链基团，若使其改变则催化活性丧失。如失。如Ser的羟基，的羟基，His的咪唑基，的咪唑基，Cys的巯基，的巯基，Asp、Glu的侧链羧基等。的侧链羧基等。|结合基团结合基团：能与底物结合的必需基团；：能与底物结合的必需基团；|催化基团催化基团：能促进底物发生化学变化的必需基团；：能促进底物发生化学变化的必需基团；酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功酶的一级结构是酶的基本化学结构，是催化功能的基础。能的基础。2 2、肽键的改变与催化功能的关系、肽键

24、的改变与催化功能的关系&肽键的断裂使酶的生物活性丧失；肽键的断裂使酶的生物活性丧失；&酶原的激活酶原的激活酶原酶原：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，在最：有些酶，特别是一些与消化作用有关的酶，在最初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催化活性初合成和分泌时，没有催化活性，这种没有催化活性的酶的前体称为酶原；的酶的前体称为酶原；酶原激活酶原激活：酶原在一定的条件下经过适当的物质作用而：酶原在一定的条件下经过适当的物质作用而转变为有活性的酶的过程，称为酶原的激活，实质上转变为有活性的酶的过程，称为酶原的激活，实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。是酶活性部位形成或暴露的过程。（一）蛋白质的一级

25、结构与催化功能的关系（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S活性中心活性中心活性中心活性中心肠激酶肠激酶/ /胰蛋白酶胰蛋白酶酶原的激活酶原的激活 胰蛋白酶原胰蛋白酶原 肠激酶肠激酶 胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原 弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 羧肽酶原羧肽酶原 羧肽酶羧肽酶1.1.活性中心活性中心(active center)2.2.酶的高级结构与催化活性的关系酶

26、的高级结构与催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系1. 1. 活性中心活性中心(active center) 酶是生物大分子，有许多实验证明，酶在催化反应中并不是整个酶分子在起酶是生物大分子，有许多实验证明，酶在催化反应中并不是整个酶分子在起作用，起作用的只是其中的某一部分。作用，起作用的只是其中的某一部分。 ，如，溶菌酶肽链的第一至三十，如，溶菌酶肽链的第一至三十四个氨基酸残基切除后，其催化活性并不受影响，这说明了酶催化底物四个氨基酸残基切除后，其催化活性并不受影响，这说明了酶催化底物发生反应时，确实只有酶的某一特定部位在起作用。因此，把酶分子

27、中发生反应时，确实只有酶的某一特定部位在起作用。因此，把酶分子中能与底物直接起作用的特殊部分。能与底物直接起作用的特殊部分。活性中心活性中心是指酶分子中直接与底物结合并完成酶催化反应的结构区域，是指酶分子中直接与底物结合并完成酶催化反应的结构区域，该部位该部位化学基团集中，化学基团集中，并构成一定空间构象。并构成一定空间构象。（二）酶的高级结构与其催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系单纯酶单纯酶： 在一级结构上相距甚远甚至不在同一条肽链上的基团在一级结构上相距甚远甚至不在同一条肽链上的基团通过肽链的盘绕折叠而在三维空间结构上相互靠近，通过肽链的盘绕折叠而在三维空间结构上相互靠近，

28、形成具有一定空间结构的区域形成具有一定空间结构的区域-活性中心活性中心。结合酶结合酶： 活性中心即活性中心即辅酶分子辅酶分子，辅酶上的某一部分结构辅酶上的某一部分结构，以及与，以及与辅酶分子在结构上辅酶分子在结构上紧密偶联的蛋白的结构区域紧密偶联的蛋白的结构区域。（二）酶的高级结构与其催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系1. 1. 活性中心活性中心(active center)酶的活性中心酶的活性中心溶溶菌菌酶酶的的活活性性中中心心MW=20.6kDa结合中心：结合中心： 与底物结合的部位，决定与底物结合的部位，决定酶的专一性酶的专一性；催化中心：催化中心： 促进底物发生化学反应

29、的部分，决定促进底物发生化学反应的部分，决定酶所酶所催化反应的性质催化反应的性质；|活性部位的基团都是必需基团，但必需基团活性部位的基团都是必需基团，但必需基团还包括在活性部位以外的，对维持酶空间构还包括在活性部位以外的，对维持酶空间构象必需的基团。象必需的基团。（二）酶的高级结构与其催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系活性中心活性中心由两部分构成：由两部分构成： 结合基团结合基团 活性中心内必需基团活性中心内必需基团 催化基团催化基团 活性中心外必需基团活性中心外必需基团底底 物物 活性中心外活性中心外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 （二

30、）酶的高级结构与其催化活性的关系（二）酶的高级结构与其催化活性的关系2.酶的高级结构与催化活性的关系：酶的高级结构与催化活性的关系：酶的高级结构是所有的酶必须具备的空间结构，酶的高级结构是所有的酶必须具备的空间结构，是维持酶活性部位所必须的构象。是维持酶活性部位所必须的构象。u可使酶遭受破坏而丧失其催化功能可使酶遭受破坏而丧失其催化功能-蛋白质蛋白质变性理论变性理论u也可以使酶形成正确的催化部位而发挥其催也可以使酶形成正确的催化部位而发挥其催化功能化功能-酶的诱导契合学说酶的诱导契合学说第二节 酶促反应的机制Section 2 The Characteristics and Mechanism

31、s of Enzyme-Catalyzed Reaction一一. .酶促反应的本质酶促反应的本质加速反应的本质加速反应的本质-降低活化能降低活化能活化能活化能： 活泼态与常态之间的能量差，即使反应物由活泼态与常态之间的能量差，即使反应物由常态变成活化态所需要的能量。常态变成活化态所需要的能量。使反应达到其能阈的两个途径使反应达到其能阈的两个途径：为反应物分子提供所需的活化能（外加能量）为反应物分子提供所需的活化能（外加能量）降低反应的能阈，使反应沿着一个活化能阈较降低反应的能阈，使反应沿着一个活化能阈较低的途径进行。低的途径进行。酶促反应的活化能酶促反应的活化能催化剂的作用本质催化剂的作用本

32、质-降低反应的活化能。降低反应的活化能。例如：例如： 过氧化氢水解成氧和水的反应的活化能：过氧化氢水解成氧和水的反应的活化能： 催化剂催化剂 活化能（千焦耳活化能（千焦耳/摩尔）摩尔） 无无 75.3 胶性铂胶性铂 49 过氧化氢酶过氧化氢酶 8.4 据热力学计算据热力学计算,反应速度增加一亿倍以上。反应速度增加一亿倍以上。一一. .酶促反应的本质酶促反应的本质催化反应历程：催化反应历程：一般化学反应历程：一般化学反应历程： S P酶促反应历程：酶促反应历程： S + E ES E + P 二二. .酶的催化机制酶的催化机制在酶促反应中，首先酶与底物结合成一个不稳定在酶促反应中，首先酶与底物结

33、合成一个不稳定的中间产物（的中间产物（ES），然后再分解成产物和原），然后再分解成产物和原来的酶来的酶。 S + E ES E + P（一）中间复合物学说：（一）中间复合物学说：二二. .酶的催化机制酶的催化机制若由若由 S1 + S2 P1 + P2 ，则表示为：，则表示为： S2 E + S1 ES1 P1 + P2 + E酶酶- -底物复合物的形成及反应历程的改变底物复合物的形成及反应历程的改变 非催化反应非催化反应 a 酶促反应酶促反应 b S c P 酶促反应减少所需的活化能酶促反应减少所需的活化能（二）酶与底物形成中间络合物的方式（理论）（二）酶与底物形成中间络合物的方式（理论）二

34、二. .酶的催化机制酶的催化机制(1) 锁钥假说锁钥假说(lock and key hypothesis)整个酶分子的天然构象是具有刚性整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。一把钥匙对一把锁一样。(2) 诱导契合假说诱导契合假说（inducedfit hypothesis): 酶表面并没有一种与底物互补的固酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状诱导才形成了互补形状. .y当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心构象当底物与

35、酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心构象发生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象发生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象。诱导契合学说诱导契合学说1. 酶的活性中心结构具有一定柔性；酶的活性中心结构具有一定柔性；2. 底物可诱导酶的构象发生一定的改变；底物可诱导酶的构象发生一定的改变；3. 活性中心各个基团转入有效作用位置；活性中心各个基团转入有效作用位置；4. 酶与底物结合形成中间产物并催化；酶与底物结合形成中间产物并催化；5. 酶与产物分离，恢复原来构象。酶与产物分离，恢复原来构象。6. 酶的作用专一性不仅取决于酶和底物的酶的作用专一性不仅取决于酶和底物的结合，也取决于酶的催化基团

36、有正确结合，也取决于酶的催化基团有正确的取位。的取位。|诱导契合学说比较好地解释了酶诱导契合学说比较好地解释了酶的高度专一性和高效率。的高度专一性和高效率。羧羧肽肽酶酶的的诱诱导导契契合合模模式式 底物底物邻近效应邻近效应(proximity effect) :大大提高酶活性中心局部区域底物浓度大大提高酶活性中心局部区域底物浓度.定定向向作作用用(orientation arrange ) ：酶酶分分子子构构象象发发生生一一定定变变化化,使使底底物物和酶形成过渡态的活化能降低和酶形成过渡态的活化能降低.（三）与酶的高效率催化有关的因素：（三）与酶的高效率催化有关的因素：二二. .酶的催化机制酶

37、的催化机制2底物分子的形变与诱导契合底物分子的形变与诱导契合 酶酶也也可可以以诱诱导导底底物物分分子子构构象象发发生生变变化化，底底物物分分子子中中的的敏敏感感键键发发生生形形变变,产生电子张力产生电子张力,有利于形成酶有利于形成酶-底物复合物底物复合物.（三）与酶的高效率催化有关的因素：（三）与酶的高效率催化有关的因素：3多元催化作用多元催化作用(multielement catalysis)（三）与酶的高效率催化有关的因素：（三）与酶的高效率催化有关的因素：&酸碱催化酸碱催化指通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）指通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子而稳

38、定过渡态、加速反应的一类催化机制。夺取质子而稳定过渡态、加速反应的一类催化机制。组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基,组氨酸是许多酶的活性中心的构成成分。组氨酸是许多酶的活性中心的构成成分。&共价催化共价催化某些酶分子能作为亲核催化剂或亲电催化剂分别放出或汲某些酶分子能作为亲核催化剂或亲电催化剂分别放出或汲取电子而与底物分子形成不稳定的共价中间络合物，反应取电子而与底物分子形成不稳定的共价中间络合物，反应活化能降低而加速反应，称为共价催化。活化能降低而加速反应，称为共价催化。亲核催化，亲电子催化。亲核催化，亲电子催化。3多多元元催催化化作作用用(multielement catalysis)：包包括括

39、酸碱催化与共价催化等。酸碱催化与共价催化等。（三）与酶的高效率催化有关的因素：（三）与酶的高效率催化有关的因素：4酶酶活活性性中中心心的的低低介介电电区区(表表面面效效应应surface effect ，微环境效应，微环境效应)：（三）与酶的高效率催化有关的因素：（三）与酶的高效率催化有关的因素：第三节 酶促反应动力学Section 3 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 内容：内容： 酶反应速度、反应过程的规酶反应速度、反应过程的规律及各种环境因素对酶促反应速律及各种环境因素对酶促反应速度的影响度的影响。一一. .酶促反应初速度的概念酶促反应初速度的概

40、念（一）酶促反应的速度：（一）酶促反应的速度：酶促反应过程中单位时间内底物的减少量或产物酶促反应过程中单位时间内底物的减少量或产物的增加量。的增加量。V = - dS / dt = dP / dt一般用单位时间内产物的增加量表示一般用单位时间内产物的增加量表示Z酶反应进程曲线酶反应进程曲线-产物的生成量与时间的关系曲线。产物的生成量与时间的关系曲线。Z曲线的斜率曲线的斜率-表示单位时间内产物的变化量表示单位时间内产物的变化量-酶反应酶反应速度速度（二）酶促反应速度的测定（二）酶促反应速度的测定 在研究酶促反应动力学中，为准确地表示酶在研究酶促反应动力学中，为准确地表示酶活力，一般都用活力，一般

41、都用初速度初速度表示，即酶反应初始阶段，表示，即酶反应初始阶段，即即底物转化量底物转化量5%时的反应速度，时的反应速度，也就是进程曲也就是进程曲线的直线部分。线的直线部分。 在此阶段，任何一点上的斜率都是相等的，在此阶段，任何一点上的斜率都是相等的，代表真实的酶促反应速度，即酶活力的大小。代表真实的酶促反应速度，即酶活力的大小。二二. . 酶浓度酶浓度对反应速度的影响对反应速度的影响根据中间产物学说，酶反应式为：根据中间产物学说，酶反应式为： E + S ES P + E 酶反应速度用产物酶反应速度用产物P的生成速度表示，产物的生成速度表示，产物的生成与中间产物的生成与中间产物ES的浓度成正比

42、，当的浓度成正比，当底物底物量足够量足够时，时，ES的量就与酶的浓度成正比，因的量就与酶的浓度成正比，因此，酶促反应初速度与酶浓度的关系呈此，酶促反应初速度与酶浓度的关系呈一级一级反应规律反应规律，即：，即： v = dP/dt = kE k为速度常数为速度常数三、三、底物浓度底物浓度对反应速度的影响对反应速度的影响（一）底物对酶促反应的饱和现象：（一）底物对酶促反应的饱和现象： 反应级数反应级数 反应级数反应级数1. 当底物浓度较低时，当底物浓度较低时，v与与S 成正比，为成正比，为一级反应一级反应，即，即v = dP/dt = kS；2. 当底物浓度继续增加时，反应速度不再与底物浓度成当底

43、物浓度继续增加时，反应速度不再与底物浓度成正比而升高，为正比而升高，为混合级反应混合级反应；3. 当底物浓度很高时，当底物浓度很高时，v逐渐趋近极限值逐渐趋近极限值Vmax ，为，为零级零级反应反应，即，即v = dP/dt = Vmax = kEt;底物浓度对酶促反应速度的影响是非线性的。底物浓度对酶促反应速度的影响是非线性的。中间产物学说解释中间产物学说解释v-S关系曲线：关系曲线： E + S ES E + P；米氏方程1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。K

44、 Km m 米氏常数米氏常数V Vmaxmax 最大反应速度最大反应速度 根据中间产物学说，酶促反应分两步进行根据中间产物学说，酶促反应分两步进行: :米氏方程的推导：（三）（三）K Kmm和和V Vmaxmax的意义：的意义： 1. 当当 = Vmax2时，时，Km=S。因此，。因此，Km等于酶促反应速度等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度，达最大值一半时的底物浓度，它的单位是摩尔它的单位是摩尔/升升。Vmax 2VmaxS Km + S = 2. Km可以反映酶与底物亲和力的大小可以反映酶与底物亲和力的大小。Km越小，越小，酶与底物的亲和力越大。酶与底物的亲和力越大。E + S k+1

45、k-1k+2ESE + Pk-1 + k+2k+1Km =Ks（三）（三）Km和和Vmax的意义：的意义： 3. 可用于判断反应级数可用于判断反应级数：当当S100Km时，时，=Vmax，反应为零级反应；，反应为零级反应；当当0.01KmS Km.(2)若若S Km, Vmax = Vmax.(1)Ki小而小而I大大,则有抑制作则有抑制作用用,取决于取决于S。Vmax不变不变，Km变大变大竞争性抑制的双倒数图形特征竞争性抑制的双倒数图形特征 竞争性抑制剂多是酶的竞争性抑制剂多是酶的底物类似物底物类似物或反应产物；或反应产物； 抑制剂与底物竞争与酶抑制剂与底物竞争与酶结合（结合部位相同），结合（

46、结合部位相同），多多与酶的活性中心同底物相结合的基团结合。与酶的活性中心同底物相结合的基团结合。 底物浓度增加时底物浓度增加时, , 抑制作用减弱抑制作用减弱, , 取决于底物浓度取决于底物浓度与抑制剂浓度的比例及其与酶的亲和力的大小与抑制剂浓度的比例及其与酶的亲和力的大小, , 可以通过加大底物浓度的方法消除抑制作用。可以通过加大底物浓度的方法消除抑制作用。 动力学参数：动力学参数：Km值增大，值增大，Vm值不变值不变。 竞争性抑制的特点：竞争性抑制的特点：底物浓度越大，受影响越小。底物浓度越大，受影响越小。抑制剂浓度大，受抑制程度；抑制剂浓度大，受抑制程度；与与EI、ES的稳定性有关；的稳

47、定性有关； 竞争性抑制作用与哪些因素有关：竞争性抑制作用与哪些因素有关：琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制 竞争性抑制剂有：竞争性抑制剂有：丙二酸丙二酸、草酰乙酸草酰乙酸等等磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制 对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸对氨基苯磺酰胺对氨基苯磺酰胺k-3k+3+IESIk+2E + PESE + Sk+1k-1k-3k+3+IEI + Sk+1k-1反应模式反应模式B.非竞争性抑制非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）抑抑制制剂剂既既可可以以与与游游离离酶酶结结合合，也也可可以以与与ESES复复合

48、合物物结结合合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。2. 可逆抑制作用：可逆抑制作用：有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，V V值减小值减小(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，倍，且且V V值随值随II的增高而降低；的增高而降低；KmKm值不变。值不变。l非竞争性抑制作用的速度方程：l非竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ： 非非竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的的分分子子结结构类似；构类似； 底底物物和和抑抑制制剂剂分分别别独独立立地地与与酶酶的的不不同同部部位位相相结结合合；抑抑制制剂剂是是

49、与与酶酶的的活活性性中中心心以以外外的的必必需需基基团团结结合合而而起作用的；起作用的； 抑抑制制剂剂对对酶酶与与底底物物的的结结合合无无影影响响，故故底底物物浓浓度度的的改改变变对对抑抑制制程程度度无无影影响响；抑抑制制作作用用只只取取决决于于酶酶浓浓度度、抑制剂浓度和抑制剂浓度和Ki的大小。的大小。 动力学参数：动力学参数：Km值不变，值不变，Vm值降低值降低。 非竞争性抑制的特点：非竞争性抑制的特点：k-3k+3+IESIk+2E + SE + PESk+1k-1反应模式反应模式C. 反竞争性抑制反竞争性抑制（uncompetitive inhibition) )抑抑制制剂剂不不能能与与

50、游游离离酶酶结结合合，但但可可与与ESES复复合合物物结结合合并并阻阻止产物成无活性的止产物成无活性的ESI，使酶的催化活性降低。，使酶的催化活性降低。2. 可逆抑制作用：可逆抑制作用：反竞争性抑制的速度方程与图形特征反竞争性抑制的速度方程与图形特征Km变小变小，Vmax变小变小有反竞争性抑制剂存在时，Km和V值均减小(1+I/Ki)倍，且都随I的增高而降低 反反竞竞争争性性抑抑制制剂剂的的化化学学结结构构不不一一定定与与底底物物的的分子结构类似；分子结构类似； 抑制剂与底物可抑制剂与底物可同时同时与酶的不同部位结合；与酶的不同部位结合； 必必须须有有底底物物存存在在，抑抑制制剂剂才才能能对对

51、酶酶产产生生抑抑制制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加； 动力学参数：动力学参数：Km减小，减小，Vm降低降低。反竞争性抑制的特点：反竞争性抑制的特点：七、七、激活剂激活剂对反应速度的影响对反应速度的影响酶的激活剂或活化剂酶的激活剂或活化剂： 凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都称凡能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质都称为激活剂或活化剂。为激活剂或活化剂。酶的激活剂与辅酶（基）的区别：酶的激活剂与辅酶（基）的区别：酶的激活与酶原的激活区别酶的激活与酶原的激活区别： （一）激活剂的种类（一）激活剂的种类&按分子大小可分三类按分子大小可分三类：1.

52、 无机离子无机离子（1）无机阳离子）无机阳离子-金属离子（如金属离子（如Na+、K+、Mg2等）等）（2）无机阴离子）无机阴离子（如（如Cl、Br等）等） （3）氢离子）氢离子2.中等大小的有机分子中等大小的有机分子y某些还原剂某些还原剂 如半胱氨酸、巯基乙醇、抗坏血酸如半胱氨酸、巯基乙醇、抗坏血酸 作用机制：作用机制：使酶中的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性或使酶中的二硫键还原成巯基，从而提高酶活性或 与底物、酶或与底物、酶或ES复合复合yEDTA（乙二胺四乙酸）（乙二胺四乙酸） 作用机制：作用机制：金属螯合剂，解除重金属离子对酶的抑制作用金属螯合剂，解除重金属离子对酶的抑制作用3.具有蛋白

53、质性质的大分子物质具有蛋白质性质的大分子物质 （如酶原激活）（如酶原激活）（二）无机离子的激活作用（二）无机离子的激活作用无机离子的激活作用是最常见的无机离子的激活作用是最常见的。1.1.激活作用的机制：激活作用的机制：v稳定酶催化作用所需的构象或参与活性中心的稳定酶催化作用所需的构象或参与活性中心的组成；组成；v作为底物或辅酶与酶蛋白之间联系的桥梁；作为底物或辅酶与酶蛋白之间联系的桥梁；v作为辅酶或辅基的一个组成部分，协助酶的催作为辅酶或辅基的一个组成部分，协助酶的催化作用；化作用；（二）无机离子的激活作用（二）无机离子的激活作用2 2激活作用的特点激活作用的特点v激活剂对酶的作用有一定的选

54、择性；激活剂对酶的作用有一定的选择性；v有时金属离子之间有拮抗现象；有时金属离子之间有拮抗现象；v有时金属离子间可以相互替代；有时金属离子间可以相互替代；v不同浓度的激活离子，对酶活性的影响影不同浓度的激活离子，对酶活性的影响影响也不同；响也不同；第四节第四节 酶酶 的的 调调 节节Section 4 The Regulation of Enzyme&酶调节的意义酶调节的意义生物体内的各种生理活动均以一定的物质代谢为基础。为生物体内的各种生理活动均以一定的物质代谢为基础。为了适应某种生理活动的变化，需要对代谢活动进行调节。了适应某种生理活动的变化，需要对代谢活动进行调节。 通过对酶的催化活性的

55、调节，可以调节代谢活动。通过对酶的催化活性的调节，可以调节代谢活动。 可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速速度或方向度或方向发生改变的酶就称为发生改变的酶就称为限速酶限速酶( (limiting velocity enzyme)或或关键酶关键酶(key enzyme)。Introduction一、酶结构的调节一、酶结构的调节 （一）变构调节（一）变构调节 （二）共价修饰调节（二）共价修饰调节 （三）酶原的激活（三）酶原的激活二、酶含量的调节二、酶含量的调节三、同工酶调节三、同工酶调节一、酶结构的调节一、酶结构的调节y酶酶结结构构的的调调节节是是通通

56、过过对对现现有有酶酶分分子子结结构构的的影影响响来改变酶的催化活性的调节方式。来改变酶的催化活性的调节方式。y酶结构的调节是一种酶结构的调节是一种快速调节快速调节方式。方式。（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：& 变构调节变构调节(allosteric regulation)： 当底物或调节物与酶分子中的别构中心结合后，能诱当底物或调节物与酶分子中的别构中心结合后，能诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心与底导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心与底物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的反应速物的结合与催化作用受到影响，从而调节酶的反应速度及代谢过程。度及代谢过

57、程。 酶的别构效应，协同效应酶的别构效应，协同效应酶的变构调节作用酶的变构调节作用y变构酶变构酶(allosteric enzyme)： 具有变构调节作用的酶。具有变构调节作用的酶。y变构剂变构剂(allosteric effector)： 能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物。的代谢物。别构激活剂别构激活剂别构抑制剂（负效应剂）别构抑制剂（负效应剂）（一）变构调节（别构调节）：（一）变构调节（别构调节）：1 1变构调节的机制：变构调节的机制：|变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基为为催化亚基催化亚基，

58、另一些亚基为，另一些亚基为调节亚基调节亚基。|当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象改变而致酶活性的改变。化活性中心的构象改变而致酶活性的改变。 蛋白激酶蛋白激酶A的变构调节的变构调节2 2别构效应别构效应，协同效应：协同效应：&协同效应协同效应： 当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而改变其对后，能够通过改变相邻亚基的构象而改变其对后继配后继配体体的亲和力，这种效应就称为

59、变构酶的的亲和力，这种效应就称为变构酶的协同效应协同效应。 相同相同( (均为底物均为底物) )：同促效应（：同促效应（homotropichomotropic effect effect）不同不同( (效应调节物效应调节物) )：异促效应（：异促效应（heterotropicheterotropic effect effect）根据配体结合根据配体结合后对后继配后对后继配体的影响体的影响根据配体性质根据配体性质正协同效应（正协同效应（positive cooperative effectpositive cooperative effect）负协同效应（负协同效应（negative coop

60、erative effectnegative cooperative effect）3 3、别构酶的特点、别构酶的特点（1 1）一般是）一般是寡聚酶寡聚酶，常常有两个或多个亚基组成，具有，常常有两个或多个亚基组成，具有 四级结构四级结构；（2 2）分子中除）分子中除活性中心活性中心外（一般有一个或多个），还含外（一般有一个或多个），还含 有有别构中心别构中心；（3 3）活性中心负责对底物的结合与催化，别构中心可结）活性中心负责对底物的结合与催化，别构中心可结 合调节物，负责调节酶促反应的速度；合调节物，负责调节酶促反应的速度；（4 4）具有别构效应；）具有别构效应；（5 5）有的别构酶在）有的

61、别构酶在00不稳定，在室温时反而稳定；不稳定，在室温时反而稳定；（6 6）vSvS动力学曲线不服从米氏方程，多数是动力学曲线不服从米氏方程，多数是S形形；观观察察变变构构酶酶的的底底物物浓浓度度对对酶酶促促反反应应速速度度影影响响时时，可可发发现现S为为一一“S”形形曲曲线线。这这是是由由于于底物对变构酶存在底物对变构酶存在同促正协同效应同促正协同效应。 普通酶普通酶变构酶变构酶当存在当存在异促正协同效应异促正协同效应时，时，“S”形曲线形曲线左移左移，酶，酶促反应速度加快；当存在促反应速度加快；当存在异促负协同效应异促负协同效应时，时，“S”形曲线形曲线右移右移，酶促反应速度减慢。，酶促反应

62、速度减慢。 4. 4. 变构调节的方式：变构调节的方式：r变变构构酶酶通通常常为为代代谢谢途途径径的的起起始始关关键键酶酶，而而变变构构剂剂则则为为代代谢途径的谢途径的终产物终产物。r变变 构构 剂剂 一一 般般 以以 反反 馈馈( (feedback) )方方式式对对代代谢谢途途径径的的起起始始关关键键酶酶进进行行调调节节，最最常见的常见的负反馈负反馈调节。调节。 5 5变构调节的特点：变构调节的特点： 酶酶活活性性的的改改变变通通过过酶酶分分子子构构象象的的改改变变而而实现；实现； 酶的变构仅涉及酶的变构仅涉及非共价键非共价键的变化；的变化； 调节酶活性的因素为调节酶活性的因素为代谢物代谢

63、物； 为一为一非耗能非耗能过程；过程； 无放大无放大效应。效应。 别构酶举例别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase（三）酶原的激活：（三）酶原的激活：处于无活性状态的酶的前身物质就称为处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原酶原（zymogen)。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为为酶原的激活酶原的激活(activation of zymogen)。酶酶原原的的激激活活过过程程通通常常伴伴有有酶酶蛋蛋白白一一级级结结构构的的改变改变。 胰蛋白酶胰蛋白酶/肠激酶肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 + N端

64、端6肽片段肽片段 胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS SS SS S活性中心活性中心活性中心活性中心肠激酶肠激酶/ /胰蛋白酶胰蛋白酶酶原激活的机制为：酶原分子一级结构的改酶原激活的机制为：酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使变导致了酶原分子空间结构的改变，使催化催化活性中心活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。形式转变为有活性的酶。酶酶原原激激活活的的生生理理意意义义在在于于：保保护护自自身身组组织织

65、细细胞胞不被酶水解消化。不被酶水解消化。 （三）酶原的激活：（三）酶原的激活：三、同工酶的调节三、同工酶的调节在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为酶称为同工酶同工酶(isoenzyme)。同工酶在体内的生理意义主要在于同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。 乳酸脱氢酶同工酶（乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，在体内）为四聚体，在体内共有共有五种分子形式五种分子形式，即，即LDH1（H4），），

66、LDH2（H3M），），LDH3（H2M2），），LDH4（HM3）和）和LDH5（M4）。）。 心肌中以心肌中以LDH1含量最多含量最多: LDH1对乳酸的亲和力较高对乳酸的亲和力较高，因此它的主要作，因此它的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解，用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解，以以供应心肌的能量供应心肌的能量。骨骼肌中含量最多的是骨骼肌中含量最多的是LDH5: LDH5对丙酮酸的亲和力较高对丙酮酸的亲和力较高，因此它的主要，因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以促进糖无氧促进糖无氧酵解的进行酵解的进行。同工酶的生理意义：同工酶的生理意义

67、：乳酸脱氢酶同工酶的不同生理功能乳酸脱氢酶同工酶的不同生理功能心肌心肌骨骼肌骨骼肌丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖ATP+CO2+H2O乳酸乳酸LDH5LDH1乳酸利用乳酸利用糖无氧酵解糖无氧酵解同工酶谱的改变同工酶谱的改变有助于对疾病的有助于对疾病的诊断。诊断。同工酶的临床意义：同工酶的临床意义：心肌梗塞和肝病病人血清心肌梗塞和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗塞酶谱心肌梗塞酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5LDH第五节第五节酶的分离、纯化、保存酶的分离、纯化、保存及活力测定及活力测定一、酶活力及其测定一、酶活力及其测定（一）定性测

68、定（一）定性测定-根据酶催化的反应判断根据酶催化的反应判断酶是否存在，利用该酶所催化的化学反应的酶是否存在，利用该酶所催化的化学反应的特征来判断；特征来判断；酶的活力酶的活力测定实质上是测定实质上是酶的定量测定酶的定量测定，（二）酶活力、活力单位和测定条件（二）酶活力、活力单位和测定条件1 1、酶活力及活力单位、酶活力及活力单位(1)(1)酶活力酶活力-酶催化某一化学反应的能力。酶催化某一化学反应的能力。 即：在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的即：在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的速度，可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量速度，可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。来表示

69、。u一般测定一般测定产物的增加速度产物的增加速度。u酶的活力大小（酶的含量）用酶的活力大小（酶的含量）用酶的活力单位酶的活力单位数数表示。表示。(2) (2) 酶单位酶单位-用来表示酶量多少的单位。用来表示酶量多少的单位。 即在一定条件（最适条件）下，一定时间内即在一定条件（最适条件）下，一定时间内将一定量底物转化为产物所需的酶量。用将一定量底物转化为产物所需的酶量。用U（Unit）表示。）表示。1 1、酶活力及活力单位、酶活力及活力单位(1) (1) 酶活力酶活力-酶催化某一化学反应的能力。酶催化某一化学反应的能力。（二）酶活力、活力单位和测定条件（二）酶活力、活力单位和测定条件v 国际单位

70、：国际单位： “IU” 和和 “Kat”v 习惯单位习惯单位 国际单位国际单位IUIU国际单位国际单位-IU 在最适的反应条件（温度在最适的反应条件（温度25C）下，）下，每分钟每分钟内催化内催化一一微摩尔底物微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，1IU =1IU = 1mol/min；转换数转换数-Kat 在最适条件下在最适条件下每秒钟每秒钟内能使内能使1mol底物底物转化为产物所需转化为产物所需的酶量为的酶量为1 Kat Kat单位，单位，1 Kat = 1 Kat = 1mol/秒；秒； 1 IU = 1 mol/min 1IU=1/60Kat=

71、16.67 n Kat 1 Kat = 1 mol/s =60 106IU&国际单位便于比较，但不方便使用。国际单位便于比较，但不方便使用。y蛋白酶活力单位：蛋白酶活力单位： 一分钟内将底物酪蛋白分解产生一分钟内将底物酪蛋白分解产生 1微克酪氨酸的酶量。微克酪氨酸的酶量。1 U=1 g 酪氨酸酪氨酸/miny淀粉酶活力单位：淀粉酶活力单位：每小时分解每小时分解 1克淀粉的酶量克淀粉的酶量(QB546-80) 1U=1g淀粉淀粉/h 。规定每小时分解规定每小时分解1mL2%可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一个酶单位。可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一个酶单位。y糖化酶活力单位：糖化酶活力单位：每

72、小时转化可溶性淀粉产生每小时转化可溶性淀粉产生1mg还还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。yDNA限制性内切酶：限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内可完推荐反应条件下，一小时内可完全消化全消化1g1g纯化的纯化的DNADNA所需的酶量。所需的酶量。规定不同，则单位数也不同规定不同，则单位数也不同。习惯单位：习惯单位：(3 ) 酶浓度（含量）的表示法：酶浓度（含量）的表示法： 应用单位重量酶制剂中所含酶活力单位表示，如：应用单位重量酶制剂中所含酶活力单位表示，如：U（IU）/g； U（IU）/mg；或；或 U（IU）/ml。(4 ) 酶的总活力

73、酶的总活力-一定重量或体积的酶制剂所具有的酶一定重量或体积的酶制剂所具有的酶的活力单位数。的活力单位数。 如：如：U/1g 或或U/100g。(5 ) 比活力比活力-指在特定条件下，指在特定条件下，每毫克酶蛋白每毫克酶蛋白所具有的所具有的酶的活力单位数。酶的活力单位数。 比活力（比活力（U/mg酶蛋白）酶蛋白） = 总活力总活力 / 总酶蛋白毫克数总酶蛋白毫克数比活力愈高，表明酶愈纯比活力愈高，表明酶愈纯；（二）酶活力、活力单位和测定条件（二）酶活力、活力单位和测定条件2 2酶活力的测定条件酶活力的测定条件（1）温度：采用）温度：采用适宜的温度适宜的温度，要恒定；，要恒定；（2）pH：选用适宜

74、种类和离子强度的缓冲溶液：选用适宜种类和离子强度的缓冲溶液保证适宜的保证适宜的pH。（3）底物浓度适宜）底物浓度适宜-足够高的底物浓度足够高的底物浓度，（4）避免混入任何微量杂质。）避免混入任何微量杂质。（5）测定酶促反应的）测定酶促反应的初速度初速度；（二）酶活力、活力单位和测定条件（二）酶活力、活力单位和测定条件（三）酶活力测定的方式和方法（三）酶活力测定的方式和方法1 1、酶活力测定的两种方式、酶活力测定的两种方式（1 1）终点法：）终点法： 测定完成一定量反应所需要的时间。如液测定完成一定量反应所需要的时间。如液化淀粉酶活力的测定。化淀粉酶活力的测定。（2 2）动力学法：）动力学法：

75、测定一定时间内酶催化的化学反应量。如测定一定时间内酶催化的化学反应量。如蛋白酶活力测定。此法是常用的方式。蛋白酶活力测定。此法是常用的方式。（三）酶活力测定的方式和方法（三）酶活力测定的方式和方法2 2、酶活力测定的主要方法、酶活力测定的主要方法n化学滴定法化学滴定法n分光光度法分光光度法n量气法（气体测压法）量气法（气体测压法）npH测定法测定法n氧和过氧化氢的极谱测定氧和过氧化氢的极谱测定n旋光法旋光法n色谱法色谱法n荧光法荧光法（四）酶活力的计算（四）酶活力的计算例例1：淀粉酶活力单位定义为：在最适条件下每小时分解：淀粉酶活力单位定义为：在最适条件下每小时分解1克淀粉的酶量为一个活力单位

76、。现有克淀粉的酶量为一个活力单位。现有1克淀粉酶，用克淀粉酶，用水溶解成水溶解成1000ml后取后取1ml测定淀粉酶活力，测得每测定淀粉酶活力，测得每10分钟分解分钟分解0.5克淀粉，求总活力。克淀粉，求总活力。(1) 1小时小时1ml每液分解淀粉的量：每液分解淀粉的量： 0.56010=3 （克）（克）(2) 1ml酶液的活力单位数：酶液的活力单位数：3 1=3（U） 1克酶的总活力克酶的总活力=3 1000=3000（U）/克克例例2：例：例1题中测得淀粉酶制剂的蛋白质含量题中测得淀粉酶制剂的蛋白质含量为为0.5mg/mg，求该酶的比活力。，求该酶的比活力。 1克淀粉酶的总活力为克淀粉酶的

77、总活力为3000U； 1克淀粉酶的总蛋白质量为：克淀粉酶的总蛋白质量为： 0.5mg/mg 1000mg =500mg 比活力比活力=3000500=6U/mg酶蛋白酶蛋白例例3： 1微克纯酶，在最适条件下催化速度为微克纯酶，在最适条件下催化速度为0.5 mol/min ，求总活力及比活力。，求总活力及比活力。 总活力总活力=0.5IU/1微克微克 比活力比活力=0.5 0.001=500U/mg酶蛋白酶蛋白二二. .酶的分离、纯化酶的分离、纯化（一）目的（一）目的1 1、为了研究酶的理化特性对酶鉴定，必须用纯酶；、为了研究酶的理化特性对酶鉴定，必须用纯酶；2 2、作为生化试剂及用作药物的酶，

78、常常也要求有较高的、作为生化试剂及用作药物的酶，常常也要求有较高的纯度；纯度；3 3、一般生产上使用的酶制剂没有高度纯化的必要，有时、一般生产上使用的酶制剂没有高度纯化的必要，有时只经过简单提纯后即可使用。只经过简单提纯后即可使用。（二）基本原则（二）基本原则1 1要注意防止酶变性失活；要注意防止酶变性失活；2 2从理论上讲，凡是能用于蛋白质分离纯化的从理论上讲，凡是能用于蛋白质分离纯化的方法都同样使用于酶；方法都同样使用于酶；3 3跟踪测定酶的催化活性；跟踪测定酶的催化活性；酶的分离、纯化酶的分离、纯化三三. .分离纯化的方法与步骤分离纯化的方法与步骤（一）酶的抽提（一）酶的抽提（二）酶的纯

79、化（二）酶的纯化（三）酶的结晶（三）酶的结晶（四）回收率和纯度检测方法（四）回收率和纯度检测方法（一）酶的抽提（一）酶的抽提1 1、预处理和破细胞、预处理和破细胞（1）预处理）预处理脱脂或分离菌体脱脂或分离菌体（2）破碎细胞）破碎细胞对细胞外酶不需破细胞，直接用水或缓冲液浸泡，过对细胞外酶不需破细胞，直接用水或缓冲液浸泡，过滤得粗酶液；滤得粗酶液；机械破碎机械破碎菌体自溶法菌体自溶法丙酮干粉法丙酮干粉法其他方法其他方法 溶菌酶、超声波、高压急速减压等；溶菌酶、超声波、高压急速减压等；（一）酶的抽提（一）酶的抽提2 2抽提抽提（1）在低温下，用水或稀盐、稀酸、稀碱缓冲）在低温下，用水或稀盐、稀酸

80、、稀碱缓冲 液，从已破碎的细胞中将酶溶出。液，从已破碎的细胞中将酶溶出。（2）在抽提中应考虑下列因素：）在抽提中应考虑下列因素：pH 抽提液的抽提液的pH在在46为宜；为宜；盐盐 一般采用等渗盐溶液；一般采用等渗盐溶液；温度温度 一般在一般在0-4左右；左右；抽提液的用量一般是原料的抽提液的用量一般是原料的15倍；倍；加入少量加入少量EDTA螯合剂和巯基乙醇；螯合剂和巯基乙醇；（一）酶的抽提（一）酶的抽提3 3浓缩浓缩n用盐或冷乙醇沉淀后再溶解。用盐或冷乙醇沉淀后再溶解。n薄膜蒸发浓缩薄膜蒸发浓缩n超过滤法超过滤法n凝胶过滤凝胶过滤 n冰冻浓缩冰冻浓缩n聚乙二醇浓缩聚乙二醇浓缩 （二）酶的纯化

81、（二）酶的纯化1 1、酶的纯化概念、酶的纯化概念可用透析法除去小分子物质；较容易。可用透析法除去小分子物质；较容易。除去核酸、糖类等大分子物质；除去核酸、糖类等大分子物质；杂蛋白的去除；杂蛋白的去除；（二）酶的纯化（二）酶的纯化2 2酶分离纯化的方法酶分离纯化的方法（1）盐析法）盐析法（2）有机溶剂沉淀法）有机溶剂沉淀法（3）选择性变性法）选择性变性法（4 4）层析法）层析法n吸附层析法吸附层析法n离子交换层析法：离子交换层析法： 阴离子交换剂：阴离子交换剂：DEAE-纤维素纤维素DEAE-Sephadex 阳离子交换剂：阳离子交换剂：CMC-纤维素纤维素CMC- Sephadexn分子筛过滤

82、层析（凝胶过滤层析）分子筛过滤层析（凝胶过滤层析）（5）亲合层析法）亲合层析法（四）回收率和纯度检测方法（四）回收率和纯度检测方法1 1、酶的纯度检测、酶的纯度检测|比活力测定比活力测定 比活力越大，表示酶的纯度越高。比活力越大，表示酶的纯度越高。|电泳法若电泳图谱上只有单一条带，说明酶是均一的电泳法若电泳图谱上只有单一条带，说明酶是均一的|超速离心沉降法超速离心沉降法2 2纯化倍数和产量纯化倍数和产量% %（即回收率）（即回收率）r纯化倍数纯化倍数 = 每次比活力每次比活力/第一次比活力第一次比活力r产量产量% = 每次总活力每次总活力/第一次总活力第一次总活力 100三三. .酶的保存酶的保存1低温保存低温保存2保存浓缩的酶液保存浓缩的酶液3干燥保存干燥保存4避光保存避光保存5放在甘油中保存放在甘油中保存6加入稳定剂加入稳定剂7固定化酶；固定化酶；