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本课件围绕酶化学展开，从酶的发展历史、来源分布与催化特点入手，说明酶的化学本质与组成，讲解酶促反应动力学、米氏方程与影响因素，进而分析竞争性抑制类型及别构、共价修饰等调节方式。
第二章酶Chapter 2 Enzyme
第一节酶的分子结构与功能Section 1 The Molecular Structure and Function of Enzyme
酶（enzyme）是由活细胞产生的、能对特异底物进行高效率催化的生物催化剂，其化学本质是蛋白质。酶和生命活动密切相关几乎所有的生命过程都有酶参加。一、酶的定义What’s enzyme?
二、酶的发展来源及分布（一）酶的历史发展1857年，法国科学家巴斯德最早提出了“发酵是由微生物引起”的观点；1897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；1926年，萨姆纳从刀豆中成功提取出脲酶结晶，并证明了酶的本质是蛋白质；1949年，日本采用深层培养法生产细菌的α-淀粉酶微生物酶制剂进入大规模工业化生产；1979年，首次弄清多元淀粉酶的空间结构，并制出了立体模型；
二、酶的发展来源及分布（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胞外。根据酶的活动部位，一般把酶分成：•胞内酶----由细胞产生并在细胞内部起作用的酶。（如氧化还原酶等）•胞外酶----由细胞产生后分泌到细胞外起作用的酶。如水解酶类
酶作为生物催化剂的特性：三、酶催化作用的特点1. 酶的催化反应条件温和酶能在常温常压和pH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。2. 酶具有很高的催化效率酶的催化活性比一般催化剂高106~20倍。
酶作为生物催化剂的特性：例如：过氧化氢分解反应2H2O2----→2H2O + O2催化剂分解速度( 摩尔数/秒)1摩尔Fe2+10-51摩尔H2O2酶105→酶的催化效率比铁离子高1010倍。
酶作为生物催化剂的特性：3. 酶具有高度专一性→酶只能作用于某种物质或某一类结构相似的物质，催化它们进行某种类型的反应。•即酶对其所催化的反应和反应物具有严格的选择性。这种现象称为酶作用的特异性(specificity)。
酶作为生物催化剂的特性：3. 酶具有高度专一性（特异性）（1）绝对特异性(absolute specificity)（2）相对特异性(relative specificity)（3）立体异构特异性(stereospecificity)
3. 酶具有高度专一性（特异性）几种蛋白酶的专一性：酶供羧基供氨基胃蛋白酶Asp或Glu 芳香氨基酸胰蛋白酶Arg或Lys --胰凝乳蛋白酶芳香氨基酸--羧肽酶--C-末端氨基酸凝血酶Arg Gly
（3）立体异构特异性当底物含有不对称碳原子时，酶只作用于其立体异构体中的一种。3. 酶具有高度专一性（特异性）•旋光异构专一性→几何异构专一性
酶作为生物催化剂的特性：三、酶催化作用的特点1. 酶的催化反应条件温和2. 酶具有很高的催化效率3. 酶具有高度专一性
酶作为生物催化剂的特性：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，这些方式的存在使得生物体的代谢过程有条不紊地进行。5. 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（一）酶的化学本质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，酶的化学本质是蛋白质。•具有催化功能的核酸是特例。这种具有催化活性的RNA命名为Ribozyme，译为核酶、核糖酶或酶性RNA等
•酶可根据其化学组成的不同，分为两类：酶单纯酶(simple enzyme)结合酶（全酶）(conjugated enzyme)辅基辅酶金属离子辅助因子酶蛋白四、酶的化学本质及其组成（二）酶的组成和辅助因子
（三）酶的分类（按结构）单体酶(monomeric enzyme)寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶体系多酶复合体(multienzyme complex)多功能酶(multifunctional enzyme)
酶的分类（按结构）:•单体酶由一条肽链构成的酶→寡聚酶由几个至几十个亚基构成的酶，分子量3.5万~几百万→多酶体系由几种酶彼此嵌合形成复合体,有利于一系列反应的进行.如脂肪酸合成酶系.由7种酶围饶着小分子物质-酰基载体蛋白(ACP)形成球状,其中若1种酶失活或解体,则丧失整个活性.
多功能酶
1. 习惯命名法——推荐名称2. 系统命名法——系统名称3. 编号命名法——分类名称五、酶的分类与命名
五、酶的分类与命名（二）国际系统命名法酶的系统命名由两部分组成：•酶所作用的底物的名称→酶所催化的反应的类型例如：L-乳酸：NAD+氧化还原酶乳酸+ NAD+ •丙酮酸+ NADH + H+
酶的分类根据1961年国际酶学委员会（IEC）的分类法，通常将酶分为六大类：1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类(transferases )3.水解酶类(hydrolases)4.裂解酶类(lyases)5.异构酶类( isomerases)6.合成酶类(ligases, synthetases)
（三）国际系统分类法及编号1.分类根据酶催化反应类型和机制把酶分六大类：(1) 氧化还原酶类：催化氧化还原反应。AH2+B→A+BH2(2) 转移酶类：催化分子基团从一个分子转移到另一个分子的反应。A-R+B→A+B-R(3) 水解酶类：催化加水分解的反应。A-B+HOH→AOH+BH
（三）国际系统分类法及编号(4)裂合酶类：双键上去除或加入一个基团的反应。反应通式为：AB→A+B(5)异构酶类：催化分子间重排的有关反应。反应通式为：A→B(6)连接酶类：催化把两个分子连接在一起，并由ATP提供能量的反应。A+B+ATP→AB+ADP+磷酸，或AMP+焦磷酸→根据酶催化反应的具体性质进一步分成亚类和次亚类。
（三）国际系统分类法及编号2.系统编号----EC•1•1•1•1→EC----表示国际酶学委员会第一个数字表示酶所属的大类（1－6大类)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四个数字表示酶在所属次亚类中的流水编号→EC•1•1•1•27乳酸脱氢酶：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NAD（次亚类），流水编号为27。
（四）各大类酶举例氧化还原酶：琥珀酸脱氢酶、醇脱氢酶、多酚氧化酶;转移酶类：谷丙转氨酶（简称GPT）己糖激酶；水解酶类：淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等；裂合酶类：草酰乙酸脱羧酶、醛缩酶、水化酶、脱氨酶异构酶类：葡萄糖异构酶、磷酸甘油磷酸变位酶；合成酶类：天冬酰胺合成酶，丙酮酸羧化酶；
酶的命名举例
六、酶的结构与催化功能的关系→蛋白质的结构特点：一、二、三、四级结构（一）蛋白质的一级结构与催化功能的关系1.必需基团2. 肽键的改变——酶原激活3. 二硫键
胰蛋白酶原的激活过程甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS活性中心肠激酶/胰蛋白酶
酶原的激活胰蛋白酶原肠激酶胰凝乳蛋白酶原弹性蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶
1.活性中心(active center)2.酶的二、三级结构与催化活性的关系3.酶的四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
酶的活性中心溶菌酶的活性中心MW=20.6kDa
已糖激酶的活性中心MW=102.5kDa
（二）酶的高级结构与其催化活性的关系2.酶的二、三级结构与催化活性的关系：酶的二、三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。•可使酶遭受破坏而丧失其催化功能---蛋白质变性理论υ也可以使酶形成正确的催化部位而发挥其催化功能---酶的诱导契合学说
（二）酶的高级结构与其催化活性的关系3.酶的四级结构与催化活性的关系：（1）酶的四级结构及亚基与催化活性的关系（2）酶的四级结构与代谢调节的关系→聚合与解聚→别构酶
（二）酶的高级结构与其催化活性的关系4.同工酶—高级结构与酶活性关系的典型：例如：乳酸脱氢酶LDH可装配成H4、H3M、H2M2、HM3、M4五种四聚体。CH3CHOHCOO-+ NAD+→CH3COCOO-+ NADHH+
第二节酶促反应的机制Section 2 The Characteristics and Mechanisms of Enzyme-Catalyzed Reaction
催化剂的作用本质----降低反应的活化能。例如：过氧化氢水解成氧和水的反应的活化能：催化剂活化能（千焦耳/摩尔）无75.3胶性铂49过氧化氢酶8.4据热力学计算,反应速度增加一亿倍以上。一.酶促反应的本质
催化反应历程：一般化学反应历程：S P酶促反应历程：S + E ES E + P二.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的中间产物（ES），然后再分解成产物和原来的酶。S + E ES E + P（一）中间复合物学说：二.酶的催化机制若由S1 + S2 •P1 + P2 ，则表示为：S2E + S1 •ES1 •P1 + P2 + E
非催化反应a 酶促反应bScP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.酶的催化机制(1) 锁钥假说(lock and key hypothesis)整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。(2) 诱导契合假说（induced–fit hypothesis):酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.
1.邻近效应(proximityeffect)与定向作用(orientationarrange)：（三）与酶的高效率催化有关的因素：二.酶的催化机制
邻近效应与定向作用示意图
2．电子张力作用（electronictension）：应变效应，底物分子的敏感键产生张力或变形（三）与酶的高效率催化有关的因素：
3．多元催化作用(multielementcatalysis)：包括酸碱催化与共价催化等。（三）与酶的高效率催化有关的因素：
4．酶活性中心的低介电区(表面效应surfaceeffect，微环境效应)：（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：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度的影响。
一.酶促反应初速度的概念（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的增加量。V = -d[S] / dt = d[P] / dt→一般用单位时间内产物的增加量表示→酶反应进程曲线----产物的生成量与时间的关系曲线。•曲线的斜率----表示单位时间内产物的变化量----酶反应速度
（二）酶促反应速度的测定在研究酶促反应动力学中，为准确地表示酶活力，一般都用初速度表示，即酶反应初始阶段，即底物转化量<5%时的反应速度，也就是进程曲线的直线部分。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。
二. 酶浓度对反应速度的影响根据中间产物学说，酶反应式为：E + S •ES •P + E酶反应速度用产物P的生成速度表示，产物的生成与中间产物ES的浓度成正比，当底物量足够时，ES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一级反应规律，即：v = d[P]/dt = k[E] k为速度常数
三、底物浓度对反应速度的影响（一）底物对酶促反应的饱和现象：
反应级数
（二）米氏方程式的推导：Michaelis& Menten于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即著名的米氏方程。Vmax• [S]υ＝Km ＋[S]
设：①反应速度为初始速度，故略去第二步中的逆过程：②E与S迅速生成ES复合物，并达到平衡（稳态）即原则：ES形成速度=ES分解速度；③Km是所有速度常数的复合函数：E + Sk+1k-1k+2ESE + Pk-1 +k+2k+1Km=
k 1k3E+S→ES→E+Pk 2k4(1) (2)ES的形成速度:v1=k 1([E]-[ES])([S]-[ES])＝k1([E]—[ES])[S]；[E]：酶的总浓度；[ES]：酶与底物所形成的中间产物的浓度；[E]—[ES]：游离状态酶的浓度；[S]：底物浓度；ES的分解速度：v2= --d[ES]/dt = k 2[ES] + k3[ES]；•达到稳态时:v1= v2 即：k 1([E]—[ES])[S]= k 2[ES] + k3[ES];
k 1k3E+S→ES→E+Pk 2k4→达到稳态时:v1= v2 即：k 1([E]—[ES])[S]= k 2[ES] + k3[ES];所以：([E]—[ES])[S]/[ES] = （k 2+ k3）/ k 1；令：Km=(k 2+ k3)/ k 1，则：([E]—[ES])[S]/[ES] = Km;[ES]= [E][S]/（Km+[S]）v = k3[ES]= k3[E][S]/（Km+[S]）;k3[E]= k3[ES] = Vmaxv =Vmax[S]/(Km+[S])
v =Vmax[S]/(Km+[S])当底物浓度较低时，Km》[S]，v =Vmax[S]/Km，即反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应；当底物浓度很高时，[S] 》Km，Km可忽略不计，v =Vmax，即反应速度与底物浓度无关，为零级反应；当[S] = Km时，反应速度为最大速度的一半，Km值的物理意义。
（三）Km和Vmax的意义：1. 当→=Vmax／2时，Km=[S]。因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度，它的单位是摩尔/升。──Vmax2Vmax[S] Km + [S] =
2.Km可以反映酶与底物亲和力的大小。Km越小，酶与底物的亲和力越大。E + Sk+1k-1k+2ESE + Pk-1 +k+2k+1Km==Ks（三）Km和Vmax的意义：
3. 可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km时，反应为一级反应；当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应；当0.01Km<[S]<100Km时，为混合级反应。（三）Km和Vmax的意义：
4.Km是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一组同工酶）的Km值，来判断是否为不同的酶。5.Km可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存在时，通过测定酶在不同底物存在时的Km值，Km值最小者，即为该酶的最适底物。（三）Km和Vmax的意义：
6.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，此时即为最合适的测定酶活性所需的底物浓度。7.Vmax可用于计算酶的转换数：当酶的总浓度和最大速度已知时，可计算出酶的转换数，即单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。（三）Km和Vmax的意义：
可用来确定酶活性测定（续）数据表：下表列出相关数据。
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 四）Km和Vmax的测定 | 1. |
| 纵轴截距 | 1/ |
| Vmax横轴截距 | -1/ |
2. Hanes作图法：
四、温度对反应速度的影响一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快。但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降，直到完全失活。酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度(optimum tempe-rature)。
四、温度对反应速度的影响ψ酶的最适温度(optimum temperature)每种酶在一定条件下都有其最适温度一般：动物为37~50℃植物为45~60 ℃嗜高温细菌可高达60 ℃以上酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，酶活性又可恢复。
（二）影响酶最适温度的因素1、作用时间：作用时间长，最适温度低2、pH值：在最适pH条件下最适温度高3、底物种类、离子种类和离子强度4、酶的纯度、抑制剂及激活剂（三）酶的低温稳定性四、温度对反应速度的影响
pH对酶促反应速度的影响五、pH对反应速度的影响
五、pH对反应速度的影响观察pH对酶促反应速度的影响，通常为一“钟形”曲线，即pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。酶催化活性最高时溶液的pH值就称为酶的最适pH(optimumpH)。人体内大多数酶的最适pH在6.5～8.0之间
•pH值影响酶活性的机制1．环境过酸、过碱能使酶变性失活—pH值影响酶的稳定性→每一种酶都在一特定的pH值范围内是稳定的→pH稳定性的影响因素：A:处理时间B:酶的浓度、酶的纯度→最适pH值和pH值稳定性是两个不同的概念五、pH对反应速度的影响
•pH影响酶的稳定性，不同的酶有不同的pH稳定范围，过高或过低易失活。五、pH对反应速度的影响
•最适pH与那些因素有关五、pH对反应速度的影响→底物的种类和浓度→温度的影响→缓冲液成分的影响（种类和浓度）•酶的纯度、抑制剂及作用时间→酶的最适pH值不是不变的特征性常数
六. 抑制剂对反应速度的影响（一）抑制作用的概念1.失活作用2.抑制作用3.去激活作用
六. 抑制剂对反应速度的影响（一）抑制作用的概念4．抑制剂的种类氰化物、重金属离子、一氧化碳、硫化氢、生物碱、砷化物、麻醉剂、表面活性剂及磺胺类药物
凡是能降低酶促反应速度，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。按照抑制剂与酶作用的方式分两类：不可逆抑制作用(irreversibleinhibition)可逆抑制作用(reversibleinhibition)六. 抑制剂对反应速度的影响（三）抑制作用的类型
六. 抑制剂对反应速度的影响（三）抑制作用的类型→不可逆抑制作用：指抑制剂与酶活性中心必需基团以共价键结合，引起酶活性丧失。不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法解除抑制。•可逆抑制作用：抑制剂与酶往往通过非共价键结合，其结合是可逆的，可以用透析或超滤等物理方法解除抑制。
•抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用。[E]→[I]1. 不可逆抑制作用：[V]
酶的不可逆抑制作用有机磷化合物胆碱酯酶失活的酶酸路易士气巯基酶失活的酶酸
•抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全恢复。[E]→[I]2. 可逆抑制作用：[V]
•根据可逆抑制剂、底物和酶三者的关系，分为三种类型：A. 竞争性抑制作用B. 非竞争性抑制作用C. 反竞争性抑制作用2. 可逆抑制作用：
竞争性抑制的作用模式图EESIESEIE P+++
+IEIk+3酶的竞争性抑制反应模式k-3k+2E + SE + PESk+1k-1
竞争性抑制的速度方程与图形特征VmaxνKmKm'[S]Vmax/2KmVm[S]·→= ( 1 + [ I ]Ki）+ [S](1)Km’ = Km(1+[I]/Ki) , 故Km’ > Km.(2)若[S] > > Km’, Vmax’ = Vmax.(1)Ki小而[I]大,则有抑制作用,取决于[S]。Vmax不变，Km变大
竞争性抑制的双倒数图形特征
⑴竞争性抑制剂多是酶的底物类似物或反应产物；⑵抑制剂与底物竞争与酶结合（结合部位相同），多与酶的活性中心同底物相结合的基团结合。⑶底物浓度增加时, 抑制作用减弱, 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, 可以通过加大底物浓度的方法消除抑制作用。⑷动力学参数：Km值增大，Vm值不变。竞争性抑制的特点：
琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制竞争性抑制剂有：丙二酸、草酰乙酸等
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磺酰胺
k-3k+3+IESIk+2E + PESE + Sk+1k-1k-3k+3+IEI+ Sk+1k-1反应模式B.非竞争性抑制（noncompetitive inhibition）•抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与ES复合物结合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。2. 可逆抑制作用：
非竞争性抑制的作用模式图+S－S+S－S+ESIEIEESEP
非竞争性抑制的速度方程与图形特征Vm[S]·→= (Km+ [S])( 1 + [ I ]Ki）（1）Km’ = Km.（2）Vmax’=Vmax/(1+[I]/Ki)，即Vmax’ < Vmax，且随[I]增加而减小。（3）Ki小而[I]大,则有抑制作用,与[S]无关。Km不变，Vmax变小
非竞争性抑制的双倒数图形特征
⑴非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；抑制剂是与酶的活性中心以外的必需基团结合而起作用的；⑶抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；抑制作用只取决于酶浓度、抑制剂浓度和Ki的大小。⑷动力学参数：Km值不变，Vm值降低。非竞争性抑制的特点：
k-3k+3+IESIk+2E + SE + PESk+1k-1反应模式C.反竞争性抑制（uncompetitive inhibition)•抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物成无活性的ESI，使酶的催化活性降低。2. 可逆抑制作用：
反竞争性抑制的作用模式图++ESESESIEP
反竞争性抑制的速度方程与图形特征Vm[S]·→= Km1 +[ I ]Ki1 +[ I ]Ki+ [S]Km变小，Vmax变小
反竞争性抑制的双倒数图形特征
⑴反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；⑶必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；⑷动力学参数：Km减小，Vm降低。反竞争性抑制的特点：
•不可逆抑制作用λ可逆抑制作用a.竞争性抑制：Km增大，Vm不变b.非竞争性抑制：Km不变，Vm降低c.反竞争性抑制：Km减小，Vm降低abc抑制剂对酶促反应的影响小结：
（一）激活剂的种类→按分子大小可分三类：1. 无机离子（1）无机阳离子--金属离子（如Na+、K+、Mg2＋等）（2）无机阴离子（如Cl—、Br—等）（3）氢离子2.中等大小的有机分子ψ某些还原剂如半胱氨酸、巯基乙醇、抗坏血酸作用机制：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ES复合ψEDTA（乙二胺四乙酸）作用机制：金属螯合剂，解除重金属离子对酶的抑制作用3.具有蛋白质性质的大分子物质（如酶原激活）
第四节酶的调节Section 4 The Regulation of Enzyme
一、酶结构的调节（一）变构调节（二）共价修饰调节（三）酶原的激活二、酶含量的调节三、同工酶调节
一、酶结构的调节ψ酶结构的调节是通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性的调节方式。•酶结构的调节是一种快速调节方式。
酶的变构调节作用
蛋白激酶A的变构调节
2．别构效应，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）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而改变其对后继配体的亲和力，这种效应就称为变构酶的协同效应。相同(均为底物)：同促效应（homotropic effect）不同(效应调节物)：异促效应（heterotropic effect）根据配体结合后对后继配体的影响根据配体性质正协同效应（positive cooperative effect）负协同效应（negative cooperative effect）
观察变构酶的底物浓度对酶促反应速度影响时，可发现ν～[S]为一“S”形曲线。这是由于底物对变构酶存在同促正协同效应。普通酶变构酶
当存在异促正协同效应时，“S”形曲线左移，酶促反应速度加快；当存在异促负协同效应时，“S”形曲线右移，酶促反应速度减慢。
5．变构调节的特点：⑴酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；⑵酶的变构仅涉及非共价键的变化；⑶调节酶活性的因素为代谢物；⑷为一非耗能过程；⑸无放大效应。
别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
1．共价修饰的机制：共价修饰酶通常在两种不同的酶的催化下发生共价修饰（covalent modification）或去修饰，从而引起酶分子在有活性形式与无活性形式之间进行相互转变。
-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶-O-PO32-ThrSerTyr酶蛋白酶蛋白的磷酸化修饰与去修饰
2．共价修饰调节的方式：共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调节方式为级联反应(cascadereaction)。
腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（有活性）ATP cAMP↑激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体PKA(无活性)PKA(有活性)糖原合酶糖原合酶-P磷酸化酶b 磷酸化酶a-P磷酸化酶b激酶磷酸化酶b激酶-P共价修饰酶的级联反应
3．共价修饰调节的特点：⑴酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；⑵有共价键的变化；⑶受其他调节因素（如激素）的影响；⑷一般为耗能过程；⑸存在放大效应。
酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活(activation of zymogen)。
酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变。胰蛋白酶/肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶+ N端6肽片段
胰蛋白酶原的激活过程甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS活性中心肠激酶/胰蛋白酶
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，使催化活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。酶原激活的生理意义在于：保护自身组织细胞不被酶水解消化。（三）酶原的激活：
酶含量的调节是机体内迟缓调节的重要方式。
（一）酶蛋白合成的调节：酶蛋白的合成速度通常通过一些诱导剂或阻遏剂来进行调节。凡能促使基因转录增强，从而使酶蛋白合成增加的物质就称为诱导剂；反之，则称为阻遏剂。
1．代谢物的调节：酶的底物对酶蛋白的合成具有诱导作用，如精氨酸对精氨酸酶合成的诱导，大肠杆菌中乳糖对乳糖代谢酶的诱导等。代谢终产物对酶的合成有阻遏作用，如胆固醇对胆固醇合成代谢的关键酶——HMG-CoA还原酶的合成有阻遏作用。（一）酶蛋白合成的调节：
2．激素的调节：激素是影响酶蛋白合成的最重要的因素。如：胰岛素可以诱导糖酵解的关键酶的合成，同时也可阻遏糖异生关键酶的合成，促进葡萄糖的氧化分解。（一）酶蛋白合成的调节：
（二）酶蛋白降解的调节：•通过调节酶的降解速度以控制酶的活性。如饥饿时:精氨酸酶降解减慢，故酶活性增高，有利于氨基酸的分解供能;乙酰CoA羧化酶降解加快，酶活性降低，抑制脂肪合成。
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子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶(isoenzyme)。同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同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（LDHs）为四聚体，在体内共有五种分子形式，即LDH1（H4），LDH2（H3M），LDH3（H2M2），LDH4（HM3）和LDH5（M4）。
•心肌中以LDH1含量最多:LDH1对乳酸的亲和力较高，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，以供应心肌的能量。•骨骼肌中含量最多的是LDH5:LDH5对丙酮酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以促进糖无氧酵解的进行。同工酶的生理意义：
乳酸脱氢酶同工酶的不同生理功能心肌骨骼肌丙酮酸葡萄糖ATP+CO2+H2O乳酸LDH5LDH1乳酸利用糖无氧酵解
同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。同工酶的临床意义：心肌梗塞和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗塞酶谱正常酶谱肝病酶谱2345LDH
第五节酶的分离、纯化、保存及活力测定
二.分离纯化的方法与步骤（一）酶的抽提（二）酶的纯化（三）酶的结晶（四）回收率和纯度检测方法
（一）酶的抽提1、预处理和破细胞（1）预处理—脱脂或分离菌体（2）破碎细胞→对细胞外酶不需破细胞，直接用水或缓冲液浸泡，过滤得粗酶液；•机械破碎→菌体自溶法→丙酮干粉法→其他方法溶菌酶、超声波、高压急速减压等；
（一）酶的抽提3．浓缩ν用盐或冷乙醇沉淀后再溶解。•薄膜蒸发浓缩ν超过滤法ν凝胶过滤ν冰冻浓缩ν聚乙二醇浓缩
（二）酶的纯化1、酶的纯化概念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；杂蛋白的去除；
（二）酶的纯化2．酶分离纯化的方法（1）盐析法（2）有机溶剂沉淀法（3）选择性变性法（4）层析法ν吸附层析法ν离子交换层析法：阴离子交换剂：DEAE-纤维素DEAE-Sephadex阳离子交换剂：CMC-纤维素CMC-Sephadexν分子筛过滤层析（凝胶过滤层析）（5）亲合层析法
（四）回收率和纯度检测方法1、酶的纯度检测→比活力测定比活力越大，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→超速离心沉降法2．纯化倍数和产量%（即回收率）•纯化倍数= 每次比活力/第一次比活力ρ产量% = 每次总活力/第一次总活力×100
三.酶的保存1．低温保存2．保存浓缩的酶液3．干燥保存4．避光保存5．放在甘油中保存6．加入稳定剂7．固定化酶；
四、酶活力及其测定（一）定性测定---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特征来判断；•酶的活力测定实质上是酶的定量测定，
国际单位IU→国际单位----IU在最适的反应条件（温度25°C）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，1IU =1μmol/min；•转换数--Kat在最适条件下每秒钟内能使1mol底物转化为产物所需的酶量为1Kat单位，1 Kat = 1mol/秒；1 IU = 1μmol/min 1IU=1/60μKat=16.67 n Kat1 Kat = 1 mol/s =60→106IU→国际单位便于比较，但不方便使用。
(3 ) 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：U（IU）/g；U（IU）/mg；或U（IU）/ml。(4 ) 酶的总活力----一定重量或体积的酶制剂所具有的酶的活力单位数。如：U/1g 或U/100g。(5 ) 比活力----指在特定条件下，每毫克酶蛋白所具有的酶的活力单位数。比活力（U/mg酶蛋白）= 总活力/ 总酶蛋白毫克数→比活力愈高，表明酶愈纯；（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1、酶活力测定的两种方式（1）终点法：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。（2）动力学法：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。
（三）酶活力测定的方式和方法2、酶活力测定的主要方法ν化学滴定法ν分光光度法ν量气法（气体测压法）•pH测定法ν氧和过氧化氢的极谱测定ν旋光法ν色谱法ν荧光法
现有1克淀粉酶，用水溶解成1000ml后取1ml测定淀粉酶活力，测得每10分钟分解0.5克淀粉，求总活力。(1) 1小时1ml每液分解淀粉的量：0.5×60÷10=3 （克）(2) 1ml酶液的活力单位数：3 ÷1=3（U）1克酶的总活力=3 ×1000=3000（U）/克
例2：例1题中测得淀粉酶制剂的蛋白质含量为0.5mg/mg，求该酶的比活力。1克淀粉酶的总活力为3000U；1克淀粉酶的总蛋白质量为：0.5mg/mg ×1000mg =500mg比活力=3000÷500=6U/mg酶蛋白例3：1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。总活力=0.5IU/1微克比活力=0.5 ÷0.001=500U/mg酶蛋白
第六节酶在工业上的应用及酶工程
一、酶在食品工业中的应用（自学）二、酶在化工、轻工方面的应用（自学）三、酶在医药工业中的应用（自学）四、固定化酶五、酶工程
四、固定化酶（一）固定化酶的概念及优点1．固定化酶的概念将水溶性酶经过物理或化学方法处理后，使酶与惰性载体结合或将酶包埋起来成为一种不溶于水的状态但仍具有同样酶活力的酶衍生物2．固定化酶的优点
（一）固定化酶的概念及优点2．固定化酶的优点仍具有酶的高度专一性、高效率及温和作用条件的催化特点；稳定性提高；固定化酶极易与底物、产物分开；可反复使用，增加了酶的使用寿命；使酶反应连续化、自动化，并有利于提高产品质量和产率。
（二）固定化酶的制备方法1．吸附法2．载体偶联法（共价法）3．交联法4．包埋法（1）微小格子型—凝胶包埋法（2）微胶囊型—微囊化包埋法
（三）研究固定化酶的意义1．为理论上生命规律的探讨提供良好的模型；2．在工业、医药、分析、分离等实际应用中有巨大潜力；
五、酶工程（一）酶工程的定义与分类1．酶工程—指酶制剂在工业上的大规模生产和应用。2．根据研究和解决问题的手段不同化学酶工程生物酶工程
包括自然酶、化学修饰酶、固定化酶及化学人工酶的研究与应用。
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