第三章 酶
?第一节 酶的概述
?第二节 酶的作用机制
?第三节 酶促反应动力学
?第四节 重要的酶
第一节 酶的概述
第一节 酶的概述
一、什么是酶？酶的化学本质是什么？
酶是一类活细胞产生的具有催化能
力的生物催化剂 。
本质是蛋白质和 RNA
1982年塞克 T.R.Cech
（ 核酶）
二、酶如何进行分类？
第一节 酶的概述
?1.氧化还原酶类：加氧去氢被氧化
?2.转移酶类
?3.水解酶类
?4.裂解酶类：移去一个基团并形成双键
?5.异构酶类
?6.合成酶类,A+B＋ ATP?A.B＋ ADP＋ Pi
? 每种酶均由四个数字组成。
第一节 酶的概述
EC,1,1,1.27
1.第 1大类
1.第 1大类中第 1亚类氧化基团是 CHOH
1.第 1亚类中第 1亚亚类受氢体是 NAD+
27 第 1亚亚类中的第 27个酶
—— 乳酸脱氢酶
EC.酶学委员会
三、什么是酶的习惯命名法和系统命名法？
第一节 酶的概述
? 习惯命名
如：乳酸脱氢酶 ；淀粉酶；胃蛋白酶等。
?系统命名（ 1961年）
底物名 +反应性质
如：乳酸脱氢酶：乳酸,NAD＋ 氧化还原酶
编号 推荐名称 系 统 名 称 催 化 的 反 应
EC 1.4,1.3 谷氨酸 L - 谷氨酸,N AD
+
L - 谷氨酸 + H
2
O + NA D
+
? ??
脱氢酶 氧化还原酶 α - 酮戊二酸 + N H
3
+ N AD H
EC 2.6,1.1 天冬氨酸氨 L - 天冬氨酸,α - 酮 L - 天冬氨酸 + α - 酮戊二酸 ? ??
基转移酶 戊二酸氨基转移酶 草酰乙酸 +L - 谷氨酸
EC 3.5,3.1 精氨酸酶 L - 精氨酸脒基水解酶 L - 精氨酸 + H
2
O ? ??
L - 鸟氨酸 + 尿素
EC 4.1,2.1 3 果糖二磷酸 D - 果糖 1, 6 - 二磷酸,D - 果糖 1, 6 - 二磷酸 ? ??
醛缩酶 D - 甘油醛 3 - 磷酸裂合酶 磷酸二羟丙酮 + D - 甘油醛 3 - 磷酸
EC 5.3,1.9 磷酸葡萄糖 D - 葡萄糖 6 - 磷酸酮醇 D - 葡萄糖 6 - 磷酸 ? ??
异构酶 异构酶 D - 果糖 6 - 磷酸
EC 6.3,1.2 谷氨酰胺 L - 谷氨酸：氨连接酶 AT P + L - 谷氨酸 + N H
3
? ??
合成酶 AD P + 磷酸 + L - 谷氨酰胺
编号 推荐名称 系 统 名 称 催 化 的 反 应
谷氨酸 谷氨酸,谷氨酸 ?
脱氢酶 氧化还原酶 酮戊二酸
天冬氨酸氨 天冬氨酸,酮 天冬氨酸 酮戊二酸 ?
基转移酶 戊二酸氨基转移酶 草酰乙酸 谷氨酸
精氨酸酶 精氨酸脒基水解酶 精氨酸 ?
鸟氨酸 尿素
果糖二磷酸 果糖, 二磷酸,果糖, 二磷酸 ?
醛缩酶 甘油醛 磷酸裂合酶 磷酸二羟丙酮 甘油醛 磷酸
磷酸葡萄糖 葡萄糖 磷酸酮醇 葡萄糖 磷酸 ?
异构酶 异构酶 果糖 磷酸
谷氨酰胺 谷氨酸：氨连接酶 谷氨酸 ?
合成酶 磷酸 谷氨酰胺
一些酶的命名举例
四、什么是全酶？
酶蛋白：蛋白质部分
辅助因子
（非蛋白） 金属离子
小分子有机物 结合酶（全酶）
单纯酶
第一节 酶的概述
辅助因子分类,
辅酶, 与酶蛋白结合疏松
辅基, 与酶蛋白结合紧密
第一节 酶的概述
注意,1种辅酶可能被多种酶共用。如 NAD+是
多种脱氢酶的辅酶。
金属离子的作用,
参与催化反应 ；稳定酶的构象。 如 Mg2+,Zn2+,Fe2+、
Cu2+等。
第一节 酶的概述
小分子化合物的作用,
传递电子、原子或其它基团。 如维生素 B族衍生
物。
酶蛋白 决定反应的专一性
辅助因子 决定反应的类型
? 五、什么是单体酶、寡聚酶和多酶复合体？
第一节 酶的概述
根据酶蛋白的特点进行的分类
单体酶：一条多肽链。
寡聚酶：由多个亚基组成。
多酶复合体：几种酶嵌合。脂肪酸合成酶
复合体。
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
? 一、什么是酶的活性部位（中心）？
是指酶分子中能同底物结合并起催化反应
的空间部位。
结合部位,
与底物相结合,决定酶的专一性；
催化部位,
催化底物转变成产物,决定酶的催化能力
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶 残基总数
活性中心残基
牛胰核糖核酸酶 124 His12,
His119,Lys41
溶菌酶 129
Asp52,Glu35
牛胰凝乳蛋白酶 245 His57,
Asp102,Ser195
牛胰蛋白酶 238 His46,
Asp90,Ser183
木瓜蛋白酶 212 Cys25,
His159
弹性蛋白酶 240 His45,
Asp,Ser
第二节 酶的作用机制
? 活性中心的特点,
空间结构彼此靠近
位于酶分子表面，呈裂缝状
第二节 酶的作用机制
二、什么是必需基团？
酶发挥催化活性必需的化学基团 。
活性中心必需基团,
结合基团和催化基团
活性中心外必需基团,
维持构象必需
底 物 活性中心以外
的必需基团
结合基团
催化基团
活性中心
三、酶和一般催化剂有何共性，又有何区别？
? 共性：用量少，效率高；不改变平衡点
可降低活化能。
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
? 区别（特性）,
1.催化效率极高；
第二节 酶的作用机制
2.高度专一性（特异性）；
相对专一性 键专一性
结构专一性 基团专一性
绝对专一性
旋光异构专一性
立体异构专一性
几何异构专一性
3.易失活；
4.活力可调节
第二节 酶的作用机制
四、酶的专一性作用机制是什么？
（结合基团有关）
? 1.锁与钥匙假说：酶与底物的结合如同
锁与钥匙的关系。底物进行反应的部位
与酶活性中心在结构上具有紧密的互补
关系。（ 1890）
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
S
P
P
S
E + S ES complex
E + P
+ +
E E E
钥匙 锁
锁与钥匙假说,
第二节 酶的作用机制
?2.诱导契合假说,
当底物与酶相互靠近时，底物可
诱导酶的构象发生变化，使其有利
于与底物结合，酶与底物在此基础
上互补结合，进行反应。（ 1958）
第二节 酶的作用机制
E + S ES complex E + P
S
P
P
S + + E E E
诱导契合假说,
第二节 酶的作用机制
五、酶为什么有极高的催化效率？
因为酶能大幅度降低反应所需活化能。
A+B A…… B C+D
反应物（初始态） 中间物（过渡态） 产物（终态）
活化能,
底物从初始态转变到过渡态所需的能量。
活化能越大，过渡态越难形成，反应越难进行。
过渡态
初态 终态
能
量
反应过程
活化能
自由能变
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
有效碰撞
? 反应发生的条件,
? 反应快速进行的条件,
活化能小
温度高
第二节 酶的作用机制
? 六、酶是如何降低反应活化能的？
中间产物学说：酶与底物先通过形成不稳定
的中间产物，然后再分解为产物并放出酶 。
E+S ES E+P
k1
k2
k3
第二节 酶的作用机制
? 七、影响酶高效催化的因素（机制）是什么？
（催化基团有关）
1.邻近效应和定向效应,
邻近效应：底物接近酶的活性部位而使酶的催化活性增加的效应。
定向效应：底物分子反应基团对着催化基团几何
地定向，有利于催化反应进行的效应。
A B
酶
邻近效应和定向效应,
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
2.张力和形变,
酶的催化基团作用于底物，使敏感键
产生, 张力,,甚至形变，促进反应进
行。
第二节 酶的作用机制
3.共价催化作用
酶的催化基团和底物形成一个反应活性很高的易变成过渡
态的共价中间物，使活化能大大降低。
亲核催化：酶提供一个电子对给底物。
Ser－ OH,Cys-SH,His－ 咪唑基 —— 亲核基团
亲电催化：酶从底物夺取一个电子对。
Mg2+,Mn2+,Fe3＋ —— 亲电基团
第二节 酶的作用机制
4.酸碱催化作用 —— 多元催化
由酸类和碱类引起的酸碱催化。
广义：酶的催化基团中质子供体 (酸 )或质
子受体 (碱 )对底物的催化。
羧基，氨基,His的咪唑基等。
狭义,H+或 OH-
广义酸基团 广义碱基团 pKa
（ 质子供体） （质子受体）
C O O H C O O
N H
3
+ N H
2
..
N H
N H
2
N H
2
+
N H
N H
N H
2
..
S H S H
O
-
O H
NH N H + NH N
3.96 (A sp ),4,32( G l u
)
10.80
12.48
8.33
10.11
6.00
酶活性中心广义酸碱基团
－
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
一、什么是酶促反应动力学？
反应速度,
单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用初
速度来衡量。
是研究酶促反应速 度及其影响因素的科学。
第三节 酶促反应动力学
二、影响酶促反应速度的因素有哪些？
?底物浓度 [S]
?酶浓度 [E]
?反应温度
?pH 值
?激活剂 A
?抑制剂 I
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素需恒定。
（一）底物浓度对酶促反应速度影响
当 [S]很低时
[S] 与 v成比例
—— 一级反应
当 [S]较高时
[S]与 v不成比例
—— 混合级反应
当 [S]很高时
[S]?,v不变
—— 零级反应
v
Vmax
0.3
0.2
Vmax
2
0.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 [
Km
Vmax [S]
Km + [S] V=
双曲线
第三节 酶促反应动力学
什么是米氏方程?
V=
Vmax [S]
Km + [S]
V,不同 [S]时的反应速度
Vmax,最大反应速度
[S],底物浓度
Ｋ m,米氏常数
当反应速度为最大反应速度一半时
? Km值的推导
Km＝ [S]
2 ＝ Km + [S]
Vmax Vmax[S] Vmax
V
[S] Km
Vmax/2
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动
力学
米氏常数的物理意义是什么？
?Km,酶促反应速度为最大速度一半时的底物
浓度。
?Km是酶的特征性常数。
?同一酶对于不同底物有不同的 Km值。 Km最小
的底物为酶的 最适底物 (天然底物 )。
?Km可表示酶与底物的亲和力。 Km越大，亲和
力越小。
第三节 酶促反应动力学
如何求米氏常数 —— 双倒数作图法
1 = Km 1 1
V Vmax [S] Vmax × ＋
1/V
-1/Km 0 1/[S]
斜率 = Km/ Vmax
1/Vmax
V=
Vmax [S]
Km + [S]
第三节 酶促反应动力学
? （二）酶浓度对酶促反应速度影响
v
[E] o
反应速度与酶浓度成正比
?（三）温度对酶促反应速度影响
酶的最适温度,
酶促反应速度最
大时的温度。
最适温度
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
? （四 ） pH对酶促反应速度影响
最适 pH
酶的最适 pH:酶促反应
速度最大时的 pH。
2
8 10 pH
酶
的
活
性
pH对某些酶活性的影响
A,胃蛋白酶 ; B,葡萄糖 -6-磷酸 酶
A B
第三节 酶促反应动力学
一些酶的最适 pH 值
酶 最适 pH
胃蛋白酶 1.8
过氧化氢酶 7.6
胰蛋白酶 7.7
延胡索酸酶 7.8
核糖核酸酶 7.8
精氨酸酶 9.8
碱性磷酸酶 10,5
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
激活剂 (A):凡是能提高酶活性的物质 。
（五）激活剂对酶促反应速度影响
无机离子或化合物,
小分子有机物,
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
? （六）抑制剂对酶促反应速度影响
抑制剂 (I)：凡能使酶的催化活性下降
（或失活）而不引起酶蛋白变性的物质。
与变性的区别
I对酶有一定选择性
抑制作用的类型
不可逆抑制
可逆抑制 竞争性抑制
非竞争性抑制
反竞争性抑制
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
1.不可逆抑制,
I以共价键与酶活性中心的必
需基团相结合。 可以通过化学方法解除。
解除方法,
S
E Hg +
S
COONa
CHSH
CHSH
COONa
SH
E + Hg
SH
COONa
CHS
CHS
COONa
二巯基丁二酸钠
第三节 酶促反应动力学
SH S
E + Hg2+ E Hg + 2H+
SH S
例,巯基酶的抑制
第三节 酶促反应动力学
2.可逆抑制,
I以非共价键与酶结合而引起酶活力降低。可以
通过物理方法解除。
?竞争性抑制
?非竞争性抑制
?反竞争性抑制
第三节 酶促反应动力学
（ 1）竞争性抑制：最常见。
① I与底物竞争酶的活性中心而 而抑制酶活
性
+
I
EI
E + S E + P ES 反应模式
②动力学变化,Km增加,Vmax不变。
第三节 酶促反应动力学
例,
COOH
CH2
CH2
COOH
琥珀酸脱氢酶
+ FAD + FADH2
COOH
CH
CH
COOH
琥珀酸 延胡索酸
COOH
CH2
COOH
丙二酸
第三节 酶促反应动力学
?例,磺胺类药物的抑菌机制
与对氨基苯甲酸竞争 二氢叶酸合成酶
二氢蝶呤啶 ＋ 对氨基苯甲酸 ＋ 谷氨酸
二氢叶酸
合成酶
二氢叶酸
C O O H H 2 N
SO 2 N H R H 2 N
磺 胺 类 药 物
第三节 酶促反应动力学
（ 2）非竞争性抑制,
① I与酶分子活性中心以外的必需基团结
合而抑制酶活性,I和 S之间不存在竞争关系。
* 反应模式 E+S ES E+P
+
I
EI+S EIS
+
I
第三节 酶促反应动力学
②动力学变化,Km不变,Vmax减小
第三节 酶促反应动
力学
第三节 酶促反应动力学
（ 3）反竞争性抑制,
① I与酶和底物的中间复合物结合而抑制酶
活性。
E+S E+P ES
+
I ESI
反应模式
② 动力学变化,Km减小,Vmax 减小。
第三节 酶促反应动力学
?酶活力：酶催化反应的能力
?酶活力单位,
第三节 酶促反应动力学
?1.国际单位（ IU,1976年）：在特定条件下,
1 min内催化 1μmol 底物转变为产物所需 的酶
量；
?2.催量（ kat,1979年）：在特定条件下,1 Sec
内催化 1mol底物转变为产物所需 的酶量,
1Kat =6?10 7 IU
第三节 酶促反应动力学
? 酶的比活力：每 mg酶蛋白所含酶活力的
单位数。用 U/mg蛋白表示。此值越高，
酶的纯度越高。
第四节 重要的酶
第四节 重要的酶
一、变构酶和变构调节
?变构酶：又称别构酶，既有活性中心又有
别构中心的酶。
变构激活剂
变构抑制剂
?变构调节,调节物与别构中心非共价结合
后，酶分子的构象发生改变，进而使酶活
性受到影响。
?别构剂,
v
[S]
变构酶的 S形曲线
变构激活
变构酶
米氏酶 正常酶
第四节 重要的酶
二、共价修饰酶与共价修饰调节
? 共价修饰调节：某种物质可与酶蛋白
分子上的基团发生共价结合，从而改
变酶的活性。
第四节 重要的酶
? 共价修饰酶：通过共价修饰调节活
性的酶。
常见：磷酸化和去磷酸化
酶促化学修饰对酶活性的调节
酶 化学修饰类型 酶活性改变
酶
丙酮酸脱羧酶
磷酸果糖激酶
丙酮酸脱氢酶
HMG-CoA还原酶
HMG-CoA还原酶激酶
乙酰 CoA羧化酶
脂肪细胞甘油三脂脂肪酶
黄嘌呤氧化酶
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
-SH/-S-S-
激活 /抑制
激活 /抑制
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
激活 /抑制
抑制 /激活
激活 /抑制
脱氢酶 /氧化酶
第四节 重要的酶
三、同工酶,
催化相同的化学反应但酶蛋白的结构
不同的一组酶。
第四节 重要的酶
乳酸脱氢酶（ LDH） 同工酶,
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
(H4) (H3M) (H2M2) (HM3) (M4)
M
H
乳酸脱氢酶
（ LDH）
C H 3
C
C O O H
O
C H 3
C
C O O H
HOH + NAD + NADH + H
+ +
四、抗体酶,
既具有抗体又具有催化功能的蛋
白质称为抗体酶。
?第一节 酶的概述
?第二节 酶的作用机制
?第三节 酶促反应动力学
?第四节 重要的酶
第一节 酶的概述
第一节 酶的概述
一、什么是酶？酶的化学本质是什么？
酶是一类活细胞产生的具有催化能
力的生物催化剂 。
本质是蛋白质和 RNA
1982年塞克 T.R.Cech
（ 核酶）
二、酶如何进行分类？
第一节 酶的概述
?1.氧化还原酶类：加氧去氢被氧化
?2.转移酶类
?3.水解酶类
?4.裂解酶类：移去一个基团并形成双键
?5.异构酶类
?6.合成酶类,A+B＋ ATP?A.B＋ ADP＋ Pi
? 每种酶均由四个数字组成。
第一节 酶的概述
EC,1,1,1.27
1.第 1大类
1.第 1大类中第 1亚类氧化基团是 CHOH
1.第 1亚类中第 1亚亚类受氢体是 NAD+
27 第 1亚亚类中的第 27个酶
—— 乳酸脱氢酶
EC.酶学委员会
三、什么是酶的习惯命名法和系统命名法？
第一节 酶的概述
? 习惯命名
如：乳酸脱氢酶 ；淀粉酶；胃蛋白酶等。
?系统命名（ 1961年）
底物名 +反应性质
如：乳酸脱氢酶：乳酸,NAD＋ 氧化还原酶
编号 推荐名称 系 统 名 称 催 化 的 反 应
EC 1.4,1.3 谷氨酸 L - 谷氨酸,N AD
+
L - 谷氨酸 + H
2
O + NA D
+
? ??
脱氢酶 氧化还原酶 α - 酮戊二酸 + N H
3
+ N AD H
EC 2.6,1.1 天冬氨酸氨 L - 天冬氨酸,α - 酮 L - 天冬氨酸 + α - 酮戊二酸 ? ??
基转移酶 戊二酸氨基转移酶 草酰乙酸 +L - 谷氨酸
EC 3.5,3.1 精氨酸酶 L - 精氨酸脒基水解酶 L - 精氨酸 + H
2
O ? ??
L - 鸟氨酸 + 尿素
EC 4.1,2.1 3 果糖二磷酸 D - 果糖 1, 6 - 二磷酸,D - 果糖 1, 6 - 二磷酸 ? ??
醛缩酶 D - 甘油醛 3 - 磷酸裂合酶 磷酸二羟丙酮 + D - 甘油醛 3 - 磷酸
EC 5.3,1.9 磷酸葡萄糖 D - 葡萄糖 6 - 磷酸酮醇 D - 葡萄糖 6 - 磷酸 ? ??
异构酶 异构酶 D - 果糖 6 - 磷酸
EC 6.3,1.2 谷氨酰胺 L - 谷氨酸：氨连接酶 AT P + L - 谷氨酸 + N H
3
? ??
合成酶 AD P + 磷酸 + L - 谷氨酰胺
编号 推荐名称 系 统 名 称 催 化 的 反 应
谷氨酸 谷氨酸,谷氨酸 ?
脱氢酶 氧化还原酶 酮戊二酸
天冬氨酸氨 天冬氨酸,酮 天冬氨酸 酮戊二酸 ?
基转移酶 戊二酸氨基转移酶 草酰乙酸 谷氨酸
精氨酸酶 精氨酸脒基水解酶 精氨酸 ?
鸟氨酸 尿素
果糖二磷酸 果糖, 二磷酸,果糖, 二磷酸 ?
醛缩酶 甘油醛 磷酸裂合酶 磷酸二羟丙酮 甘油醛 磷酸
磷酸葡萄糖 葡萄糖 磷酸酮醇 葡萄糖 磷酸 ?
异构酶 异构酶 果糖 磷酸
谷氨酰胺 谷氨酸：氨连接酶 谷氨酸 ?
合成酶 磷酸 谷氨酰胺
一些酶的命名举例
四、什么是全酶？
酶蛋白：蛋白质部分
辅助因子
（非蛋白） 金属离子
小分子有机物 结合酶（全酶）
单纯酶
第一节 酶的概述
辅助因子分类,
辅酶, 与酶蛋白结合疏松
辅基, 与酶蛋白结合紧密
第一节 酶的概述
注意,1种辅酶可能被多种酶共用。如 NAD+是
多种脱氢酶的辅酶。
金属离子的作用,
参与催化反应 ；稳定酶的构象。 如 Mg2+,Zn2+,Fe2+、
Cu2+等。
第一节 酶的概述
小分子化合物的作用,
传递电子、原子或其它基团。 如维生素 B族衍生
物。
酶蛋白 决定反应的专一性
辅助因子 决定反应的类型
? 五、什么是单体酶、寡聚酶和多酶复合体？
第一节 酶的概述
根据酶蛋白的特点进行的分类
单体酶：一条多肽链。
寡聚酶：由多个亚基组成。
多酶复合体：几种酶嵌合。脂肪酸合成酶
复合体。
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
? 一、什么是酶的活性部位（中心）？
是指酶分子中能同底物结合并起催化反应
的空间部位。
结合部位,
与底物相结合,决定酶的专一性；
催化部位,
催化底物转变成产物,决定酶的催化能力
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶 残基总数
活性中心残基
牛胰核糖核酸酶 124 His12,
His119,Lys41
溶菌酶 129
Asp52,Glu35
牛胰凝乳蛋白酶 245 His57,
Asp102,Ser195
牛胰蛋白酶 238 His46,
Asp90,Ser183
木瓜蛋白酶 212 Cys25,
His159
弹性蛋白酶 240 His45,
Asp,Ser
第二节 酶的作用机制
? 活性中心的特点,
空间结构彼此靠近
位于酶分子表面，呈裂缝状
第二节 酶的作用机制
二、什么是必需基团？
酶发挥催化活性必需的化学基团 。
活性中心必需基团,
结合基团和催化基团
活性中心外必需基团,
维持构象必需
底 物 活性中心以外
的必需基团
结合基团
催化基团
活性中心
三、酶和一般催化剂有何共性，又有何区别？
? 共性：用量少，效率高；不改变平衡点
可降低活化能。
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
? 区别（特性）,
1.催化效率极高；
第二节 酶的作用机制
2.高度专一性（特异性）；
相对专一性 键专一性
结构专一性 基团专一性
绝对专一性
旋光异构专一性
立体异构专一性
几何异构专一性
3.易失活；
4.活力可调节
第二节 酶的作用机制
四、酶的专一性作用机制是什么？
（结合基团有关）
? 1.锁与钥匙假说：酶与底物的结合如同
锁与钥匙的关系。底物进行反应的部位
与酶活性中心在结构上具有紧密的互补
关系。（ 1890）
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
S
P
P
S
E + S ES complex
E + P
+ +
E E E
钥匙 锁
锁与钥匙假说,
第二节 酶的作用机制
?2.诱导契合假说,
当底物与酶相互靠近时，底物可
诱导酶的构象发生变化，使其有利
于与底物结合，酶与底物在此基础
上互补结合，进行反应。（ 1958）
第二节 酶的作用机制
E + S ES complex E + P
S
P
P
S + + E E E
诱导契合假说,
第二节 酶的作用机制
五、酶为什么有极高的催化效率？
因为酶能大幅度降低反应所需活化能。
A+B A…… B C+D
反应物（初始态） 中间物（过渡态） 产物（终态）
活化能,
底物从初始态转变到过渡态所需的能量。
活化能越大，过渡态越难形成，反应越难进行。
过渡态
初态 终态
能
量
反应过程
活化能
自由能变
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
有效碰撞
? 反应发生的条件,
? 反应快速进行的条件,
活化能小
温度高
第二节 酶的作用机制
? 六、酶是如何降低反应活化能的？
中间产物学说：酶与底物先通过形成不稳定
的中间产物，然后再分解为产物并放出酶 。
E+S ES E+P
k1
k2
k3
第二节 酶的作用机制
? 七、影响酶高效催化的因素（机制）是什么？
（催化基团有关）
1.邻近效应和定向效应,
邻近效应：底物接近酶的活性部位而使酶的催化活性增加的效应。
定向效应：底物分子反应基团对着催化基团几何
地定向，有利于催化反应进行的效应。
A B
酶
邻近效应和定向效应,
第二节 酶的作用机制
第二节 酶的作用机制
2.张力和形变,
酶的催化基团作用于底物，使敏感键
产生, 张力,,甚至形变，促进反应进
行。
第二节 酶的作用机制
3.共价催化作用
酶的催化基团和底物形成一个反应活性很高的易变成过渡
态的共价中间物，使活化能大大降低。
亲核催化：酶提供一个电子对给底物。
Ser－ OH,Cys-SH,His－ 咪唑基 —— 亲核基团
亲电催化：酶从底物夺取一个电子对。
Mg2+,Mn2+,Fe3＋ —— 亲电基团
第二节 酶的作用机制
4.酸碱催化作用 —— 多元催化
由酸类和碱类引起的酸碱催化。
广义：酶的催化基团中质子供体 (酸 )或质
子受体 (碱 )对底物的催化。
羧基，氨基,His的咪唑基等。
狭义,H+或 OH-
广义酸基团 广义碱基团 pKa
（ 质子供体） （质子受体）
C O O H C O O
N H
3
+ N H
2
..
N H
N H
2
N H
2
+
N H
N H
N H
2
..
S H S H
O
-
O H
NH N H + NH N
3.96 (A sp ),4,32( G l u
)
10.80
12.48
8.33
10.11
6.00
酶活性中心广义酸碱基团
－
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
一、什么是酶促反应动力学？
反应速度,
单位时间内底物减少或产物增加的速度，常用初
速度来衡量。
是研究酶促反应速 度及其影响因素的科学。
第三节 酶促反应动力学
二、影响酶促反应速度的因素有哪些？
?底物浓度 [S]
?酶浓度 [E]
?反应温度
?pH 值
?激活剂 A
?抑制剂 I
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素需恒定。
（一）底物浓度对酶促反应速度影响
当 [S]很低时
[S] 与 v成比例
—— 一级反应
当 [S]较高时
[S]与 v不成比例
—— 混合级反应
当 [S]很高时
[S]?,v不变
—— 零级反应
v
Vmax
0.3
0.2
Vmax
2
0.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 [
Km
Vmax [S]
Km + [S] V=
双曲线
第三节 酶促反应动力学
什么是米氏方程?
V=
Vmax [S]
Km + [S]
V,不同 [S]时的反应速度
Vmax,最大反应速度
[S],底物浓度
Ｋ m,米氏常数
当反应速度为最大反应速度一半时
? Km值的推导
Km＝ [S]
2 ＝ Km + [S]
Vmax Vmax[S] Vmax
V
[S] Km
Vmax/2
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动
力学
米氏常数的物理意义是什么？
?Km,酶促反应速度为最大速度一半时的底物
浓度。
?Km是酶的特征性常数。
?同一酶对于不同底物有不同的 Km值。 Km最小
的底物为酶的 最适底物 (天然底物 )。
?Km可表示酶与底物的亲和力。 Km越大，亲和
力越小。
第三节 酶促反应动力学
如何求米氏常数 —— 双倒数作图法
1 = Km 1 1
V Vmax [S] Vmax × ＋
1/V
-1/Km 0 1/[S]
斜率 = Km/ Vmax
1/Vmax
V=
Vmax [S]
Km + [S]
第三节 酶促反应动力学
? （二）酶浓度对酶促反应速度影响
v
[E] o
反应速度与酶浓度成正比
?（三）温度对酶促反应速度影响
酶的最适温度,
酶促反应速度最
大时的温度。
最适温度
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
? （四 ） pH对酶促反应速度影响
最适 pH
酶的最适 pH:酶促反应
速度最大时的 pH。
2
8 10 pH
酶
的
活
性
pH对某些酶活性的影响
A,胃蛋白酶 ; B,葡萄糖 -6-磷酸 酶
A B
第三节 酶促反应动力学
一些酶的最适 pH 值
酶 最适 pH
胃蛋白酶 1.8
过氧化氢酶 7.6
胰蛋白酶 7.7
延胡索酸酶 7.8
核糖核酸酶 7.8
精氨酸酶 9.8
碱性磷酸酶 10,5
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
激活剂 (A):凡是能提高酶活性的物质 。
（五）激活剂对酶促反应速度影响
无机离子或化合物,
小分子有机物,
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
? （六）抑制剂对酶促反应速度影响
抑制剂 (I)：凡能使酶的催化活性下降
（或失活）而不引起酶蛋白变性的物质。
与变性的区别
I对酶有一定选择性
抑制作用的类型
不可逆抑制
可逆抑制 竞争性抑制
非竞争性抑制
反竞争性抑制
第三节 酶促反应动力学
第三节 酶促反应动力学
1.不可逆抑制,
I以共价键与酶活性中心的必
需基团相结合。 可以通过化学方法解除。
解除方法,
S
E Hg +
S
COONa
CHSH
CHSH
COONa
SH
E + Hg
SH
COONa
CHS
CHS
COONa
二巯基丁二酸钠
第三节 酶促反应动力学
SH S
E + Hg2+ E Hg + 2H+
SH S
例,巯基酶的抑制
第三节 酶促反应动力学
2.可逆抑制,
I以非共价键与酶结合而引起酶活力降低。可以
通过物理方法解除。
?竞争性抑制
?非竞争性抑制
?反竞争性抑制
第三节 酶促反应动力学
（ 1）竞争性抑制：最常见。
① I与底物竞争酶的活性中心而 而抑制酶活
性
+
I
EI
E + S E + P ES 反应模式
②动力学变化,Km增加,Vmax不变。
第三节 酶促反应动力学
例,
COOH
CH2
CH2
COOH
琥珀酸脱氢酶
+ FAD + FADH2
COOH
CH
CH
COOH
琥珀酸 延胡索酸
COOH
CH2
COOH
丙二酸
第三节 酶促反应动力学
?例,磺胺类药物的抑菌机制
与对氨基苯甲酸竞争 二氢叶酸合成酶
二氢蝶呤啶 ＋ 对氨基苯甲酸 ＋ 谷氨酸
二氢叶酸
合成酶
二氢叶酸
C O O H H 2 N
SO 2 N H R H 2 N
磺 胺 类 药 物
第三节 酶促反应动力学
（ 2）非竞争性抑制,
① I与酶分子活性中心以外的必需基团结
合而抑制酶活性,I和 S之间不存在竞争关系。
* 反应模式 E+S ES E+P
+
I
EI+S EIS
+
I
第三节 酶促反应动力学
②动力学变化,Km不变,Vmax减小
第三节 酶促反应动
力学
第三节 酶促反应动力学
（ 3）反竞争性抑制,
① I与酶和底物的中间复合物结合而抑制酶
活性。
E+S E+P ES
+
I ESI
反应模式
② 动力学变化,Km减小,Vmax 减小。
第三节 酶促反应动力学
?酶活力：酶催化反应的能力
?酶活力单位,
第三节 酶促反应动力学
?1.国际单位（ IU,1976年）：在特定条件下,
1 min内催化 1μmol 底物转变为产物所需 的酶
量；
?2.催量（ kat,1979年）：在特定条件下,1 Sec
内催化 1mol底物转变为产物所需 的酶量,
1Kat =6?10 7 IU
第三节 酶促反应动力学
? 酶的比活力：每 mg酶蛋白所含酶活力的
单位数。用 U/mg蛋白表示。此值越高，
酶的纯度越高。
第四节 重要的酶
第四节 重要的酶
一、变构酶和变构调节
?变构酶：又称别构酶，既有活性中心又有
别构中心的酶。
变构激活剂
变构抑制剂
?变构调节,调节物与别构中心非共价结合
后，酶分子的构象发生改变，进而使酶活
性受到影响。
?别构剂,
v
[S]
变构酶的 S形曲线
变构激活
变构酶
米氏酶 正常酶
第四节 重要的酶
二、共价修饰酶与共价修饰调节
? 共价修饰调节：某种物质可与酶蛋白
分子上的基团发生共价结合，从而改
变酶的活性。
第四节 重要的酶
? 共价修饰酶：通过共价修饰调节活
性的酶。
常见：磷酸化和去磷酸化
酶促化学修饰对酶活性的调节
酶 化学修饰类型 酶活性改变
酶
丙酮酸脱羧酶
磷酸果糖激酶
丙酮酸脱氢酶
HMG-CoA还原酶
HMG-CoA还原酶激酶
乙酰 CoA羧化酶
脂肪细胞甘油三脂脂肪酶
黄嘌呤氧化酶
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
磷酸化 /脱磷酸化
-SH/-S-S-
激活 /抑制
激活 /抑制
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
抑制 /激活
激活 /抑制
抑制 /激活
激活 /抑制
脱氢酶 /氧化酶
第四节 重要的酶
三、同工酶,
催化相同的化学反应但酶蛋白的结构
不同的一组酶。
第四节 重要的酶
乳酸脱氢酶（ LDH） 同工酶,
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
(H4) (H3M) (H2M2) (HM3) (M4)
M
H
乳酸脱氢酶
（ LDH）
C H 3
C
C O O H
O
C H 3
C
C O O H
HOH + NAD + NADH + H
+ +
四、抗体酶,
既具有抗体又具有催化功能的蛋
白质称为抗体酶。
