第六章 酶
第一节 概述
第二节 酶的命名与分类
第三节 酶分子的组成与结构
第四节 酶催化作用的机制
第五节 酶促反应动力学
第七节 酶工程简介
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第一节 概述
1.概念：酶（ Enzyme）,是生物活细
胞产生的，以蛋白质为主要成分的生
物催化剂。
2.生物催化剂
一、酶是生物催化剂
……
克隆酶、遗传修饰酶蛋
白质工程新酶
生物催化剂
（ Biocatalyst）
蛋白质类
(天然酶, 生物工程酶 )
核酸类
模拟生物催化剂
3.胞外酶与胞内酶
酶虽是由细胞产生的,但并非必须在
细胞内才能起作用,有些酶被分泌到细
胞外才发生作用。这类酶称, 胞外
酶, 。大部分酶在细胞内起催化作用
称为, 胞内酶, 。
（一）酶的定义
（二）酶的化学本质
1.酶是蛋白质
1926年 Sumner第一次从刀豆种子中提
取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性
质。 30年代,Northrop又分离出结晶
的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白
酶，证明酶的化学本质是蛋白质。
?酶具有蛋白质的特性如：两性解离、
胶体性质、加热使酶变性、颜色反应
等；
?酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；
?许多酶的氨基酸顺序已被测定；
?1969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。
2,Ribozyme的化学本质是 RNA
在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数
酶的化学本质是蛋白质。但在 1982年，
美国科学家 T.Cech发现原生动物四膜
虫的 26SrRNA前体具有自我拼接的催
化活性。 T.Cech将这种 RNA命名为
,Ribozyme”。
核酶（ Ribozyme ）,指对 RNA具有
催化活性的 RNA 。
二、酶的作用特点
（一）与无机催化剂相比，有如下共
同点,
?反应前后都不发生数量和质量变化；
?能加快反应速度,但不改变反应的平
衡点；
?从热力学上看,只能催化热力学上允
许进行的反应；
?都能降低反应所需的 活化能 。
活化能,
在一定温
度下，
1mol底物
全部进入
活化状态
所需的自
由能，单
位 J/mol。
E+S
P+ E
ES
能
量
水
平
反应过程
?G
?E1
?E2
S
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（二）酶的作用特点
??极高的催化效率
??高度的专一性
??易失活（蛋白质变性）
??活性可调控（激活、抑制）
??常需辅助因子（辅酶、辅基等）
继续
反应速度与不加催化剂相比可提
高 108～ 1020，与加普通催化剂相比可
提高 107～ 1013,
1.极高的催化效率
NH2
C＝ O＋ H2O
NH2
CO2+2NH3
脲酶
Fe粉
脲酶的催化效率比 Fe粉高 1015倍。
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2.高度的专一性
一种酶只能作用于某一类或某种特定
的物质，这种性质称为酶的专一性。
（ 1） 结构专一性
概念：酶对所催化的分子化学结构的特
殊要求和选择。
类别,绝对专一性和相对专一性
（ 2） 立体异构专一性
概念：酶除了对底物分子的化学结构有
要求外，对其立体异构也有一定的要求
类别,旋光异构专一性和几何异构专一
性
绝对专一性,有些酶只作用于一
种底物，催化一个反应,而不作用于
任何其它物质。
如：过氧化氢酶底物：过氧化氢
琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸
相对专一性,这类酶对结构相近
的一类底物都有作用。包括键专一性
和基团专一性。
基团专一性,化学键
键一端的基团
a -葡萄糖苷酶 a-糖苷键
糖苷键的一端是葡萄糖
底物：麦芽糖、蔗糖
键专一性：只要求作用于一定的化学
键，而对键两端的基团无严格的要求。
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旋光异构专一性,当底物具有旋
光异构体时一酶只能作用于其中的一
种。
如,L-AA氧化酶只能催化 L-AA氧化，
而对 D-AA无作用。
顺反异构专一性,对具有顺式和
反式异构的底物具严格的选择性。
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消化道内几
种蛋白酶的
专一性
第二节 酶的分类和命名
一、酶的分类
国际 E学委员会制定的, 国际系统
分类法, 将酶促反应分为六大类,
1.氧化还原酶, 催化氧化还原反应的酶 。
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C H 3 C H C O O H
O H
N A D
+ H +C H
3 C C O O H
O
N A D H
乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应
2.转移酶, 催化基团转移反应，
即将一个底物分子的基团或原子转移
到另一个底物的分子上。
例如,谷丙转氨酶催化的氨基转
移反应,
C H
3
C H C O O H
N H
2
H O O C C H
2
C H
2
C C O O H
O
H O O C C H
2
C H
2
C H C O O H
N H
2
C H
3
C C O O H
O
3.水解酶,催化 催化底物的加水
分解反应。
主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸
酶及脂酶等。
例如，脂肪酶催化的脂的水解反
应,
H 2 O
C O O C H 2 C H 3R R C O O H C H 3 C H 2 O H
4.裂合酶,催化从底物上移去某
些基团而形成双键的非水解性反应及
其逆反应的酶。
主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨
酶等。
例如,延胡索酸水合酶催化的
反应。
H O O C C H = C H C O O H H 2 O H O O C C H 2 C H C O O H
O H
5.异构酶,催化同分异构体的相
互转变,即底物分子内基团或原子的
重排过程 的酶。
例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化
的反应。
O
C H 2 O H
O H
O H
O H
O H O
C H 2 O H C H
2 O H
O H
O H
O H
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖
6.合成酶, 又称为连接酶，能够催
化 C-C,C-O,C-N 以及 C-S 键的形成
反应。这类反应必须与 ATP分解反应
相互偶联。
如,Gln合成酶,丙酮酸羧化酶。
A + B + ATP AB + ADP + Pi
酶的编号,
EC,类、亚类、亚亚类、顺序号
类：表示反应性质，前面所述的六大
类；
亚类：表示反应性质：如第一类中的
氧化、脱氢；
亚亚类：表示作用键的类型或受体；
顺序号：表示底物。
国际酶学委员会标志 如,1大类 1亚类中的亚亚类表示受体的类型,
1.1,1表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是 NAD+,NADP+,
1.1,2表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是细胞色素,
1.1,3表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是分子氧 。
当酶的编号仅有前三个数字时，就已
清楚地表明了这个酶的特性：反应性质、
反应物 (或底物 )性质、键的类型。
关于编号第四个则没有什么特殊规定，
只表示底物不同。例如,
EC1.1,1.27 为乳酸, NAD+氧化还原酶。
EC1.1,1.37 为苹果酸, NAD+氧化还原酶。
EC1.1,1.1 为乙醇, NAD+氧化还原酶 。
EC6.1,1.1 为 L-酪氨酸, tRNA-连接酶 (AMP)
第三个 1表示作用在 -CHOH基团上，受
体 NAD+, 第 4个数字表示底物不同。
二,酶的命名
1.习惯命名法
?底物名称 脲酶、淀粉酶、蛋白酶
?反应性质 脱氢酶、加氧酶、转氨酶
?两者结合 琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶
?酶的来源 胃蛋白酶、木瓜蛋白酶
2.国际系统命名法
底物 1：底物 2 反应类型
如：琥珀酸,FAD氧化还原酶
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第三节 酶的组成与结构
一、酶的组成
按化学成分酶分为：单纯酶和结合酶
1.单纯酶,只由蛋白质组成，如脲酶、
淀粉酶、蛋白酶。
2.结合酶,除蛋白质外，还有对热稳
定的非蛋白小分子物质，称 辅因子 。
辅因子：辅酶、辅基、金属离子
辅酶,与酶蛋白结合疏松,
用透析法可以除去
辅基,与酶蛋白结合紧密,
不能用透析法除去
小分子有机化合物
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往往是由维生素参与形成的小分子有机物。
金属离子：与酶蛋白结合，有的紧，有的松
二、酶的结构
（一）酶的结构与蛋白质的结构相同，
是具有一定空间结构的蛋白质。
（二）根据酶蛋白的结构特点，酶可
分为,
1.单体酶, 只有一条多肽链,分子量
在 13,000-35,000之间，一般是水解
酶,如蛋白酶、羧肽酶。
2.寡聚酶：由两个或两个以上的亚基
组成,亚基之间由非共价键相连，亚
基可以是相同的,也可以是不同的，
分子量在 35,000-几百万，如丙酮酸
激酶、乳酸脱氢酶。
3.多酶复合体：由几个酶有组织的聚
集在一起,功能上相互配合，第一个酶
的产物是第二个酶的底物，如丙酮酸
脱氢酶、脂肪酸合成酶。
三、酶的活性中心
（一）与催化作用相关的结构特点
酶的活性中心,指酶分子中直接和底
物结合，并和酶催化作用直接有关的
部位。
必需基团与调控部位,参与构成酶的
活性中心和维持酶的特定构象所必需
的基团，包括活性中心基团及维持活
性中心的基团。
活性中心
结合部位
催化部位
与底物结合，决
定酶的专一性
底物的敏感键在此处断裂而形成新键，
决定酶的高效性
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酶分子
必需基团
其它部分（非必需基团）
活性中心
维持活性中心的必需基团
结合部位
催化部位
调控部位
酶分子中存在着一些可以
与其他分子发生某种程度
的结合的部位，从而引起
酶分子空间构象的变化，
对酶起激活或抑制作用
（二）酶活性中心的形成
酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定
的空间结构，使相关的 AA形成微区。
Asp His
Ser
活性中心重要基团, His57,Asp102,Ser195
胰
凝
乳
蛋
白
酶
的
活
性
中
心
为 Tyr 248
为 Arg 145
为 Glu 270
为底物
羧
肽
酶
活
性
中
心
示意图
（三）酶活性中心的结构特征
1.活性中心是 酶 分子表面的一个凹穴，
一定的大小和特殊的构象，在与底物
接触时表现一定的柔性。
X-Y
2.构成活性中心的大多数 AA残基为疏
水性的，使此小区形成一个非极性的
微环境，有利于与底物作用。在活性
中心内仅有少数极性 AA残基以其功能
基团直接与底物作用。
活性中心的 AA在一级结构上相距很远，
甚至不在一条肽链上，但在三级结构
上比较靠近。
X-Y
胰凝乳蛋白酶的活性中心
3.在活性中心，底物以弱键与酶结
合（有利于产物形成）。
（四）酶原
1.酶原,某些酶在细胞内合成或初分
泌时没有催化活性，这种无活性状态
的酶前身物称为酶原。
2.酶原激活,酶原变成酶的过程（切
去几个 AA的肽段）。
实质：酶活性中心的形成或暴露过程。
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第四节 酶的作用机制
一,酶催化作用的本质,降低反应活化能 。
E+S
P+ E
ES
能
量
水
平
反应过程
?G
?E1
?E2
S
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（二）中间产物学说 —— 酶降低活化
能的原因
EPESSE kk ?? ??? ??? 21
? ??
? 1k
酶（ E） 与底物（ S） 结合生成不稳定的
中间物（ ES）,再分解成产物（ P） 并释
放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进
行，降低反应所需活化能，所以能加快反
应速度。
许多实验事实证明了 E－ S复合物的存
在。 E－ S复合物形成的速率与酶和底
物的性质有关。
二、酶专一性的作用机理（理论）
1.锁钥学说
认为底物分子或底物分子的一部分象
钥匙那样，专一地楔入到酶的活性中心部
位，也就是说底物分子进行化学反应的部
位与酶分子活性中心具有紧密互补的关系。
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酶专一性的“锁钥学说”
这种学说不能解释酶活性中心的结构
与底物和产物结构都吻合的现象，也
不能解释酶专一性中的所有现象。
2.诱导契合学说
该学说认为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。
酶专一性的“诱导契合学说”
三、与酶的高效性有关的因素
1.邻近及定向效应
在酶促反应中，底物分子结合到
酶的活性中心，一方面底物在酶活性
中心的有效浓度大大增加，有利于提
高反应速度；
另一方面，由于活性中心的立体
结构和相关基团的诱导和定向作用，
使底物分子中参与反应的基团相互接
近，分子间反应类似分子内反应，活
化能降低。
2.,张力, 和, 形变,
底物与酶结合诱导酶的分子构象
变化，变化的酶分子又使底物分子的
敏感键产生, 张力, 甚至, 形变,,
从而促使酶－底物中间产物进入过渡
态。
3.酸碱催化,
一般都是广义的酸－碱催化方式。
广义酸－碱催化是指通过质子酸提供
部分质子,或是通过质子碱接受部分质
子的作用，达到降低反应活化能的过
程。
酶活性部位上的某些基团可以作
为良好的质子供体或受体对底物进行
酸碱催化。
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组氨酸的咪唑基,
（ 1） pK值约为 6.7-7.1，在接近中性
的条件下，一半以广义酸的形式存在，
另一半以广义碱的形式存在，因而它
既能作为质子供体，又能作为质子受
体，有效地进行酸碱催化。
（ 2）咪唑基供出和接受质子的速度很
快，其半衰期短，小于 0.1毫微秒。所
以许多酶活性中心都有组氨酸残基。
酶分子中可作为酸硷催化的功能基团
4.共价催化
某些酶在催化过程中，能通过共
价键与底物结合成不稳定的酶 -底物
复合物，这个中间产物很容易变成过
渡中间物，反应的活化能大大降低。
（ 1）亲核催化
指酶分子中具有非共用电子对的
亲核基团攻击底物分子中具有部分正
电性的原子，并与之作用形成共价键
而产生不稳定的过渡态复合物，活化
能降低。
（ 2）亲电催化
亲电基团, Zn2+, Fe3+, Mg2+, NH3+等
5.酶活性中心是低介电区域（疏水的
微环境）
酶活性中心是低介电区，有利于
使底物分子的敏感键和酶的催化基团
之间形成很大的反应力。
四、酶催化机理的实例
(一 )E的特点
胰凝乳蛋白酶, (EC3.4,4.5)
1.241个 AA残基组成，分子量 25000
2.专一性
AA－ AA－ AA－ AA1 AA2－ AA－ AA－ AA
N端 芳香族 AA C端
3.活性中心
Ser195,His57,Asp102,构成一个氢键
体系,His57成为桥梁。
（二）作用机理
1.通过电荷转移，使 Ser有更强的亲核力；
2.形成酰化酶，放出产物 P1；
3.脱酰（水解），形成产物 P2；
底物
结合底物
形
成
共
价ES
复
合
物
His57
质子供体
C-N键断裂
R-NH2
氨基产
物释放
水
亲
核
攻
击
H2O
四面体中间
物的瓦解
羧基产
物释放 胰凝乳蛋白
酶催化反应
的详细机制
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以上反应的另一版本图解供大家学习时参考,
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第五节 酶促反应动力学
一、酶促反应速度（ V）,单位时间
内产物的生成量或单位时间内底物
的消耗量。
斜率 =[P]/ t = V（ 初速度 ）
[P]
t
二、酶活力的测定
（一）酶活力的概念及表示方法
1.概念,
检测酶含量及存在，很难直接用
酶的, 量, （质量、体积、浓度）来
表示，而常用酶催化某一特定反应的
能力来表示 酶量,即用酶的活力表示
。
酶催化一定化学反应的能力称 酶活
力,酶活力通常以最适条件下酶所催
化的化学反应的速度来确定。
2.酶活力的表示方法
活力单位, 规定条件 （ 最适条件 ） 下
,一定时间内催化完成一定化学反应量所
需的酶量 。
国际单位 （ U）,指在标准条件下, 1
分钟内催化 1微摩尔 (umol)底物的酶量, 或
是转化 1微摩尔 (umol)底物中的有关基团的
酶量 。
Katal,指在最适条件下, 每秒钟催化
1mol底物转化所需的酶量 。 简称 Kat。
1Kat = 6× 107 U
注意,
?以上的酶单位定义中，如果底物（ S）
有一个以上可被作用的化学键，则一
个酶单位表示 1分钟使 1μmol 有关基
团转化的酶量。如果是两个相同的分
子参加反应，则每分钟催化 2μmol 底
物转化的酶量称为一个酶单位。
?在, U”和, kat”酶活力单位的定义
和应用中，酶催化底物的分子量必须
是已知的，否则将无法计算。
习惯单位,
在实际使用中，结果测定和应用都比
较方便、直观，规定的酶活力单位，不
同酶有各自的规定，如,
① α -淀粉酶活力单位,每小时分解 1g可溶性淀粉的酶
量为一个酶单位。（ QB546-80）,也有规定每小时
分解 1mL2%可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一
个酶单位。显然后者比前一个单位小。
② 糖化酶活力单位,在规定条件下，每小时转化可溶性
淀粉产生 1mg还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一
③ 蛋白酶,规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生
1μg 酪氨酸所需的酶量。
④ DNA限制性内切酶,推荐反应条件下，一小时内可
完全消化 1μg 纯化的 DNA所需的酶量。
3.酶的比活力
酶的比活力：是指每 mg蛋白所含的酶
活力单位或每 kg蛋白中所含的 Kat数 。
比活力是表示酶制剂纯度的一个指标。
比活力 = 总活力单位 总蛋白 mg数 = U(或 IU) mg蛋白
实际应用中也用每单位制剂中含有的酶
活力数表示（如：酶单位 /mL（ 液体制
剂），酶单位 /g（ 固体制剂）），对同一
种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度
越高（含杂质越少）。
在评价纯化酶的纯化操作中，还有一个
概念就是回收率。
回收率 =某纯化操作后的总活力 /某
纯化操作前的总活力
［总活力 =比活力×总体积（总重量）］
（二）酶活力的测定
终点法, 酶反应进行到一定时间后
终止其反应，再用化学或物理方法测
定产物或反应物量的变化。
动力学法,连续测定反应过程中产
物 \底物或辅酶的变化量，直接测定出
酶反应的初速度。 ?测定初速度
?最适条件
?[S], [E]
要求
三、底物浓度对酶反应速度的影响
（一）底物浓度对酶反应速度的影响
pH,T,[E]固定时,V对 [S]作下图,
1.基础
中间产物学说
2.前提
（ 1） S与 E形成中间产物，且整个反应速
度取决于 ES P + E
（ 2）产物浓度为 0（初速度）
（ 3） [S], [E]
（ 4） 反应达到平衡
（二）米氏方程 （ Michaelis-Menten equation）
EPESSE kk ?? ??? ??? 31
? ??
2k
EPESSE kk ?? ??? ??? 21
? ??
? 1k[S] [Et]- [ES] [ES]
[ES]生成速度,? ? ? ? ? ?SESEkv
t )(11 ??
[ES]分解速度,
? ? ? ?ESkESkv 322 ??
当酶反应体系处于恒态时,
21 vv ?
即,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?
1
32
321 )( k
kk
ES
SESSE
ESkESkSESEk tt
?
?
?
????
令,
mKk
kk
?
?
1
32
则,? ? ? ?? ? ? ?? ?SESESESK tm ??
经整理得,? ? ? ?? ?
? ?SK
SE
ES
m
t
?
?
（ 1）
米
氏
方
程
推
导
由于酶促反应速度由 [ES]决定，即,
? ?ESkv 2?
所以
? ?
2k
v
ES ?
（ 2） 将（ 2）代入（ 1）得,
? ?? ?
? ?
? ?? ?
? ?SK
SEk
v
SK
SE
k
v
m
t
m
t
?
??
?
? 2
2
（ 3）
当 [Et] ＝ [ES]时,
mVv ?
所以 ? ?
tm EkV 2?
（ 4）
将（ 4 ）代入（ 3），则,
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
? m a x
米氏方程
本本本 课课课 件件件 由由由 西西西 华华华 大大大 学学学 生生生 物物物 工工工 程程程 学学学 院院院 车车车 振振振 明明明 制制制 作作作
由米氏方程可以看出,
（ 1） [S]很小时,[S],Km,则 V=Vmax/Km,一
级反应；
（ 2） [S]很大时,[S], Km,则 V=Vmax,零级
反应；
（ 3） [S]处于 Km附近时，混和级反应。
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
?
m a x
（三）米氏常数 Km
1.意义,
（ 1） Km,当酶反应速度达到最大反应速
度的一半时的底物浓度，单位 mol/L。 即,
? ?SKVv m ??,
2
m a x
（ 2） Km是酶的特征常数之一 。只与酶的
性质有关,而与酶浓度无关。
（ 3）如果一种酶有几种底物,就有几
种 Km值,Km值最小的底物称该酶的最
适底物。 Km值还受 pH及温度影响。因
此 Km值作为常数是在一定条件下而言
的。
（ 4）当 K2>K3时,1/Km可以近似地表
示酶对底物亲和力的大小,1/Km愈大，
Km愈小，达到最大反应速度一半时所
需浓度就愈小，亲和力就越大。
2.Km值的求法 —— 双倒数作图法
测定一个酶促反应的 Km的方法
很多,一般最常用双倒数作图法,
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
?
m a x
改写成直线方程,
? ? m a xm a x
111
VSV
K
v
m ???
斜率 =Km/Vmax
1/Vmax -1/Km
注意,
米氏方程只是反映了底物单分子时
酶反应速度与底物浓度之间的定量关
系，但这个方程不适应包括一种以上
的底物和其他物质的影响的酶反应。
但可以根据这个方程推出各种复杂酶
促反应的动力学方程。
Km值与米氏方程的实际用途,
a 由所要求的反应速度（应达
到 Vmax的百分数），求出应当加入
底物的合理浓度。
b 由已知的底物浓度，求出该
条件下的反应速度。
eg1.若要求反应速度到达 Vmax的 99%，其
底物浓度应为,
99%=100%[S]/（ Km+[S]）
∴[S]=99Km
eg2.若要求反应速度达到 Vmax的 90%，
其底物浓度应为,
90%=100%[S]/（ Km+[S]）
∴[S]=90Km
练习题：已知某酶的 Km值为 0.05mol.L-1，
要使此酶所催化的反应速度达到最大反
应速度的 80％时底物的浓度应为多少？
四、酶浓度对酶反应速度的影响
? ? ? ?ES ??
〔 E〕
v
五,pH对酶促反应的影响
pH
最适 pH
v 最适 pH一般 4～ 8
?动物酶 5.5～ 6.5；
?植物酶 6.5～ 8.0；
酶的最适 pH受酶纯
度、底物的种类、
缓冲液等影响 。
酶有最适 pH的原因,
酶分子的解离状态；底物的解离状态；
? SE? 的形成。
六、温度对酶促反应的影响
v
温度 最适温度
（ 1）在达到最适温度
之前，温度升高，活化
分子数增加，反应速度
加快。
温度系数（ Q10）,温度
每提高 10℃ 其反应速度
与原来的反应速度之比。
对于许多酶来说,Q10多
为 1-2之间。
(2) 超过最适温度时,
温度升高，酶逐步变性，
V降低。
酶的最适温度不是一
个固定不变的常数。
七、激活剂对酶反应速度的影响
凡能提高酶活性的物质,都称为激活剂,
其中大部分是离子或简单有机化合物。
按其分子大小可分为,
1、无机离子
（ 1） 金属离子,K+, Na+, Mg2+,Zn2+、
Fe3+,Cu2+ 等；
（ 2）阳离子,α -淀粉酶受 Cl-激活；
（ 3） H+,胃蛋白酶受 H+激活；
2.有机分子
（ 1）某些还原剂 GSH,半胱氨酸等；
（ 2） EDTA,金属螯合剂，能除去酶中的
重金属杂质，解除抑制。
3.具有蛋白质性质的大分子物质
酶原 酶
蛋白酶
八、抑制剂对酶促反应的影响
有些物质能与酶分子上某些必须基团
结合（作用 ),使酶的活性中心的化学性质
发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种
现象称为酶的 抑制作用 。
能够引起酶的抑制作用的化合物则称
为 抑制剂 （ inhibitor)
酶的抑制剂一般具备两个方面的特点,
a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底
物的过渡状态相似。
b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的
方式形成比较稳定的复合体或结合物 。
抑制作用的类型：根据抑制剂与
酶的作用方式及抑制作用是否可逆，
分为两大类,
?可逆性抑制作用
?不可逆性抑制作用
（一）可逆性抑制作用
可逆性抑制作用,抑制剂与酶 Pr
以非共价键可逆结合，可用透析的方
法除去。可逆性抑制作用可以分为三
种类型,
?竞争性抑制作用
?非竞争性抑制作用
?反竞争性抑制作用
1.竞争性抑制作用
（ 1）抑制剂的化学结构与底物相似，
与底物竞争酶活性中心，形成 EI,减少
了酶与底物的结合，降低酶反应速度。
（ 2）抑制作用的强弱取决于 [I] / [S]。
（ 3） 可采用提高 [S]来消除这种抑制作
用。 E＋ S ES
＋
I EI
P＋ E
P＋ E
EI
K
I
EPESSE
i
KK
1
31
?
?
?? ??? ???
? ??
2K
?2iK
竞争性抑制作用的米氏方程,
? ?? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
)1('
)1(
m a x
1
2
i
mm
i
m
i
i
i
K
I
KK
S
K
I
K
SV
v
EI
IE
K
K
K
??
??
?
??
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2.非竞争性抑制作用
（ 1）非竞争性抑制剂与酶活性中心
以外的部位结合，引起酶分子构象变
化，使酶活性中心催化作用降低。
（ 2）抑制作用的强弱取决于抑制剂
的绝对浓度。
（ 3）不能用增大 [S]的方法来消除抑
制作用。
非竞争性抑制作用的米氏方程,
E S ISEI
I
EPESSE
??
?
????
?
I
＋
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
i
i
m
t
K
I
V
V
K
I
SK
SV
v
E S IEIESEE
?
?
??
?
????
1
'
1)((
m a x
m a x
m a x
竞争性抑制与非竞争性抑制作用的区别
底物与酶专一性结合
竞争性抑制作用
非竞争性抑制作用
3.反竞争性抑制作用
抑制剂不能与游离酶结合，只
与 ES复合物结合形成 ESI,形成的
ESI不能转变为产物 。
返 回
（二）不可逆性抑制作用
抑制剂以比较牢固的共价键和酶结合，不
能用透析的方法除去。按照不可逆抑作用的选
择性不同,又可分为专一性的不可逆抑制和非
专一性不可抑制两类。
非专一性不可抑制作用,抑制剂可作用于
酶分子上的不同基团或作用于几类不同的酶。
抑制剂有：碘乙酸,DNFB等烷化剂；磺酰氯、
酸酐等酰化剂。如,
专一性不可逆抑制作用,抑制剂只作用
于酶蛋白的一种 AA侧链基团或仅作用于一类
酶。 返 回
第七节 酶工程简介
一、酶工程的定义及分类
酶工程指酶制剂在工业上的大
规模生产及应用。
化学酶工程
生物酶工程
酶工程
二、化学酶工程
亦称初级酶工程,主要由酶学与
化学工程技术相互结合而形成 。
化学修饰
固定化处理
化学合成法
改善酶的性质以
提高催化效率及
降低成本。
研究和应用自然酶、化学修饰
酶、固定化酶、化学人工酶
自然酶
在食品工业、制药工业、污水处理
等领域广泛使用。 化学修饰酶 在医学治疗及研究上对纯酶进行化
学修饰以改善性能。
人工酶
模拟酶的生物催化功能，用化学半
合成法或化学全合成法合成的酶称
人工酶。
固定化酶
指被结合到特定的支持物上并能
发挥作用的一类酶。是化学酶工程中
具有强大生命力的主干 。
四种方法：吸附、交联、共价结合、包埋。
固定化酶的优点,
（ 1）可以用离心法或过滤法很容易地将
酶与反应液分离开来。在生产中十分方便
有利。
（ 2）可以反复使用。达上千次。节约成
本。
（ 3）稳定性能好 。
三、生物酶工程
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。亦称
高级酶工程。
三个方面,
（ 1）用 DNA重组技术大量地生产酶（克隆酶）。
（ 2）对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶（突
变酶）。
（ 3）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。
生物酶工程示意图
酶的蛋白质结构功能 新酶分子蓝图 选择性修饰方案
突变酶
新酶
克隆酶
产品
效用
发
展 酶基因
遗传设计
遗传修饰
DNA重组技
术
DNA重组技
术
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天
天
都
有
好
心
情
！
第一节 概述
第二节 酶的命名与分类
第三节 酶分子的组成与结构
第四节 酶催化作用的机制
第五节 酶促反应动力学
第七节 酶工程简介
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第一节 概述
1.概念：酶（ Enzyme）,是生物活细
胞产生的，以蛋白质为主要成分的生
物催化剂。
2.生物催化剂
一、酶是生物催化剂
……
克隆酶、遗传修饰酶蛋
白质工程新酶
生物催化剂
（ Biocatalyst）
蛋白质类
(天然酶, 生物工程酶 )
核酸类
模拟生物催化剂
3.胞外酶与胞内酶
酶虽是由细胞产生的,但并非必须在
细胞内才能起作用,有些酶被分泌到细
胞外才发生作用。这类酶称, 胞外
酶, 。大部分酶在细胞内起催化作用
称为, 胞内酶, 。
（一）酶的定义
（二）酶的化学本质
1.酶是蛋白质
1926年 Sumner第一次从刀豆种子中提
取了脲酶结晶，证明其具有蛋白质性
质。 30年代,Northrop又分离出结晶
的胃蛋白酶、胰蛋白酶及胰凝乳蛋白
酶，证明酶的化学本质是蛋白质。
?酶具有蛋白质的特性如：两性解离、
胶体性质、加热使酶变性、颜色反应
等；
?酶可以被蛋白酶水解而丧失活性；
?许多酶的氨基酸顺序已被测定；
?1969年人工合成了牛胰核糖核酸酶。
2,Ribozyme的化学本质是 RNA
在已鉴定过的数千种酶中，绝大多数
酶的化学本质是蛋白质。但在 1982年，
美国科学家 T.Cech发现原生动物四膜
虫的 26SrRNA前体具有自我拼接的催
化活性。 T.Cech将这种 RNA命名为
,Ribozyme”。
核酶（ Ribozyme ）,指对 RNA具有
催化活性的 RNA 。
二、酶的作用特点
（一）与无机催化剂相比，有如下共
同点,
?反应前后都不发生数量和质量变化；
?能加快反应速度,但不改变反应的平
衡点；
?从热力学上看,只能催化热力学上允
许进行的反应；
?都能降低反应所需的 活化能 。
活化能,
在一定温
度下，
1mol底物
全部进入
活化状态
所需的自
由能，单
位 J/mol。
E+S
P+ E
ES
能
量
水
平
反应过程
?G
?E1
?E2
S
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（二）酶的作用特点
??极高的催化效率
??高度的专一性
??易失活（蛋白质变性）
??活性可调控（激活、抑制）
??常需辅助因子（辅酶、辅基等）
继续
反应速度与不加催化剂相比可提
高 108～ 1020，与加普通催化剂相比可
提高 107～ 1013,
1.极高的催化效率
NH2
C＝ O＋ H2O
NH2
CO2+2NH3
脲酶
Fe粉
脲酶的催化效率比 Fe粉高 1015倍。
返 回
2.高度的专一性
一种酶只能作用于某一类或某种特定
的物质，这种性质称为酶的专一性。
（ 1） 结构专一性
概念：酶对所催化的分子化学结构的特
殊要求和选择。
类别,绝对专一性和相对专一性
（ 2） 立体异构专一性
概念：酶除了对底物分子的化学结构有
要求外，对其立体异构也有一定的要求
类别,旋光异构专一性和几何异构专一
性
绝对专一性,有些酶只作用于一
种底物，催化一个反应,而不作用于
任何其它物质。
如：过氧化氢酶底物：过氧化氢
琥珀酸脱氢酶底物：琥珀酸
相对专一性,这类酶对结构相近
的一类底物都有作用。包括键专一性
和基团专一性。
基团专一性,化学键
键一端的基团
a -葡萄糖苷酶 a-糖苷键
糖苷键的一端是葡萄糖
底物：麦芽糖、蔗糖
键专一性：只要求作用于一定的化学
键，而对键两端的基团无严格的要求。
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旋光异构专一性,当底物具有旋
光异构体时一酶只能作用于其中的一
种。
如,L-AA氧化酶只能催化 L-AA氧化，
而对 D-AA无作用。
顺反异构专一性,对具有顺式和
反式异构的底物具严格的选择性。
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消化道内几
种蛋白酶的
专一性
第二节 酶的分类和命名
一、酶的分类
国际 E学委员会制定的, 国际系统
分类法, 将酶促反应分为六大类,
1.氧化还原酶, 催化氧化还原反应的酶 。
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C H 3 C H C O O H
O H
N A D
+ H +C H
3 C C O O H
O
N A D H
乳酸脱氢酶催化乳酸的脱氢反应
2.转移酶, 催化基团转移反应，
即将一个底物分子的基团或原子转移
到另一个底物的分子上。
例如,谷丙转氨酶催化的氨基转
移反应,
C H
3
C H C O O H
N H
2
H O O C C H
2
C H
2
C C O O H
O
H O O C C H
2
C H
2
C H C O O H
N H
2
C H
3
C C O O H
O
3.水解酶,催化 催化底物的加水
分解反应。
主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸
酶及脂酶等。
例如，脂肪酶催化的脂的水解反
应,
H 2 O
C O O C H 2 C H 3R R C O O H C H 3 C H 2 O H
4.裂合酶,催化从底物上移去某
些基团而形成双键的非水解性反应及
其逆反应的酶。
主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨
酶等。
例如,延胡索酸水合酶催化的
反应。
H O O C C H = C H C O O H H 2 O H O O C C H 2 C H C O O H
O H
5.异构酶,催化同分异构体的相
互转变,即底物分子内基团或原子的
重排过程 的酶。
例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化
的反应。
O
C H 2 O H
O H
O H
O H
O H O
C H 2 O H C H
2 O H
O H
O H
O H
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖
6.合成酶, 又称为连接酶，能够催
化 C-C,C-O,C-N 以及 C-S 键的形成
反应。这类反应必须与 ATP分解反应
相互偶联。
如,Gln合成酶,丙酮酸羧化酶。
A + B + ATP AB + ADP + Pi
酶的编号,
EC,类、亚类、亚亚类、顺序号
类：表示反应性质，前面所述的六大
类；
亚类：表示反应性质：如第一类中的
氧化、脱氢；
亚亚类：表示作用键的类型或受体；
顺序号：表示底物。
国际酶学委员会标志 如,1大类 1亚类中的亚亚类表示受体的类型,
1.1,1表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是 NAD+,NADP+,
1.1,2表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是细胞色素,
1.1,3表示氧化还原酶，作用于 =CHOH基
团，受体是分子氧 。
当酶的编号仅有前三个数字时，就已
清楚地表明了这个酶的特性：反应性质、
反应物 (或底物 )性质、键的类型。
关于编号第四个则没有什么特殊规定，
只表示底物不同。例如,
EC1.1,1.27 为乳酸, NAD+氧化还原酶。
EC1.1,1.37 为苹果酸, NAD+氧化还原酶。
EC1.1,1.1 为乙醇, NAD+氧化还原酶 。
EC6.1,1.1 为 L-酪氨酸, tRNA-连接酶 (AMP)
第三个 1表示作用在 -CHOH基团上，受
体 NAD+, 第 4个数字表示底物不同。
二,酶的命名
1.习惯命名法
?底物名称 脲酶、淀粉酶、蛋白酶
?反应性质 脱氢酶、加氧酶、转氨酶
?两者结合 琥珀酸脱氢酶、谷丙转氨酶
?酶的来源 胃蛋白酶、木瓜蛋白酶
2.国际系统命名法
底物 1：底物 2 反应类型
如：琥珀酸,FAD氧化还原酶
返 回
第三节 酶的组成与结构
一、酶的组成
按化学成分酶分为：单纯酶和结合酶
1.单纯酶,只由蛋白质组成，如脲酶、
淀粉酶、蛋白酶。
2.结合酶,除蛋白质外，还有对热稳
定的非蛋白小分子物质，称 辅因子 。
辅因子：辅酶、辅基、金属离子
辅酶,与酶蛋白结合疏松,
用透析法可以除去
辅基,与酶蛋白结合紧密,
不能用透析法除去
小分子有机化合物
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往往是由维生素参与形成的小分子有机物。
金属离子：与酶蛋白结合，有的紧，有的松
二、酶的结构
（一）酶的结构与蛋白质的结构相同，
是具有一定空间结构的蛋白质。
（二）根据酶蛋白的结构特点，酶可
分为,
1.单体酶, 只有一条多肽链,分子量
在 13,000-35,000之间，一般是水解
酶,如蛋白酶、羧肽酶。
2.寡聚酶：由两个或两个以上的亚基
组成,亚基之间由非共价键相连，亚
基可以是相同的,也可以是不同的，
分子量在 35,000-几百万，如丙酮酸
激酶、乳酸脱氢酶。
3.多酶复合体：由几个酶有组织的聚
集在一起,功能上相互配合，第一个酶
的产物是第二个酶的底物，如丙酮酸
脱氢酶、脂肪酸合成酶。
三、酶的活性中心
（一）与催化作用相关的结构特点
酶的活性中心,指酶分子中直接和底
物结合，并和酶催化作用直接有关的
部位。
必需基团与调控部位,参与构成酶的
活性中心和维持酶的特定构象所必需
的基团，包括活性中心基团及维持活
性中心的基团。
活性中心
结合部位
催化部位
与底物结合，决
定酶的专一性
底物的敏感键在此处断裂而形成新键，
决定酶的高效性
返 回
酶分子
必需基团
其它部分（非必需基团）
活性中心
维持活性中心的必需基团
结合部位
催化部位
调控部位
酶分子中存在着一些可以
与其他分子发生某种程度
的结合的部位，从而引起
酶分子空间构象的变化，
对酶起激活或抑制作用
（二）酶活性中心的形成
酶蛋白多肽链经过盘绕折叠形成特定
的空间结构，使相关的 AA形成微区。
Asp His
Ser
活性中心重要基团, His57,Asp102,Ser195
胰
凝
乳
蛋
白
酶
的
活
性
中
心
为 Tyr 248
为 Arg 145
为 Glu 270
为底物
羧
肽
酶
活
性
中
心
示意图
（三）酶活性中心的结构特征
1.活性中心是 酶 分子表面的一个凹穴，
一定的大小和特殊的构象，在与底物
接触时表现一定的柔性。
X-Y
2.构成活性中心的大多数 AA残基为疏
水性的，使此小区形成一个非极性的
微环境，有利于与底物作用。在活性
中心内仅有少数极性 AA残基以其功能
基团直接与底物作用。
活性中心的 AA在一级结构上相距很远，
甚至不在一条肽链上，但在三级结构
上比较靠近。
X-Y
胰凝乳蛋白酶的活性中心
3.在活性中心，底物以弱键与酶结
合（有利于产物形成）。
（四）酶原
1.酶原,某些酶在细胞内合成或初分
泌时没有催化活性，这种无活性状态
的酶前身物称为酶原。
2.酶原激活,酶原变成酶的过程（切
去几个 AA的肽段）。
实质：酶活性中心的形成或暴露过程。
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第四节 酶的作用机制
一,酶催化作用的本质,降低反应活化能 。
E+S
P+ E
ES
能
量
水
平
反应过程
?G
?E1
?E2
S
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（二）中间产物学说 —— 酶降低活化
能的原因
EPESSE kk ?? ??? ??? 21
? ??
? 1k
酶（ E） 与底物（ S） 结合生成不稳定的
中间物（ ES）,再分解成产物（ P） 并释
放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进
行，降低反应所需活化能，所以能加快反
应速度。
许多实验事实证明了 E－ S复合物的存
在。 E－ S复合物形成的速率与酶和底
物的性质有关。
二、酶专一性的作用机理（理论）
1.锁钥学说
认为底物分子或底物分子的一部分象
钥匙那样，专一地楔入到酶的活性中心部
位，也就是说底物分子进行化学反应的部
位与酶分子活性中心具有紧密互补的关系。
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酶专一性的“锁钥学说”
这种学说不能解释酶活性中心的结构
与底物和产物结构都吻合的现象，也
不能解释酶专一性中的所有现象。
2.诱导契合学说
该学说认为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。
酶专一性的“诱导契合学说”
三、与酶的高效性有关的因素
1.邻近及定向效应
在酶促反应中，底物分子结合到
酶的活性中心，一方面底物在酶活性
中心的有效浓度大大增加，有利于提
高反应速度；
另一方面，由于活性中心的立体
结构和相关基团的诱导和定向作用，
使底物分子中参与反应的基团相互接
近，分子间反应类似分子内反应，活
化能降低。
2.,张力, 和, 形变,
底物与酶结合诱导酶的分子构象
变化，变化的酶分子又使底物分子的
敏感键产生, 张力, 甚至, 形变,,
从而促使酶－底物中间产物进入过渡
态。
3.酸碱催化,
一般都是广义的酸－碱催化方式。
广义酸－碱催化是指通过质子酸提供
部分质子,或是通过质子碱接受部分质
子的作用，达到降低反应活化能的过
程。
酶活性部位上的某些基团可以作
为良好的质子供体或受体对底物进行
酸碱催化。
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组氨酸的咪唑基,
（ 1） pK值约为 6.7-7.1，在接近中性
的条件下，一半以广义酸的形式存在，
另一半以广义碱的形式存在，因而它
既能作为质子供体，又能作为质子受
体，有效地进行酸碱催化。
（ 2）咪唑基供出和接受质子的速度很
快，其半衰期短，小于 0.1毫微秒。所
以许多酶活性中心都有组氨酸残基。
酶分子中可作为酸硷催化的功能基团
4.共价催化
某些酶在催化过程中，能通过共
价键与底物结合成不稳定的酶 -底物
复合物，这个中间产物很容易变成过
渡中间物，反应的活化能大大降低。
（ 1）亲核催化
指酶分子中具有非共用电子对的
亲核基团攻击底物分子中具有部分正
电性的原子，并与之作用形成共价键
而产生不稳定的过渡态复合物，活化
能降低。
（ 2）亲电催化
亲电基团, Zn2+, Fe3+, Mg2+, NH3+等
5.酶活性中心是低介电区域（疏水的
微环境）
酶活性中心是低介电区，有利于
使底物分子的敏感键和酶的催化基团
之间形成很大的反应力。
四、酶催化机理的实例
(一 )E的特点
胰凝乳蛋白酶, (EC3.4,4.5)
1.241个 AA残基组成，分子量 25000
2.专一性
AA－ AA－ AA－ AA1 AA2－ AA－ AA－ AA
N端 芳香族 AA C端
3.活性中心
Ser195,His57,Asp102,构成一个氢键
体系,His57成为桥梁。
（二）作用机理
1.通过电荷转移，使 Ser有更强的亲核力；
2.形成酰化酶，放出产物 P1；
3.脱酰（水解），形成产物 P2；
底物
结合底物
形
成
共
价ES
复
合
物
His57
质子供体
C-N键断裂
R-NH2
氨基产
物释放
水
亲
核
攻
击
H2O
四面体中间
物的瓦解
羧基产
物释放 胰凝乳蛋白
酶催化反应
的详细机制
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以上反应的另一版本图解供大家学习时参考,
返 回
第五节 酶促反应动力学
一、酶促反应速度（ V）,单位时间
内产物的生成量或单位时间内底物
的消耗量。
斜率 =[P]/ t = V（ 初速度 ）
[P]
t
二、酶活力的测定
（一）酶活力的概念及表示方法
1.概念,
检测酶含量及存在，很难直接用
酶的, 量, （质量、体积、浓度）来
表示，而常用酶催化某一特定反应的
能力来表示 酶量,即用酶的活力表示
。
酶催化一定化学反应的能力称 酶活
力,酶活力通常以最适条件下酶所催
化的化学反应的速度来确定。
2.酶活力的表示方法
活力单位, 规定条件 （ 最适条件 ） 下
,一定时间内催化完成一定化学反应量所
需的酶量 。
国际单位 （ U）,指在标准条件下, 1
分钟内催化 1微摩尔 (umol)底物的酶量, 或
是转化 1微摩尔 (umol)底物中的有关基团的
酶量 。
Katal,指在最适条件下, 每秒钟催化
1mol底物转化所需的酶量 。 简称 Kat。
1Kat = 6× 107 U
注意,
?以上的酶单位定义中，如果底物（ S）
有一个以上可被作用的化学键，则一
个酶单位表示 1分钟使 1μmol 有关基
团转化的酶量。如果是两个相同的分
子参加反应，则每分钟催化 2μmol 底
物转化的酶量称为一个酶单位。
?在, U”和, kat”酶活力单位的定义
和应用中，酶催化底物的分子量必须
是已知的，否则将无法计算。
习惯单位,
在实际使用中，结果测定和应用都比
较方便、直观，规定的酶活力单位，不
同酶有各自的规定，如,
① α -淀粉酶活力单位,每小时分解 1g可溶性淀粉的酶
量为一个酶单位。（ QB546-80）,也有规定每小时
分解 1mL2%可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一
个酶单位。显然后者比前一个单位小。
② 糖化酶活力单位,在规定条件下，每小时转化可溶性
淀粉产生 1mg还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一
③ 蛋白酶,规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生
1μg 酪氨酸所需的酶量。
④ DNA限制性内切酶,推荐反应条件下，一小时内可
完全消化 1μg 纯化的 DNA所需的酶量。
3.酶的比活力
酶的比活力：是指每 mg蛋白所含的酶
活力单位或每 kg蛋白中所含的 Kat数 。
比活力是表示酶制剂纯度的一个指标。
比活力 = 总活力单位 总蛋白 mg数 = U(或 IU) mg蛋白
实际应用中也用每单位制剂中含有的酶
活力数表示（如：酶单位 /mL（ 液体制
剂），酶单位 /g（ 固体制剂）），对同一
种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度
越高（含杂质越少）。
在评价纯化酶的纯化操作中，还有一个
概念就是回收率。
回收率 =某纯化操作后的总活力 /某
纯化操作前的总活力
［总活力 =比活力×总体积（总重量）］
（二）酶活力的测定
终点法, 酶反应进行到一定时间后
终止其反应，再用化学或物理方法测
定产物或反应物量的变化。
动力学法,连续测定反应过程中产
物 \底物或辅酶的变化量，直接测定出
酶反应的初速度。 ?测定初速度
?最适条件
?[S], [E]
要求
三、底物浓度对酶反应速度的影响
（一）底物浓度对酶反应速度的影响
pH,T,[E]固定时,V对 [S]作下图,
1.基础
中间产物学说
2.前提
（ 1） S与 E形成中间产物，且整个反应速
度取决于 ES P + E
（ 2）产物浓度为 0（初速度）
（ 3） [S], [E]
（ 4） 反应达到平衡
（二）米氏方程 （ Michaelis-Menten equation）
EPESSE kk ?? ??? ??? 31
? ??
2k
EPESSE kk ?? ??? ??? 21
? ??
? 1k[S] [Et]- [ES] [ES]
[ES]生成速度,? ? ? ? ? ?SESEkv
t )(11 ??
[ES]分解速度,
? ? ? ?ESkESkv 322 ??
当酶反应体系处于恒态时,
21 vv ?
即,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?
1
32
321 )( k
kk
ES
SESSE
ESkESkSESEk tt
?
?
?
????
令,
mKk
kk
?
?
1
32
则,? ? ? ?? ? ? ?? ?SESESESK tm ??
经整理得,? ? ? ?? ?
? ?SK
SE
ES
m
t
?
?
（ 1）
米
氏
方
程
推
导
由于酶促反应速度由 [ES]决定，即,
? ?ESkv 2?
所以
? ?
2k
v
ES ?
（ 2） 将（ 2）代入（ 1）得,
? ?? ?
? ?
? ?? ?
? ?SK
SEk
v
SK
SE
k
v
m
t
m
t
?
??
?
? 2
2
（ 3）
当 [Et] ＝ [ES]时,
mVv ?
所以 ? ?
tm EkV 2?
（ 4）
将（ 4 ）代入（ 3），则,
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
? m a x
米氏方程
本本本 课课课 件件件 由由由 西西西 华华华 大大大 学学学 生生生 物物物 工工工 程程程 学学学 院院院 车车车 振振振 明明明 制制制 作作作
由米氏方程可以看出,
（ 1） [S]很小时,[S],Km,则 V=Vmax/Km,一
级反应；
（ 2） [S]很大时,[S], Km,则 V=Vmax,零级
反应；
（ 3） [S]处于 Km附近时，混和级反应。
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
?
m a x
（三）米氏常数 Km
1.意义,
（ 1） Km,当酶反应速度达到最大反应速
度的一半时的底物浓度，单位 mol/L。 即,
? ?SKVv m ??,
2
m a x
（ 2） Km是酶的特征常数之一 。只与酶的
性质有关,而与酶浓度无关。
（ 3）如果一种酶有几种底物,就有几
种 Km值,Km值最小的底物称该酶的最
适底物。 Km值还受 pH及温度影响。因
此 Km值作为常数是在一定条件下而言
的。
（ 4）当 K2>K3时,1/Km可以近似地表
示酶对底物亲和力的大小,1/Km愈大，
Km愈小，达到最大反应速度一半时所
需浓度就愈小，亲和力就越大。
2.Km值的求法 —— 双倒数作图法
测定一个酶促反应的 Km的方法
很多,一般最常用双倒数作图法,
? ?
? ?SK
SV
v
m ?
?
m a x
改写成直线方程,
? ? m a xm a x
111
VSV
K
v
m ???
斜率 =Km/Vmax
1/Vmax -1/Km
注意,
米氏方程只是反映了底物单分子时
酶反应速度与底物浓度之间的定量关
系，但这个方程不适应包括一种以上
的底物和其他物质的影响的酶反应。
但可以根据这个方程推出各种复杂酶
促反应的动力学方程。
Km值与米氏方程的实际用途,
a 由所要求的反应速度（应达
到 Vmax的百分数），求出应当加入
底物的合理浓度。
b 由已知的底物浓度，求出该
条件下的反应速度。
eg1.若要求反应速度到达 Vmax的 99%，其
底物浓度应为,
99%=100%[S]/（ Km+[S]）
∴[S]=99Km
eg2.若要求反应速度达到 Vmax的 90%，
其底物浓度应为,
90%=100%[S]/（ Km+[S]）
∴[S]=90Km
练习题：已知某酶的 Km值为 0.05mol.L-1，
要使此酶所催化的反应速度达到最大反
应速度的 80％时底物的浓度应为多少？
四、酶浓度对酶反应速度的影响
? ? ? ?ES ??
〔 E〕
v
五,pH对酶促反应的影响
pH
最适 pH
v 最适 pH一般 4～ 8
?动物酶 5.5～ 6.5；
?植物酶 6.5～ 8.0；
酶的最适 pH受酶纯
度、底物的种类、
缓冲液等影响 。
酶有最适 pH的原因,
酶分子的解离状态；底物的解离状态；
? SE? 的形成。
六、温度对酶促反应的影响
v
温度 最适温度
（ 1）在达到最适温度
之前，温度升高，活化
分子数增加，反应速度
加快。
温度系数（ Q10）,温度
每提高 10℃ 其反应速度
与原来的反应速度之比。
对于许多酶来说,Q10多
为 1-2之间。
(2) 超过最适温度时,
温度升高，酶逐步变性，
V降低。
酶的最适温度不是一
个固定不变的常数。
七、激活剂对酶反应速度的影响
凡能提高酶活性的物质,都称为激活剂,
其中大部分是离子或简单有机化合物。
按其分子大小可分为,
1、无机离子
（ 1） 金属离子,K+, Na+, Mg2+,Zn2+、
Fe3+,Cu2+ 等；
（ 2）阳离子,α -淀粉酶受 Cl-激活；
（ 3） H+,胃蛋白酶受 H+激活；
2.有机分子
（ 1）某些还原剂 GSH,半胱氨酸等；
（ 2） EDTA,金属螯合剂，能除去酶中的
重金属杂质，解除抑制。
3.具有蛋白质性质的大分子物质
酶原 酶
蛋白酶
八、抑制剂对酶促反应的影响
有些物质能与酶分子上某些必须基团
结合（作用 ),使酶的活性中心的化学性质
发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种
现象称为酶的 抑制作用 。
能够引起酶的抑制作用的化合物则称
为 抑制剂 （ inhibitor)
酶的抑制剂一般具备两个方面的特点,
a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底
物的过渡状态相似。
b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的
方式形成比较稳定的复合体或结合物 。
抑制作用的类型：根据抑制剂与
酶的作用方式及抑制作用是否可逆，
分为两大类,
?可逆性抑制作用
?不可逆性抑制作用
（一）可逆性抑制作用
可逆性抑制作用,抑制剂与酶 Pr
以非共价键可逆结合，可用透析的方
法除去。可逆性抑制作用可以分为三
种类型,
?竞争性抑制作用
?非竞争性抑制作用
?反竞争性抑制作用
1.竞争性抑制作用
（ 1）抑制剂的化学结构与底物相似，
与底物竞争酶活性中心，形成 EI,减少
了酶与底物的结合，降低酶反应速度。
（ 2）抑制作用的强弱取决于 [I] / [S]。
（ 3） 可采用提高 [S]来消除这种抑制作
用。 E＋ S ES
＋
I EI
P＋ E
P＋ E
EI
K
I
EPESSE
i
KK
1
31
?
?
?? ??? ???
? ??
2K
?2iK
竞争性抑制作用的米氏方程,
? ?? ?
? ?
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? ?
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? ?
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)1(
m a x
1
2
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K
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v
EI
IE
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本本本 课课课 件件件 由由由 西西西 华华华 大大大 学学学 生生生 物物物 工工工 程程程 学学学 院院院 车车车 振振振 明明明 制制制 作作作
2.非竞争性抑制作用
（ 1）非竞争性抑制剂与酶活性中心
以外的部位结合，引起酶分子构象变
化，使酶活性中心催化作用降低。
（ 2）抑制作用的强弱取决于抑制剂
的绝对浓度。
（ 3）不能用增大 [S]的方法来消除抑
制作用。
非竞争性抑制作用的米氏方程,
E S ISEI
I
EPESSE
??
?
????
?
I
＋
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
i
i
m
t
K
I
V
V
K
I
SK
SV
v
E S IEIESEE
?
?
??
?
????
1
'
1)((
m a x
m a x
m a x
竞争性抑制与非竞争性抑制作用的区别
底物与酶专一性结合
竞争性抑制作用
非竞争性抑制作用
3.反竞争性抑制作用
抑制剂不能与游离酶结合，只
与 ES复合物结合形成 ESI,形成的
ESI不能转变为产物 。
返 回
（二）不可逆性抑制作用
抑制剂以比较牢固的共价键和酶结合，不
能用透析的方法除去。按照不可逆抑作用的选
择性不同,又可分为专一性的不可逆抑制和非
专一性不可抑制两类。
非专一性不可抑制作用,抑制剂可作用于
酶分子上的不同基团或作用于几类不同的酶。
抑制剂有：碘乙酸,DNFB等烷化剂；磺酰氯、
酸酐等酰化剂。如,
专一性不可逆抑制作用,抑制剂只作用
于酶蛋白的一种 AA侧链基团或仅作用于一类
酶。 返 回
第七节 酶工程简介
一、酶工程的定义及分类
酶工程指酶制剂在工业上的大
规模生产及应用。
化学酶工程
生物酶工程
酶工程
二、化学酶工程
亦称初级酶工程,主要由酶学与
化学工程技术相互结合而形成 。
化学修饰
固定化处理
化学合成法
改善酶的性质以
提高催化效率及
降低成本。
研究和应用自然酶、化学修饰
酶、固定化酶、化学人工酶
自然酶
在食品工业、制药工业、污水处理
等领域广泛使用。 化学修饰酶 在医学治疗及研究上对纯酶进行化
学修饰以改善性能。
人工酶
模拟酶的生物催化功能，用化学半
合成法或化学全合成法合成的酶称
人工酶。
固定化酶
指被结合到特定的支持物上并能
发挥作用的一类酶。是化学酶工程中
具有强大生命力的主干 。
四种方法：吸附、交联、共价结合、包埋。
固定化酶的优点,
（ 1）可以用离心法或过滤法很容易地将
酶与反应液分离开来。在生产中十分方便
有利。
（ 2）可以反复使用。达上千次。节约成
本。
（ 3）稳定性能好 。
三、生物酶工程
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。亦称
高级酶工程。
三个方面,
（ 1）用 DNA重组技术大量地生产酶（克隆酶）。
（ 2）对酶基因进行修饰，产生遗传修饰酶（突
变酶）。
（ 3）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。
生物酶工程示意图
酶的蛋白质结构功能 新酶分子蓝图 选择性修饰方案
突变酶
新酶
克隆酶
产品
效用
发
展 酶基因
遗传设计
遗传修饰
DNA重组技
术
DNA重组技
术
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天
天
都
有
好
心
情
！
