1
第六章 酶 (enzyme)
第一节 酶的催化性质一、酶是生物催化剂二、酶的化学本质第二节 酶的命名与分类一、分类二、系统命名及编号三、其它命名分类法
2
第三节 酶的作用机制一、活化能与酶的催化作用二、中间产物学说三、酶的活性中心四、诱导契合学说五、催化机理六、酶原和酶原激活
3
第四节 影响酶反应速度的因素一、底物浓度的影响二、酶浓度对酶反应速度的影响三、温度对酶促反应速度的影响四,pH对酶促反应速度影响五、抑制剂与激活剂第五节 酶的分离提纯及活力测定一、酶的分离提纯二、活力测定
4
第六节 多酶体系与调节酶一、多酶体系及其自我调节二、调节酶
5
第六章 酶 (enzyme)
第一节 酶的催化性质
酶的概念：酶是生物活细胞产生的,具催化功能的蛋白质 。
一,酶是生物催化剂
1,酶与一般催化剂 (catalysts)的共同特点
用量少而催化效率高
不改变化学反应的平衡点
可降低反应的活化能
6
第一节 酶的催化性质
2,酶作为生物催化剂的特征
酶易失活：要求反应条件温和
催化效率高,1mol过氧化氢酶 1min催化
5× 106mol,而 Fe2+只能催化 6× 10-4
高度专一性 (highly specificity)：
绝对专一性,(NH2)2CO+H2O 2NH3+CO2
相对专一性,键专一性,集团专一性立体专一性,
活力可调节脲酶
7
第一节 酶的催化性质二,酶的化学本质
1,酶的本质是蛋白质实验证明：酶的组成,性质,脲酶结晶,核酸酶的人工合成 。
2,酶的化学组成
单纯酶类：只含有氨基酸
结 合 酶 类,酶 蛋 白 + 辅酶 (coenzyme) （ 辅基,prosthetic group） = 全酶 (holoenzyme)
酶蛋白决定反应的专一性,及高效性
辅因子 (cofactors)决定反应的类型
8
第二节 酶的命名与分类一、分类国际酶学委员会（ enzyme commission,EC)
将所有的酶促反应分为六大类：
（ 1）氧化 -还原酶
（ 2） 转移酶
（ 3） 水解酶
（ 4） 裂合酶
（ 5） 异构酶
（ 6） 合成酶
9
1、氧化还原酶类
1.1作用在 — CH— OH上
1.2作用在 — C=O上
1.3作用在 — CH= CH— 上
1.4作用在 — CH— NH2上
1.5作用在 — CH— NH上
1.6作用在 NADH,NADPH上
2、转移酶类
2.1一碳单位
2.2醛或酮基
2.3酰基
2.4糖苷基
2.5除甲基之外的烃基或酰基
2.6含氮基
2.7磷酸基
2.8含硫基
|
|
||
10
3、水解酶
3.1酯键
3.2糖苷键
3.3醚键
3.4肽键
3.5其他 C— N键
3.6酸酐键
4、裂合酶类
4,1C— C
4.2C — O
4.3 C — N
4.4 C — S
5、异构酶类
5.1消旋及差向异构酶
5.2顺反异构酶
6、合成酶类
6.1 C— C
6.2 C — O
6.3 C — N
6.4 C — S
11
第二节 酶的命名与分类二,系统命名及编号
1,系统命名要给出所有的反应底物及反应性质,如转氨酶 （ 习惯名 ） →丙氨酸,α-酮戊二酸氨基转移酶 （ 系统名 ） 。 习惯名称简便故常用 。
12
第二节 酶的命名与分类
2,国际编号：
分类中的六大类,分别用 1,2,3,4,5,6
表示,再依底物或基团的性质分为亚类,用 1，
2,… 表示 。 亚类可再分,各数字之间可用
“,,隔开 。 即用四位数字表示一个酶的编号 。
前面冠以,EC”酶学委员会 。 表给出各大类,
亚类的代号 。
如 3代表水解酶,3.1水解脂键 （ 脂肪酶,
磷酸酶 ）,3.2水解糖苷键 （ 淀粉酶 ）,3.4水解肽键 （ 蛋白酶 ） 等 。 EC1.1.1.27为乳酸：
NAD+氧化还原酶 。
13
第二节酶的命名与分类三,其它命名分类法
1、单体酶 (monomeric enzyme):只含一条多肽链，分子量在 13000~35000之间，如：胰蛋白酶 。
2、寡聚酶 (oligomeric enzyme),由几个甚至几十个亚基组成分子量在 35000~几百万，
如：乳酸脱氢酶。
3、多酶体系 (multienzyme system),是由几个酶彼此嵌合形成的复合体，分子量一般在几百万。
14
第三节 酶的作用机制一,活化能 (activation energy)与酶的催化作用
过渡态,活化分子,活化能
增加活化分子数的方法：供能 （ 绝对 ）
降低活化能 （ 相对 ）
酶就是通过有效地降低反应活化能而加速反应 。
二,中间产物学说
E+S?ES →P+E
ES稳定性差,只能存在,不能分离出来 。
15
第三节 酶的作用机制三,酶的活性中心
活性中心 (active center)：由特殊基团组成的,
具一定的空间结构的活性区域称活性中心 。
这些特定基团称必需基团 。
组成：结合基团,1-数个,决定专一性催化基团,2-3个氨基酸组成,
存在于活性中心以外的,对维持活性中心必需的基团 。
16
第三节 酶的作用机制四,诱导契合学说 (induced-fit model)
1,锁 -匙学说 (lock-and-key model)：大小,形状,电荷完全互补的,刚性的 。
2,诱导契合学说当酶与底物接近时,酶分子受底物的诱导,构象发生了有利于与底物结合的变化,
在此基础上互相契合进行反应 。 即通过相互诱导,达到契合互补的程度 。
17
第三节 酶的作用机制五,催化机理
邻近,定向效应
底物形变
共价催化 （ 亲核,亲电 ）
酸碱催化 。
六,酶原和酶原激活
定义：无活性酶 →有活性酶 。
本质：活性中心形成或暴露的过程。
18
第四节影响酶反应速度的因素一,底物浓度的影响
1,米氏方程的推导
用中间产物学说推导,
米氏常数,
(michaelis constant)
米氏方程 (Michaelis-Menten equation):
υ= ─────Vmax〔 S〕Km + 〔 S〕
Km= ────
k2 +k-1
k1
E+S ES →P+E
k1 k2
k-1←
←
19
第四节影响酶反应速度的因素
2,讨论
〔 S〕?Km 一级反应
〔 S〕?Km υ=Vmax 零级反应
〔 S〕 = Km υ=0.5 Vmax
υ= ─────
Vmax〔 S〕
Km + 〔 S〕
υ= ──VmaxKm〔 S〕
[ S ]
V 0
V m a x
K m
V m a x / 2
20
第四节影响酶反应速度的因素
3,方程曲线用活性中心,过渡态学说解释：
〔 S〕 小,酶活性中心没有完全形成,故
〔 S〕 ↑,〔 ES〕 ↑υ↑。
〔 S〕 较大,不能完全与酶形成 ES,故 υ
增加而非正比例 。
〔 S〕 极大,可完全形成 ES,故 〔 S〕 增加时 υ不变 。
21
第四节影响酶反应速度的因素
4,米氏常数 Km的意义
物理意义,υ=1/2V,Km=〔 S〕 。 故 Km
有浓度量纲 。 Km为特征常数 。 不同酶的值在 10-7-10-1
反映酶与底物 亲和力 (affinity)的大小：
最适底物 （ 天然底物 ）,具有最小 Km值的底物 。
5,米氏方程变形：
二、酶浓度对酶反应速度的影响
22
第四节影响酶反应速度的因素三,温度对酶促反应速度的影响一方面 T↑,↑；另一方面,T↑ E变性失活,υ ↓。 两方面作用的结果,使酶具有最适温度 。
四,pH对酶促反应速度的影响
对称钟型曲线,很窄一般在 pH6.5~8.0有最适值 。
解释,（ 1） 影响酶的解离状态
（ 2） 影响底物的解离状态
23
四,pH对酶促反应速度影响
24
第四节影响酶反应速度的因素五,抑制剂 (inhibitor)与激活剂 (activator)
1,抑制剂的影响
抑制剂的概念：凡能使酶活性降低进而降低 υ的物质
抑制剂的类型,不可逆 (irreversible)抑制作用可逆 (reversible)抑制作用
可逆抑制分类：竞争性非竞争性反竞争性
25
第四节影响酶反应速度的因素
2,激活剂 (activator)
激活剂定义：凡能使酶活性增加进而加快 υ的物质
常见激活剂为无机离子 K+,Na+,Cl-。 其作用维持并组成活性中心,或组成辅因子的成分 。
另一类为有机小分子 。 如 Cys,GSH。 使
-SH酶恢复活性； EDTA使被重金属抑制的酶恢复活性 。
26
第五节 酶的分离提纯及活力测定一,酶的分离提纯 。 略 （ 在酶学中细讲 ）
二,活力测定
1,酶活力 (enzyme activity)
又称酶活性,是催化一定化学反应的能力,用酶反应速度 （ υ） 表示 。 即 υ越大,酶活力越大 。
2,酶反应速度 （ υ）
单位时间的浓度变化 。 常用初速度表示 。
3,酶活力单位 （ U）
27
第五节 酶的分离提纯及活力测定
国际单位,指在特定条件下,1分钟内转化
1微摩尔 （ μmoL） 底物的酶量 。 酶活力单位用 U表示,但各种酶有自己的规定 。
1Kat(1moL/s)：最适条件下,每秒钟内,
能使 1mol底物转化为产物所需的酶量 。 故
1Kat = 6× 107U。
28
第五节 酶的分离提纯及活力测定
淀粉酶活力单位,每小时催化 1g可溶淀粉液化所需的酶量 （ 1U=1g淀粉 /h）,或每小时催化 1mol2%的可溶淀粉液化所需的酶量 （ 1U=1× 2%淀粉 /h） 。
酶含量,常以每克酶制剂或每毫升酶溶液含有的活力单位数表示 。 即单位 （ U）
/克 （ 毫升 ） 。
4,比活力：指每毫克酶蛋白所具有的酶活力 。 用 U/mg蛋白表示,可反映酶纯度 。
29
第六节 多酶体系与调节酶一,多酶体系及其自我调节
1,多酶体系 (multienzyme system)及类型由几个酶组成的反应链体系称多酶体系 。 前一酶反应的产物为后一酶的反应的底物 。
类型：可溶性,结构化的,定位于细胞器 。
30
第六节 多酶体系与调节酶
2,多酶体系的自我调节
限速步骤：多酶体系中最慢的一步反应,它决定反应的总速度 。
反馈抑制 （ 激活 ）,限速步骤多位于第一步或分支处,此酶为产物抑制 （ 或底物激活 ） 此过程称反馈抑制 （ 激活 ） 。
31
第六节 多酶体系与调节酶二,调节酶 调节酶可分两类
1,别构酶 (allosteric enzyme)（ 变构酶 ）
性质特点,0℃ 不 稳定,室 温下 稳 定 ；
〔 S〕 的影响不遵守米氏方程,呈 S曲线,即在很窄的范围内能极大影响 υ；不符合典型的抑制 。
结构特点：多个亚基,结构复杂；除活性中心,还有调节中心 。
32
第六节 多酶体系与调节酶
别构效应：调节物与酶分子别构中心结合,诱导出或稳定酶分子的某种构象,从而影响酶反应速度及代谢过程,此效应称别构效应 。
33
第六节 多酶体系与调节酶
2,共价调节酶通过对酶的结构进行化学修饰,而调节酶促反应速度的酶称共价调节酶 。
磷酸化酶及其他：
酶的有活性形式?酶的有无活形式
4 H
2
O
4 P i
磷 酸 化 酶 ａ 磷 酸 化 酶 ｂ
４ Ａ Ｔ Ｐ４ Ａ Ｄ Ｐ
磷 酸 酶激 酶
34
第六节 多酶体系与调节酶
谷氨酰胺合成酶及其他：
酶的高活性形式?酶的低活性形式它们受 ATP转来到腺苷酰基的共价修饰,或酶促脱酰苷酰基,而调节酶活性 。
第六章 酶 (enzyme)
第一节 酶的催化性质一、酶是生物催化剂二、酶的化学本质第二节 酶的命名与分类一、分类二、系统命名及编号三、其它命名分类法
2
第三节 酶的作用机制一、活化能与酶的催化作用二、中间产物学说三、酶的活性中心四、诱导契合学说五、催化机理六、酶原和酶原激活
3
第四节 影响酶反应速度的因素一、底物浓度的影响二、酶浓度对酶反应速度的影响三、温度对酶促反应速度的影响四,pH对酶促反应速度影响五、抑制剂与激活剂第五节 酶的分离提纯及活力测定一、酶的分离提纯二、活力测定
4
第六节 多酶体系与调节酶一、多酶体系及其自我调节二、调节酶
5
第六章 酶 (enzyme)
第一节 酶的催化性质
酶的概念：酶是生物活细胞产生的,具催化功能的蛋白质 。
一,酶是生物催化剂
1,酶与一般催化剂 (catalysts)的共同特点
用量少而催化效率高
不改变化学反应的平衡点
可降低反应的活化能
6
第一节 酶的催化性质
2,酶作为生物催化剂的特征
酶易失活：要求反应条件温和
催化效率高,1mol过氧化氢酶 1min催化
5× 106mol,而 Fe2+只能催化 6× 10-4
高度专一性 (highly specificity)：
绝对专一性,(NH2)2CO+H2O 2NH3+CO2
相对专一性,键专一性,集团专一性立体专一性,
活力可调节脲酶
7
第一节 酶的催化性质二,酶的化学本质
1,酶的本质是蛋白质实验证明：酶的组成,性质,脲酶结晶,核酸酶的人工合成 。
2,酶的化学组成
单纯酶类：只含有氨基酸
结 合 酶 类,酶 蛋 白 + 辅酶 (coenzyme) （ 辅基,prosthetic group） = 全酶 (holoenzyme)
酶蛋白决定反应的专一性,及高效性
辅因子 (cofactors)决定反应的类型
8
第二节 酶的命名与分类一、分类国际酶学委员会（ enzyme commission,EC)
将所有的酶促反应分为六大类：
（ 1）氧化 -还原酶
（ 2） 转移酶
（ 3） 水解酶
（ 4） 裂合酶
（ 5） 异构酶
（ 6） 合成酶
9
1、氧化还原酶类
1.1作用在 — CH— OH上
1.2作用在 — C=O上
1.3作用在 — CH= CH— 上
1.4作用在 — CH— NH2上
1.5作用在 — CH— NH上
1.6作用在 NADH,NADPH上
2、转移酶类
2.1一碳单位
2.2醛或酮基
2.3酰基
2.4糖苷基
2.5除甲基之外的烃基或酰基
2.6含氮基
2.7磷酸基
2.8含硫基
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3、水解酶
3.1酯键
3.2糖苷键
3.3醚键
3.4肽键
3.5其他 C— N键
3.6酸酐键
4、裂合酶类
4,1C— C
4.2C — O
4.3 C — N
4.4 C — S
5、异构酶类
5.1消旋及差向异构酶
5.2顺反异构酶
6、合成酶类
6.1 C— C
6.2 C — O
6.3 C — N
6.4 C — S
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第二节 酶的命名与分类二,系统命名及编号
1,系统命名要给出所有的反应底物及反应性质,如转氨酶 （ 习惯名 ） →丙氨酸,α-酮戊二酸氨基转移酶 （ 系统名 ） 。 习惯名称简便故常用 。
12
第二节 酶的命名与分类
2,国际编号：
分类中的六大类,分别用 1,2,3,4,5,6
表示,再依底物或基团的性质分为亚类,用 1，
2,… 表示 。 亚类可再分,各数字之间可用
“,,隔开 。 即用四位数字表示一个酶的编号 。
前面冠以,EC”酶学委员会 。 表给出各大类,
亚类的代号 。
如 3代表水解酶,3.1水解脂键 （ 脂肪酶,
磷酸酶 ）,3.2水解糖苷键 （ 淀粉酶 ）,3.4水解肽键 （ 蛋白酶 ） 等 。 EC1.1.1.27为乳酸：
NAD+氧化还原酶 。
13
第二节酶的命名与分类三,其它命名分类法
1、单体酶 (monomeric enzyme):只含一条多肽链，分子量在 13000~35000之间，如：胰蛋白酶 。
2、寡聚酶 (oligomeric enzyme),由几个甚至几十个亚基组成分子量在 35000~几百万，
如：乳酸脱氢酶。
3、多酶体系 (multienzyme system),是由几个酶彼此嵌合形成的复合体，分子量一般在几百万。
14
第三节 酶的作用机制一,活化能 (activation energy)与酶的催化作用
过渡态,活化分子,活化能
增加活化分子数的方法：供能 （ 绝对 ）
降低活化能 （ 相对 ）
酶就是通过有效地降低反应活化能而加速反应 。
二,中间产物学说
E+S?ES →P+E
ES稳定性差,只能存在,不能分离出来 。
15
第三节 酶的作用机制三,酶的活性中心
活性中心 (active center)：由特殊基团组成的,
具一定的空间结构的活性区域称活性中心 。
这些特定基团称必需基团 。
组成：结合基团,1-数个,决定专一性催化基团,2-3个氨基酸组成,
存在于活性中心以外的,对维持活性中心必需的基团 。
16
第三节 酶的作用机制四,诱导契合学说 (induced-fit model)
1,锁 -匙学说 (lock-and-key model)：大小,形状,电荷完全互补的,刚性的 。
2,诱导契合学说当酶与底物接近时,酶分子受底物的诱导,构象发生了有利于与底物结合的变化,
在此基础上互相契合进行反应 。 即通过相互诱导,达到契合互补的程度 。
17
第三节 酶的作用机制五,催化机理
邻近,定向效应
底物形变
共价催化 （ 亲核,亲电 ）
酸碱催化 。
六,酶原和酶原激活
定义：无活性酶 →有活性酶 。
本质：活性中心形成或暴露的过程。
18
第四节影响酶反应速度的因素一,底物浓度的影响
1,米氏方程的推导
用中间产物学说推导,
米氏常数,
(michaelis constant)
米氏方程 (Michaelis-Menten equation):
υ= ─────Vmax〔 S〕Km + 〔 S〕
Km= ────
k2 +k-1
k1
E+S ES →P+E
k1 k2
k-1←
←
19
第四节影响酶反应速度的因素
2,讨论
〔 S〕?Km 一级反应
〔 S〕?Km υ=Vmax 零级反应
〔 S〕 = Km υ=0.5 Vmax
υ= ─────
Vmax〔 S〕
Km + 〔 S〕
υ= ──VmaxKm〔 S〕
[ S ]
V 0
V m a x
K m
V m a x / 2
20
第四节影响酶反应速度的因素
3,方程曲线用活性中心,过渡态学说解释：
〔 S〕 小,酶活性中心没有完全形成,故
〔 S〕 ↑,〔 ES〕 ↑υ↑。
〔 S〕 较大,不能完全与酶形成 ES,故 υ
增加而非正比例 。
〔 S〕 极大,可完全形成 ES,故 〔 S〕 增加时 υ不变 。
21
第四节影响酶反应速度的因素
4,米氏常数 Km的意义
物理意义,υ=1/2V,Km=〔 S〕 。 故 Km
有浓度量纲 。 Km为特征常数 。 不同酶的值在 10-7-10-1
反映酶与底物 亲和力 (affinity)的大小：
最适底物 （ 天然底物 ）,具有最小 Km值的底物 。
5,米氏方程变形：
二、酶浓度对酶反应速度的影响
22
第四节影响酶反应速度的因素三,温度对酶促反应速度的影响一方面 T↑,↑；另一方面,T↑ E变性失活,υ ↓。 两方面作用的结果,使酶具有最适温度 。
四,pH对酶促反应速度的影响
对称钟型曲线,很窄一般在 pH6.5~8.0有最适值 。
解释,（ 1） 影响酶的解离状态
（ 2） 影响底物的解离状态
23
四,pH对酶促反应速度影响
24
第四节影响酶反应速度的因素五,抑制剂 (inhibitor)与激活剂 (activator)
1,抑制剂的影响
抑制剂的概念：凡能使酶活性降低进而降低 υ的物质
抑制剂的类型,不可逆 (irreversible)抑制作用可逆 (reversible)抑制作用
可逆抑制分类：竞争性非竞争性反竞争性
25
第四节影响酶反应速度的因素
2,激活剂 (activator)
激活剂定义：凡能使酶活性增加进而加快 υ的物质
常见激活剂为无机离子 K+,Na+,Cl-。 其作用维持并组成活性中心,或组成辅因子的成分 。
另一类为有机小分子 。 如 Cys,GSH。 使
-SH酶恢复活性； EDTA使被重金属抑制的酶恢复活性 。
26
第五节 酶的分离提纯及活力测定一,酶的分离提纯 。 略 （ 在酶学中细讲 ）
二,活力测定
1,酶活力 (enzyme activity)
又称酶活性,是催化一定化学反应的能力,用酶反应速度 （ υ） 表示 。 即 υ越大,酶活力越大 。
2,酶反应速度 （ υ）
单位时间的浓度变化 。 常用初速度表示 。
3,酶活力单位 （ U）
27
第五节 酶的分离提纯及活力测定
国际单位,指在特定条件下,1分钟内转化
1微摩尔 （ μmoL） 底物的酶量 。 酶活力单位用 U表示,但各种酶有自己的规定 。
1Kat(1moL/s)：最适条件下,每秒钟内,
能使 1mol底物转化为产物所需的酶量 。 故
1Kat = 6× 107U。
28
第五节 酶的分离提纯及活力测定
淀粉酶活力单位,每小时催化 1g可溶淀粉液化所需的酶量 （ 1U=1g淀粉 /h）,或每小时催化 1mol2%的可溶淀粉液化所需的酶量 （ 1U=1× 2%淀粉 /h） 。
酶含量,常以每克酶制剂或每毫升酶溶液含有的活力单位数表示 。 即单位 （ U）
/克 （ 毫升 ） 。
4,比活力：指每毫克酶蛋白所具有的酶活力 。 用 U/mg蛋白表示,可反映酶纯度 。
29
第六节 多酶体系与调节酶一,多酶体系及其自我调节
1,多酶体系 (multienzyme system)及类型由几个酶组成的反应链体系称多酶体系 。 前一酶反应的产物为后一酶的反应的底物 。
类型：可溶性,结构化的,定位于细胞器 。
30
第六节 多酶体系与调节酶
2,多酶体系的自我调节
限速步骤：多酶体系中最慢的一步反应,它决定反应的总速度 。
反馈抑制 （ 激活 ）,限速步骤多位于第一步或分支处,此酶为产物抑制 （ 或底物激活 ） 此过程称反馈抑制 （ 激活 ） 。
31
第六节 多酶体系与调节酶二,调节酶 调节酶可分两类
1,别构酶 (allosteric enzyme)（ 变构酶 ）
性质特点,0℃ 不 稳定,室 温下 稳 定 ；
〔 S〕 的影响不遵守米氏方程,呈 S曲线,即在很窄的范围内能极大影响 υ；不符合典型的抑制 。
结构特点：多个亚基,结构复杂；除活性中心,还有调节中心 。
32
第六节 多酶体系与调节酶
别构效应：调节物与酶分子别构中心结合,诱导出或稳定酶分子的某种构象,从而影响酶反应速度及代谢过程,此效应称别构效应 。
33
第六节 多酶体系与调节酶
2,共价调节酶通过对酶的结构进行化学修饰,而调节酶促反应速度的酶称共价调节酶 。
磷酸化酶及其他：
酶的有活性形式?酶的有无活形式
4 H
2
O
4 P i
磷 酸 化 酶 ａ 磷 酸 化 酶 ｂ
４ Ａ Ｔ Ｐ４ Ａ Ｄ Ｐ
磷 酸 酶激 酶
34
第六节 多酶体系与调节酶
谷氨酰胺合成酶及其他：
酶的高活性形式?酶的低活性形式它们受 ATP转来到腺苷酰基的共价修饰,或酶促脱酰苷酰基,而调节酶活性 。
