第1页：酶的概念与催化特点
- 酶
- 由活细胞产生的、能在体内和体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，是生物催化剂
- 催化效率高：10⁷–10¹³
- 酶活性易受环境变化的影响
- 在体内，酶活性受调节和控制
- 催化作用具高度专一性：结构专一性（绝对专一性如脲酶、相对专一性如磷酸二酯酶）与立体异构专一性
- 专一性假说：锁钥学说（1894，Emil Fischer）、诱导契合学说（1958，Koshland）
第2页：酶的命名方法
- 三点附着学说（A. Ogster）
- 习惯命名法：依催化底物命名（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）；依反应性质命名（转氨酶、脱氢酶、脱羧酶）；结合底物与性质（乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）；依来源或特征命名（碱性磷酸酶）
国际系统命名法示例：谷丙转氨酶 = L-丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶。
第3页：酶的国际系统分类与活性中心
系统命名法示例：草酸氧化酶 = 草酸：氧氧化酶；乙酰辅酶 A 水解酶 = 乙酰辅酶 A：水解酶。
- 国际系统分类
- 分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类六大类，分别用 1–6 表示，再按被作用的基团或键分亚类
- 活性部位（活性中心）
- 酶分子中与底物结合并催化底物生成产物的部位
- 必需基团
- 不位于活性中心、也不与底物直接作用，但参与维持酶分子空间构象、为表现活性所必需的基团
溶菌酶催化的反应：NAG 为 N-乙酰氨基葡萄糖，NAM 为 N-乙酰胞壁酸。
第4页：溶菌酶的活性中心与酶原激活
- 溶菌酶的活性中心：Glu35、Asp52
- 证明酶活性中心存在的方法：切除法、X-射线衍射分析、化学修饰法（共价标记）
酶原的激活：无活性的酶原经有限水解去除部分肽段后形成活性中心，转变为有活性的酶。
第5页：酶原激活的意义与催化机制
- 酶原激活
- 胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原经肽链断裂暴露活性中心，可避免分泌细胞自身被消化
酶高效催化的机制：
第6页：酸碱催化与共价催化
- 酸碱催化：例如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶的催化三联体
- 共价催化
- 酶与底物形成共价中间体
第7页：米氏方程与Km的意义
- 中间产物学说
- S + E → ES → E + P
- 初速度 v
- 初始底物浓度消耗在 5% 以内的反应速度
- 酶浓度的影响
- 最适条件下底物浓度足够大时 v = k[E]，k 为反应速度常数
- Km
- 酶的特征常数，当 v = Vmax/2 时 [S] = Km（mol/L）
活性部位微环境的影响也是酶高效催化的重要机制之一。
第8页：Km的应用与求法
Km 可用于判断酶的最适底物，并可近似表示酶对底物亲和力的大小。
蔗糖酶对不同底物的米氏常数| 底物 | Km（mmol/L） |
|---|
| 蔗糖 | 28 |
|---|
| 棉子糖 | 350 |
|---|
说明：源文件该处底物与 Km 数值粘连不清，本表按标准生化教材值列出（蔗糖 28、棉子糖 350），蔗糖为最适底物。
Km 与 Ks：Km = (K₂+K₃)/K₁，当 K₂ ≫ K₃ 时 Km = K₂/K₁，即 ES 的解离常数 Ks。求法：v—[S] 作图法、双倒数作图法。
第9页：温度、pH、激活剂与抑制剂
- 温度对酶促反应的影响
- pH 对酶促反应的影响
- 激活剂：金属离子（K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺）；无机离子（Cl⁻、Br⁻、PO₄³⁻、I⁻）；小分子有机物（抗坏血酸、还原型谷胱甘肽、半胱氨酸）；生物大分子（蛋白酶、钙调素）
- 抑制作用
- 抑制剂与酶分子活性中心某些基团结合，使活性中心结构和性质改变，引起酶活力下降或丧失；抑制剂不同于变性剂
- 不可逆抑制作用
- 以共价键结合，不能用透析除去抑制剂使酶活性恢复
第10页：可逆抑制与双底物机制
- 可逆抑制作用
- 以非共价键结合引起酶活性降低或丧失，可用透析除去抑制剂使酶活性恢复
- 竞争性抑制：抑制剂是底物的结构类似物
- 非竞争性抑制：抑制剂与底物可同时与酶结合
- 反竞争性抑制：抑制剂只与酶-底物复合物结合
双底物酶促反应机制：顺序机制（有序顺序机制、随机顺序机制）、乒乓机制。
第11页：别构调节与ATCase
- 别构调节实例一：cAMP 依赖性蛋白激酶（PKA）
- 实例二：天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase），结构为 2R₃ + 3C₂ = R₆C₆
- 调节：ATP、天冬氨酸是激活剂，CTP 是抑制剂
第12页：别构酶的动力学与机理
- ATCase 动力学曲线为 S 形曲线，别构酶的动力学曲线呈 S 形
- 序变模型（KNF 模型，1966 年 Koshland、Némethy、Filmer 提出）
- 齐变模型（concerted model，1965 年 Monod、Wyman、Changeux 提出，亦称 MWC 模型）
第13页：酶的共价修饰调节
- 共价调节
- 在酶分子某一特定部位共价结合某一特定基团，使分子在有活性和无活性之间变化；逆反应需在另一种酶催化下进行
- 共价调节的类型
- 磷酸化和脱磷酸化
- 实例：糖原磷酸化酶的共价调节和别构调节机制
第14页：同工酶、核酶与抗体酶
- 同工酶
- 同一种属中由不同基因或等位基因编码的多肽链组成的单体、纯聚体或杂合体，催化相同化学反应，但分子结构、理化性质和免疫性能有明显差异
- 核酶
- 具有催化作用的 RNA 分子；需游离鸟苷酸和镁离子存在，并且只作用一次；如鸟苷酸介导的四膜虫 rRNA 内含子的自我剪切（Cech 和 Altman 获 1989 年诺贝尔化学奖）
- 抗体酶
- 本质为免疫球蛋白，在易变区被赋予酶的属性，又称催化性抗体；用过渡态类似物作半抗原免疫动物制备
- 乳酸脱氢酶（LDH）
- 肌酸激酶（CPK）：催化肌酸 + ATP = 磷酸肌酸 + ADP，由 2 种亚基组成二聚体，有 MM、MB、BB 三种同工酶
第15页：酶的分离纯化原则
- 材料选择：新鲜、酶含量丰富
- 所有蛋白质分离纯化的方法都适合酶
- 特别注意酶活性的保护，避免一切能引起蛋白变性的因素
- 每一步都要进行酶活力的测定，跟踪酶的去向，评价纯化方法
第16页：酶活力单位与比活力
- 酶活力
- 一定条件下酶催化某一化学反应的能力，以反应速度表示，与反应速度呈正比
- 反应速度
- 单位时间内底物的减少量或产物的生成量，通常以测定产物生成量为准
- 国际单位 IU
- 最适条件下每分钟催化 1 μmol 底物减少或生成 1 μmol 产物所需的酶量（25 ℃）
- 催量 Kat
- 最适条件下每秒钟催化 1 mol 底物转化为产物所需的酶量；1 Kat = 6×10⁷ IU
- 比活力
- 活力单位数 / 毫克蛋白
- 转换数
- 单位时间内每分子酶所能转换的底物分子数，转换数 = V/[Et]
第17页：酶活力测定与纯化评价
测定酶活力的一般方法：在一定量酶和过量底物存在下，于最适反应条件（温度、pH、离子强度等）下于不同时间测定产物生成量，计算反应速度。
- 产物测定方法：比色法、量气法、滴定法、分光光度法、荧光测定法、同位素测定法、酶偶联分析等
回收率 = 每次总活力 / 第一次总活力 × 100%；纯化倍数 = 每次比活力 / 第一次比活力。
