页数：117页文件大小：5.85 MB来源： 生物化学ppt课件
本课件系统讲解酶化学，先说明酶催化作用的高效性、专一性与可调节性等特点，以及酶的化学本质、辅酶辅基与命名分类，再深入探讨酶的活性中心、作用机制与米氏方程等酶促动力学内容，最后介绍抑制剂类型、酶活力测定与酶在工业和医学中的应用及新发展。
第六章 酶化学
酶的本章内容
酶的概述
酶的概念：酶是活细胞产生
酶(Enzyme)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。
酶催化作用特点：与一般化学催化剂相比
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酶的概念
分子由常态转变为活化状态所需的能量。
在一定温度下1mol 底物全部进入活化态所需要的自由能。
催化效率高
通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。
2H2O22H2O + O21mol过氧化氢酶5×106molH2O21molFe+26×10-4molH2O2
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。
酶作用的专一
酶作用的专一性结构专一
族专一性：可作用于一类或一些结构
族（基团）专一性：可作用于一类或一些结构很相似的底物。
RCOO-+ROH + H+′酯酶：R—C—O—R′+ H2OOOCH2OHOHOHOH15α-葡萄糖苷酶OR+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+ROH绝对专一性：只能作用于某一底物。
胰蛋白酶的基团专一性
（本页内容以图示为主，文字要点较少）
消化道几种蛋白酶的专一性
（本页内容以图示为主，文字要点较少）
立体异构专一性
酶只能催化一种立体异构体发生某种化学反应，而对另一种立体异构体则无作用。
酶易失活
酶在温和条件下作用。
如：抑制剂、反馈抑制、酶原激活、激素等。
除去，酶失活
、有些酶的活性与辅酶、辅基及金属离子有关。
除去，酶失活。
酶的化学本质
测序。
某些RNA具有催化活性,将本质为RNA 的酶称核酶（ribozymes)。
酶的命名与分类
酶的命名酶的命名有两种方法：系统名、惯用名惯用名：命名原则①根据酶催化反应的性质来命名。
如催化水解反应的酶----水解酶催化氧化反应的酶----氧化酶或脱氢酶催化转移氨基的酶----转氨酶②根据被作用的底物兼顾反应的性质来命名。
③根据酶的来源命名。
如细菌淀粉酶、胃蛋白酶。
系统名：①根据酶催化反应
合成酶类②根据底物的性质和反应键的性质，每一类又可分为若干亚类及次亚类。
仍然用1，2，3，…编号。
③在次亚类中编号。
：乳酸脱氢酶EC 1. 1. 1. 27EC(Enzyme Commision)第1大类，氧化还原酶第1亚类，氧化基团CHOH第1亚亚类，H受体为NAD+该酶在亚亚类中的流水编号
每个酶有两个名称：系统名、惯用名
系统名：明确标明酶的底物及催化反应的性质。
酶的分类：根据酶的组成分类
、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。
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 +烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
按与酶的结合程度：辅酶:结合较松
辅基(prosthetic grup)：结合较紧，透析不易除去。
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。
按酶的分子特点分
、单体酶：一条肽链构成。
、寡聚酶：几条到多条肽链（相同或不同）组成。
、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。
国际酶学委员会根据酶催化反应的类型分类
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酶的编号EC
酶的分类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。
AH2 + B（O2）供氢体受氢体A + BH2（H2O2，H2O）根据受氢体的性质，氧化还原酶类可分为：
脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
氧化酶类①催化底物
脱氢，氧化生成H2O2：AH2+ O2A + H2O2（需FAD或FMN）②催化底物脱氢，氧化生成H2O：2AH2+ O22A + 2H2O
转移酶类：催化化合物中某些基团的转移
。
A·X+ BA +B·X根据X分成8个亚类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖基、烃基、含氮基、含磷基（激酶）和含硫基的酶。
水解酶类：催化加水分解作用
AB + H2O AOH+ BH4. 裂解酶类：催化非水解性地除去基团而形成双键的反应或逆反应。
CH3C=OCOOHC—C键CH3C=OH+ CO2 （脱羧酶、醛缩酶）C—O键CH2COOHHO—CH—COOHHCCOOHHOOCCH+ H2O（脱水酶）
C—N键COOHCH—NH2CH2
COOHCOOHCHHCCOOH+ NH3（脱氨酶）5. 异构酶：催化各种异构体之间的互变。
AB常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
合成酶类：催化有ATP参加的合成反应
。
酶的结构与功能的关系
酶的活性中心概念：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。
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。
活性中心的特点
是由特定空间构象维持的一个裂隙。
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研究酶活性中心的方法
X-衍射直接探明活性中心。
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。
在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。
胰蛋白酶的激活
缬天天天天赖异缬甘组SS丝SS肠激酶（激活作用）缬天天天天赖异甘组SS丝缬SS活性中心胰蛋白酶原胰蛋白酶提问：为什么不直接以酶形式存在呢？
答案：保护正常组织不受伤害。
同工酶——能催化相同的化学反应
同工酶(isoenzyme)——能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。
抗体酶既的概念
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。
酶和一般催化剂的作用就
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。
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。
酶与底物间的作用酶的作用机制
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二.中间产物学说
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。
中间产物比底物
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。
[ES] 决定酶促反应速度。
吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。
羧肽酶A的结构由于结合了底物
决定酶作用专一性的机制
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)。
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。
四.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。
②用过渡态类似物制备出抗体酶。
五.使酶具高催化效率的因素
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。
“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。
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。
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。
酶促反应动力学一：酶活力的测定
酶活力（酶活性enzyme activity):：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。
表示方法
、酶活力单位（active unit, 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。
、酶的转换数（katal，kat）：在最适条件下（30 ℃ ）,每秒钟可使1mol底物转化的酶量。
酶的比活力：指每mg
、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。
影响酶促反应
速度的因素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。
酶浓度对酶作用的影响在底物足够过量，不含抑制酶活性的物质及其他不利于酶发挥作用的因素时V=k [E]酶促反应动力学
酶浓度对酶作用
的影响在有足够底物和其他条件不变的情况下：v = k [E] 本人认为不完善v0= k [E]原因：1.逆反应速度增加
2底物浓度对酶作用
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酶促反应动力学
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] [S] (K2,+ K3)Km②③[ES]=([Et]－[ES])[S]．Km酶促反应动力学
整理得：∵酶促反应
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酶促反应动力学
米氏方程的变化：a、Km＞＞[S] 时
υ=V[S]/Km初速度与[S]成正比的一级反应。
b、若[S]＞＞Km时：υ=V 零级反应c、若[S] = Km时：υ=1/2V酶反应速度与[S]的关系
米氏常数
Km的意义a、概念：反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
b、单位：mol/L 或mmol/Lc、意义：①Km是酶的特征性物理常数。
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。
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。
Km小，E与S亲和力强。
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。
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：Lineweaver-Burk作图法（双倒数作图法）Km求法
温度对酶作用的影响
温度达到一定高度（60℃以上）E活性不再增高，反而下降。
酶促反应最适温度
、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。
高于最适温度：E蛋白随温度上升而变性失活。
例：蔬菜干制、加工豆奶、加工绿茶
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pH对酶作用的影响
、最适pH：超出则酶活下降。
受各种因素影响。
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pH影响的机理：1）pH影响E
过酸、过碱可使酶变性失活。
激活剂对酶作用的影响
、概念：凡能提高酶活力的物质称激活剂。
由无机离子与E、S或ES结合引起。
如：Mg2+、Ca2+、Co2+、Mn2+等。
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。
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。
抑制剂
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~ 。
抑制作用的类型：1）不可逆抑制
、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 。
不可逆抑制剂
临床用羟肟酸缓解症状。
I与E的结合往往的概念
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。
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。
反应通式：E + S E+P+
可通过增加[S]来减轻或解除抑制。
竞争性抑制机理
产生不利于另一个结合的构象。
酶的应用
应用：药物设计的依据。
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。
酶的特点
抑制取决于[I]。
③反竞争性抑制
作用：抑制剂必须在酶与底物结合后才能进一步形成ESI复合物。
S + EESE + P+I↑↓ESIE+Pv= ———————V1 + ——[I]ki· [S]km1+ ——[I]ki+ [S][S]vkm′km
三者动力学区别
Km增大，增加[S]可克服。
Vmax减小，增加[S]不可克服。
别构效应
、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。
别构部位：可结合调节物
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。
别构效应：1）概念
、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~ 。
别构效应剂：引起别构效应的物质
别构激活剂：正协同，加快反应速度的，多为S 。
如：ATP对ATCase(天冬氨酸转氨甲酰酶)。
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。
别构酶通常为代谢途径
第一个酶或分支点上第一个酶。
别构酶动力学曲线
：大多数别构酶不符合米氏方程。
酶的应用与发展
酶的分离纯化
作为生化试剂或药物。
酶在细胞中的分布：胞外酶：水解酶类
易收集，不必破碎细胞，缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液即为含酶液。
胞内酶：除水解酶类外的其它酶类，需破碎细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在的细胞器分离后再破碎该细胞器，然后将酶用适当的缓冲溶液或水抽提。
原则：在增加酶得率和纯度的同时
尽可能避免高温、过酸、过碱、剧烈的震荡及其它可能使酶丧失活力的一切操作过程。
尽最大可能保存酶的活力。
分离提纯：1.酶的抽提：将酶溶解出来就称为抽提。
胞外酶：固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过滤即可。
液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌体收集离心液即可。
胞内酶：先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。
酶的纯化：纯化的关键是维持酶的活性
，因为随着酶的逐渐提纯，一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定性变差，所以整个纯化过程应维持低温。
酶的沉淀方法：与蛋白质的沉淀方法相同，常用：A．盐析法：常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐析两种方法。
B．有机溶剂沉淀法：用乙醇、丙酮等。
应低温操作，溶剂少量分批加入。
酶的纯化方法：有吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等。
酶的结晶：纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。
酶的保存：一般在-20℃以下低温保存。
低温
不要过度搅拌。
应常测酶活。
酶的应用工业上酶应用的优点
专一性高，副反应很少，后处理容易。
催化效率高，酶用量少。
反应条件温和，可以在近中性的水溶液中进行反应。
酶的催化活性可以进行人工控制。
缺点：1.酶易失活，酶反应的温度、PH、离子强度等要很好控制。
酶不易得到，价格昂贵。
酶不易保存。
酶在工业中的应用不断扩大
、蛋白酶用于皮革工业的脱毛。
、α-淀粉酶、纤维素酶用了牛仔服的生产。
、碱性蛋白酶、碱性脂肪酶应用于洗涤剂的生产。
、酶在疾病诊断中的地位越来越重要。
、酶作为治疗疾病的药物在临床上的应用不断扩大。
某些作为药物使用
生物物质的处理。
用于这样目的酶称为-----工具酶。
例如：各种蛋白酶已用于蛋白质分子的一级结构分析。
DNA聚合酶已用于DNA一级传结构分析。
各种DNA限制性内切酶能将地断裂DNA成为片断，这是基因工程能够实现的重要前提之一。
在处理细菌细胞时，可以用溶菌酶、纤维素酶等破碎细胞。
酶工程
酶工程：指酶制剂在工业上的大规模生产和应用。
化学酶工程：由酶学与化学工程技术相结合而形成。
通过化学修饰、固定化处理、甚至化学合成法等手段改善酶的性质，以提高催化效率及降低成本。
固定化酶概念：将分离纯化
得到的水溶性酶用物理或化学的方法处理，使酶与载体（琼脂糖、聚丙烯酰胺等）连接，作成具催化活性的水不溶的酶。
提高产品质量。
此技术以广泛用于工农业生产、医药卫生、环境保护、生物化工等方面。
某些作为药物使用
本页源文件为图片化表格，文字抽取后列结构已粘连，暂按原文罗列，建议对照原图还原为表格。
生物酶工程的概念
生物酶工程：是在化学酶工程基础上发展起来的，是以酶学和DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物。
设计新的酶基因，合成自然界不曾有过的、性能稳定、催化效率更高的新酶。
酶能加速化学反应的进行
是由于哪一种效应A、向反应体系提供能量B、降低反应的自由能变化C、降低反应的活化能D、降低底物的能量水平E、提高产物的能量水平
已知某种酶Km值为0.05mol/L，试问要使此酶所催化的反应速度达最大反应速度的80%时底物浓度应是多少A、0.04mol/LD、0.05mol/LB、0.8mol/LE、0.1mol/LC、0.2mol/L习题
习题：一个酶作用与多种、丙二酸对琥珀酸脱
一个酶作用与多种底物时，其天然底物Km值应是A、增大B、与其他底物相同C、最小D、居中间E、与Km相同
丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制效应是A、Vmax降低，Km值不变B、Vmax降低，Km值降低C、Vmax不变，Km值增加D、Vmax不变，Km值降低E、Vmax降低，Km值增加
酶的非竞争性抑制剂对酶促反应
酶的非竞争性抑制剂对酶促反应的影响是A、有活性的酶浓度减少B、有活性的酶浓度无改变C、Vmax增加D、使表观Km值增加E、使表观Km值变小
反应速度为最大反应速度的80%时，Km等于A、〔S〕B、1/2〔S〕C、1/4〔S]D、0.4〔S〕E、0.8〔S〕
习题名词解释抗体酶酶的活性
磺胺药的作用机制，并解释为什么磺胺药在体内必须达到一定的浓度。
问:1)青霉素酶的Km
计算题:用青霉素酶催化青霉素水解的反应得到如下的实验数据:青霉素浓度[S]/(mol/L)反应速度(u)(μmol/min)青霉素浓度[S]/(mol/L)反应速度(u)(μmol/min)6
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