第四章 酶化学
一 酶的命名及分类
? (1)习惯命名法,
? 1,根据其催化底物来命名；
1.酶的命名
2,根据所催化反应的性质来命名；
? 3,结合上述两个原则来命名，
? 4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它
特点。
(2)国际系统命名法
? 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后
加一个酶字 。
? 例如：
? 习惯名称,谷丙转氨酶
? 系统名称,丙氨酸,?-酮戊二酸氨基转移酶
? 酶催化的反应,
? 谷氨酸 + 丙酮酸 ?? ?-酮戊二酸 + 丙氨酸
二,酶的分类
? 水解酶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 (Lipase)催化的脂的水解反应：
(1) 水解酶 hydrolase
H 2 OC O O C H 2 C H 3R R C O O H C H 3 C H 2 O H
2,酶的分类
? 氧化 -还原酶催化氧化 -还原反应。
? 主要包括脱氢酶 (dehydrogenase)和氧化酶
(Oxidase)。
? 如，乳酸 (Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
(2) 氧化 -还原酶 Oxidoreductase
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
2,酶的分类
? 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。
(3) 转移酶 Transferase
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
2,酶的分类
? 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或
原子形成双键的反应及其逆反应。
? 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。
(4) 裂合酶 Lyase
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
2,酶的分类
? 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，
即底物分子内基团或原子的重排过程。
例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
(5) 异构酶 Isomerase
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
2,酶的分类
? 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。
? A + B + ATP + H-O-H ===A ? B + ADP +Pi
? 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸 + CO2 ? 草酰乙酸
(6) 合成酶 Ligase or Synthetase
2,酶的分类
? 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的 RNA，
能够催化 RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反
应。
(7) 核酸酶（催化核酸） ribozyme
3'3'
3'3'3'
3'3'3'3'
3'
5'5'5'5'
5'
5'5'5'5'5'
BBBBB
PP P
+
P O HPP
BBBB
PPPP
P
B
P
5.2 维生素与辅酶
? 维生素是机体维持正常生命活动所必不
可少的一类有机物质。
? 维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两
大类。其中脂溶性维生素在体内可直接
参与代谢的调节作用，而水溶性维生素
是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。
辅酶 coenzyme和金属离子
? 根据酶的组成情况, 可以将酶分为两大类：
? 单纯蛋白酶,它们的组成为单一蛋白质,
? 结合蛋白酶,某些酶, 例如氧化 -还原酶等,
其分子中除了蛋白质外, 还含有非蛋白组分,
? 结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白, 非蛋白
质 部 分 包 括 辅 酶 及 金 属 离 子 ( 或 辅 因 子
cofactor)。
? 酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶 。
单纯的酶蛋白无催化功能,
2.1水溶性维生素与辅酶
? 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协
同实施催化作用, 这类分子被称为辅酶 （ 或辅
基 ） 。
? 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物 。
参与的酶促反应主要为氧化 -还原反应或基团转
移反应 。
? 大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。
许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。
(1) 维生素 PP
? 菸酸和菸酰胺, 在体内转变为辅酶 I和
辅酶 II。
? 能维持神经组织的健康 。 缺乏时表现出
神经营养障碍, 出现皮炎 。
N
C O O H
N
C O N H 2
(1) 维生素 PP和 NAD+ 和 NADP+
? NAD+ (烟酰胺 -腺嘌呤二核苷酸, 又称为辅
酶 I) 和 NADP+(烟酰胺 -腺嘌呤磷酸二核苷酸,
又称为辅酶 II )是维生素烟酰胺的衍生物,
O
C H 2 O P O P O C H 2
O H O H
O O
O
-
O
-
N
+
C O N H 2
O
O H O H ( O P O 3 H 2 )
N
N
N H 2
N
N
功
能
：
是
多
种
重
要
脱
氢
酶
的
辅
酶
。
(2)核黄素（ VB2)
? 核黄素 (维生素 B2)由核糖醇和 6,7-二甲基异咯嗪两
部分组成 。
? 缺乏时组织呼吸减弱, 代谢强度降低 。 主要症状为口
腔发炎, 舌炎, 角膜炎, 皮炎等 。
N
C
C
N H
N
N
O
O
C H 2 C H C H C H C H 2 O P O H
O H O H O H O
O H
C H 3
C H 3
(2)核黄素和 FAD和 FMN
? FAD(黄素 -腺嘌呤二核苷酸 )和 FMN(黄素单核苷
酸 )是核黄素 (维生素 B2)的衍生物,C H
3
C H 3
N
C
C
N H
N
N
O
O
C H 2 C H C H C H C H 2 O P O
O H O H O H O
O H
O
C H 2
O H O H
N
N
N H 2
N
N
F M N F A D
功
能
：
在
脱
氢
酶
催
化
的
氧
化-
还
原
反
应
中
，
起
着
电
子
和
质
子
的
传
递
体
作
用
。
(3) 泛酸和辅酶 A(CoA)
? 维生素 (B3)-泛酸是由 ?,?-二羟基 -?-二甲基丁
酸和一分子 ?- 丙氨酸缩合而成 。
C H 2 C
C H 3
C H 3
C H
O H
C
O
N H C H 2 C H 2 C
O H
C O O H
O
(3) 泛酸和辅酶 A(CoA)
? 辅酶 A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，
它的前体是维生素 (B3)泛酸。
C H
2
C
C H
3
C H
3
C H
O H
C
O
N H C H
2
C H
2
C N H C H
2
C H
2
S H
O
O
O O HP
O
O H
H O
N
N
N H
2
N
N
O
P
O
O O H
PO O
O H
C H
2
功
能
：
是
传
递
酰
基
，
是
形
成
代
谢
中
间
产
物
的
重
要
辅
酶
。
(4) 叶酸和四氢叶酸 (FH4或 THFA)
? 四氢叶酸是合成酶的辅酶, 其前体是叶酸 (又称为蝶酰
谷氨酸, 维生素 B11)。
N
N
H 2 N
O H
N
N
H
H
C H 2
H
H
H
N H C
O
N H C H C O O H
C H 2
C H 2
C O O H
?四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团, 如 -CH3,-CH2-,
-CHO 等的载体, 参与多种生物合成过程 。
(5) 硫胺素
? 硫胺素 (维生素 B1)在体内以 焦磷酸硫胺素 (TPP)形
式存在 。 缺乏时表现出多发性神经炎, 皮肤麻木,
心力衰竭, 四肢无力, 下肢水肿 。
C l
-
N
+
S
C H 3
C H 2 C H 2 O H
N
N
N H 2
H 3 C
C H 2
(5) 硫胺素和焦磷酸硫胺素 (TPP)
? 焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶, 它的前体是硫胺
素 (维生素 B1)。
N
N
N H 2
H 3 C
C H 2 N
+
S
C H 3
C H 2 C H 2 O P O
O
P
O H
O H
O
O H
C l
-
功
能
：
是
催
化
酮
酸
的
脱
羧
反
应
(6)吡哆素
? 吡多素 (维生素 B6,包括吡哆醇, 吡哆醛和吡哆胺 )。
N
H 3 C
H O
C H 2 N H 2
C H 2 O H
N
H 3 C
H O
C H O
C H 2 O H
(6)吡哆素和磷酸吡哆素
? 磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 。
N
H 3 C
H O
C H O
C H 2 O P O H
O
O H
N
H 3 C
H O
C H 2 N H 2
C H 2 O P O H
O
O H
磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺
?磷酸吡多素是转氨酶的辅酶, 转氨酶通过磷酸吡多醛和
磷酸吡多胺的相互转换, 起转移氨基的作用 。
(7) 生物素
? 生物素是羧化酶的辅酶, 它本身就是一种 B族维生素 B7。
H N N H
C
O
C HH 2 C
S
( C H 2 ) 4 C O O H
生物素的功能是作为 CO2的递体，在生物合成中起传递和
固定 CO2的作用。
(8) 维生素 B12辅酶
? 维生素 B12又称为钴胺素。
维生素 B12分子中与 Co+
相连的 CN基被 5’ -脱氧
腺苷所取代，形成维生
素 B12辅酶。
? 维生素 B12辅酶的主要功
能是作为变位酶的辅酶，
催化底物分子内基团
(主要为甲基 )的变位反
应。
结构
（ 9）硫辛酸
? 硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是
6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化
型）和二氢硫辛酸（还原型）,
S C H
S C H
C H 2
C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O O H
(10) 辅酶 Q(CoQ)
? 辅酶 Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的
线粒体中，其结构为：
O
O
C H 3 O
C H 3 O
C H 3
( C H 2 C H C C H 2 ) n H
C H 3
n =6- 10
?辅酶 Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是
作为线粒体呼吸链氧化 -还原酶的辅酶，在酶与
底物分子之间传递电子。
维生素 C
? 在体内参
与氧化还
原反应，
羟化反应。
人体不能
合成 。
C
C
C
C
C
C H
2
O H
O
H O
H O
H
H O H
O
O
C
C
O
O
O
HH O
H
C H
2
O H
C
C
C
2.2脂溶性维生素
? 维生素 A,D,E,K均溶于脂类溶剂，不溶于
水，在食物中通常与脂肪一起存在，吸
收它们，需要脂肪和胆汁酸。
1，维生素 A
? 维生素 A分 A1,A2两种，是不饱和一元醇
类。维生素 A1又称为视黄醇,A2称为脱
氢视黄醇。
C H 2 O H
C H 2 O H
A 1
A 2
2,维生素 D
? 维生素 D是固醇类化合物，主要有 D2,D3,
D4,D5。其中 D2,D3活性最高。
麦角固醇
7- 脱氢胆固醇
2 2 - 双氢麦角固醇
7- 脱氢谷固醇
维生素 D2
维生素 D3
维生素 D4
维生素 D5
维生素 D的结构
? 在生物体内,D2和
D3本身不具有生物
活性。它们在肝脏
和肾脏中进行羟化
后，形成 1,25-二
羟基维生素 D。其中
1,25-二羟基维生
素 D3是生物活性最
强的。H O
R
3，维生素 E
? 又叫做生育酚，目前发现的有 6种，其中
?,?,?,?四种有生理活性。
O
H O
R 2
R 1
R 3
4，维生素 K ? 维生素 K有 3种,K1,K2,K3。其中 K3是人工合成的。维生
素 K是 2-甲基萘醌的衍生物。
O
O
O
O
C H
2
[ C H C ( C H
3
) C H
2
C H
2
]
5
C H C ( C H
3
)
2
三、辅酶在酶促反应中的作用
特点
? 辅酶在催化反应过程中, 直接参加了反应 。
? 每一种辅酶都具有特殊的功能, 可以特定地催
化某一类型的反应 。
? 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成
不同的全酶 。
? 一般来说, 全酶中的辅酶决定了酶所催化的类
型 （ 反应专一性 ）, 而酶蛋白则决定了所催化
的底物类型 （ 底物专一性 ） 。
四、酶分子中的金属离子
? 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：
金属酶和金属激酶。
? 在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合紧密。如
Fe2+/ Fe3+, Cu+/Cu3+,Zn2+, Mn2+,Co2+ 等。
? 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶
促反应中传递电子，原子或功能团 。
金属酶中的金属离子与配体
? 金属离子 配体 酶或蛋白
? Mn2+ 咪唑 丙酮酸脱氢酶
? Fe2+/Fe3+ 卟啉环，咪唑,血红素，
含硫配体 氧化 -还原酶，
过氧化氢酶
? Cu+/Cu2+ 咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶
? Co2+ 卟啉环 变位酶
? Zn2+ -NH3，咪唑，（ -RS） 碳酸酐酶，醇脱氢酶
? Pb2+ -SH d-氨基 - g-酮戊二酸脱水酶
? Ni2+ -SH 尿酶
金属激酶中的金属离子
? 激酶是一种磷酸化酶类，在 ATP存在下 催化葡
萄糖，甘油等磷酸化。
? 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶
液中，酶与这类离子结合而被激活。
? 如 Na+, K+,Mg2+,Ca2+ 等。金属离子对酶
有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种
酶有激活作用。
酶的活性中心 (active center)
?与底物相结合并将底物转化为产物的区
域
?对于结合酶来说，辅酶或辅基往往是活
性中心的组成成分
第四节 酶的结构及 催化作用机制
一,酶分子的结构特点
1．结合部位 Binding
site
酶分子中与底物结合
的部位或区域一般称为
结合部位。
? 酶分子中促使底物发生化学
变化的部位称为催化部位 。
? 通常将酶的结合部位和催化
部位总称为酶的活性部位或
活性中心。
? 结合部位决定酶的专一性，
? 催化部位决定酶所催化反应
的性质。
2.催化部位 catalytic site
? 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。
3．调控部位 Regulatory site
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
酶的分子中存在着许多功能基团，例如,-NH2,-COOH,-
SH,-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与
酶活性有关的基团称为酶的必需基团。必需基团可分为四种：
1）接触残基（ contact residue）
直接与底物接触的基团，它们参与底物的化学转变，
是活性中心的主要必需基团。
?结合基团 (binding group)：与底物结合
?催化基团 (catalytic group)：催化底物发生化学变化
还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但
为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是
酶的活性中心以外的必需基团。
2）辅助残基 (auxiliary residue)
这种残基既不直接与底物结合，也
不催化底物的化学反应，但对接触残基
的功能有促进作用。它可促进结合基团
对底物的结合，促进催化基团对底物的
催化反应。它也是活性中心不可缺少的
组成部分。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
3） 结构残基 （ structure residue）
这是活性中心以外的必需基团, 它们
与酶的活性不发生直接关系, 但它们可
稳定酶的分子构象, 特别是稳定酶活性
中心的构象, 因而对酶的活性也是不可
缺少的基团, 只是起间接作用而已 。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
4） 非贡献残基 （ noncontribution residue）
?酶分子中除上述基团外的其它基团, 它们对酶的活
性, 没有贡献,, 也称为非必需基团 。
?它们可能在系统发育的物种专一性方面, 免疫方面
或者在体内的运输转移, 分泌, 防止蛋白酶降解的
方面起一定作用
?这些基团的存在也可能是该酶迄今未发现的新的活
力类型的活力中心 。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
5.酶活性中心证明方法
1） 切除法
对小分子且结构已知的酶多用此法 。
用专一性的酶切除一段肽链后剩余的
肽链仍有活性, 说明切除的肽链与活
性无关, 反之, 切除的肽链与活性有
关 。
2） 化学修饰法
用化学试剂与酶蛋白中的氨基酸残基的侧链基团发生反
应引起共价结合, 氧化或还原等修饰, 称之为化学修饰 。 酶
分子中可以修饰的基团有,-SH,-OH,咪唑基, 氨基, 羧
基, 胍基等, 修饰剂已有七十多种, 但专一性的修饰剂不多 。
? 判断方法
? 缺点
也有可能酶活性部位外的某个氨基酸残基侧链的修饰而
影响酶分子的正常空间结构，而导致酶活性的丧失。
? 排除方法
底物保护法
5.酶活性中心证明方法
根据修饰剂是否专一性结合酶的活性中心的特定
基团, 化学修饰可分为：
? 非特异性共价共接修饰,修饰试剂既可与酶的活性部位的某特异
基团结合, 又可与酶的非活性部位的同一基团结合, 称之为非特
异性共价共价修饰 。
此法适用于所修饰的基团只存在与活性部位, 在非活性部位
不存在或极少存在 。 判断标准是一：酶活力的丧失程度与修饰剂
的浓度成正比；二：底物或竞争性抑制剂保护下可防止修饰剂的
抑制作用 。
? 特异性的共价修饰,
DIFP（二异丙基氟磷酸）可专一性地结合丝氨酸蛋白酶活性
部位的丝氨酸 — OH而使酶失活。 DIFP一般不与蛋白质反应，也不
与含丝氨酸的蛋白酶原或变性的酶反应，只与活性的酶且活性部
位含丝氨酸的酶结合。
5.酶活性中心证明方法
3） 亲和标记法
含反应基团的底物类似物, 作为活性部位的标
记试剂, 它能象底物一样进入酶的活性部位, 并
以其活泼的化学基团与酶的活性基团的某些特定
基团共价结合, 使酶失去活性 。
如胰凝乳蛋白酶最适底物为,N— 对甲苯磺
酰 — L— 苯丙氨酰乙酯或甲酯, 根据此结构设计的
亲和标记试剂为,N— 对甲苯磺酰 — 苯丙氨酰氯甲
基酮 （ TPCK） 。
5.酶活性中心证明方法
4） X— 射线衍射法
把一纯酶的 X— 射线晶体衍射图
谱与酶与底物反应后的 X-射线图谱
相比较，即可确定酶的活性中心。
5.酶活性中心证明方法
5.酶的活性中心的一级结构
应用化学修饰法对多种酶的活性中心进行研究发现,
在酶的活性中心处存在频率最高的氨基酸残基是：丝氨酸,
组氨酸, 天冬氨酸, 酪氨酸, 赖氨酸和半胱氨酸 。 如果用
同位素标记酶的活性中心后, 将酶水解, 分离带标记水解
片段, 对其进行一级结构测定, 就可了解酶的活性中心的
一级结构 。
对各种蛋白水解酶进行类似的分析，功能类似的酶在
一级结构上有惊人的相似性。见下表所示：
酶 氨基酸顺序
胰蛋白酶（牛）
胰凝乳蛋白酶（牛）
弹性蛋白酶（猪）
凝血酶（牛）
蛋白酶（ S.griseus）
-天冬,丝,半胱,谷酰胺,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,缬 -
-丝,丝,半胱,甲硫,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,亮 -
-丝,甘,半胱,谷酰胺,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,亮 -
-天冬,丙,半胱,谷,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,苯丙 -
-苏,半胱,谷,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,甲硫 -
从上表可知，一些丝氨酸蛋白酶在活性丝氨酸附近的氨
基酸几乎完全一样，而且这个活性丝氨酸最邻近的 5-6氨基
酸顺序，从微生物到哺乳动物都一样，说明蛋白质活性中心
在种系进化上有严格的保守性。
6.酶的活性与高级结构的关系
酶的活性不仅与一级结构有关, 而且与其高级结构密切相关 。
就某种程度而言, 在酶的活性表现上, 高级结构甚至比一级结构
更为重要 。 高级结构是形成酶特定空间结构的保证, 高级结构破
坏, 酶失去活性 。
7.酶原激活
有些酶在细胞内合成时，或初分泌时，没有催化活性，这种
无活性状态的酶的前体称为 酶原 (zymogen)。酶原向活性的酶转
化的过程称为 酶原激活 。酶原激活实际上是酶的活性中心形成或
暴露的过程。
胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧肽酶、弹性蛋白酶等
等
某些酶原的激活过程
酶原 激活条件 活化的酶 水解掉的肽段
胃蛋白酶原 胃蛋白酶 六肽
胰蛋白酶原 胰蛋白酶 六 肽
糜蛋白酶原 A α -糜蛋白酶 两个二肽
羧肽酶原 A 羧肽酶 A 几个碎片
弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 几个碎片
例如：
胰蛋白酶原进入小肠后，受肠激酶或胰蛋白酶本
身的激活，第 6位赖氨酸与第 7位异亮氨酸残基之间的
肽键被切断，水解掉一个六肽，酶分子空间构象发生
改变，产生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原变成了有
活性的胰蛋白酶。
除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶
解的酶类，也都以酶原的形式存在。
胰蛋白酶原激活示意图
糜蛋白酶原的激活过程 胃蛋白酶原的激活过程
胃蛋白酶原的激活过程
酶原激活的生理意义在于避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消
化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。
二,酶的作用机制
1,酶为什么能催化化学反应
一个化学反应要能够发生，关键的是反应体系中的分子必须
具备一定能量即分子处于活化状态，活化分子比一般分子多
含的能量就称为 活化能 。反应体系中活化分子越多，反应就
越快。因此，设法增加活化分子数量，是加快化学反应的唯
一途径。增加反应体系的活化分子数有两条途径,一是向反
应体系中加入能量,如通过加热、加压、光照等，另一途
径是降低反应活化能。 酶的作用就在于降低化学反应活化能 。
非催化过程和催化过程自由能的变化
2,酶如何降低化学反应的活化能
------中间产物学说
中间产物学说认为：酶在催化化学反应时, 酶与底物首
先形成不稳定的中间物, 然后分解酶与产物 。 即酶将原来
活化能很高的反应分成两个活化能较低的反应来进行, 因
而加快了反应速度 。
S + E → ES → P + E
底物 酶 中间产物 产物
中间产物学说已经得到一些可靠的实验依据。如，用
吸光法证明了含铁卟啉的过氧化物酶参加反应时，单纯的
酶的吸收光谱与加入了第一个底物 H2O2后确实产生了变化。
?反应方向,即化学平衡方向,主要取决于
反应自由能变化 ?H?。
?而反应速度快慢,则主要取决于反应的活
化能。
?催化剂的作用是降低反应活化能,从而起
到提高反应速度的作用
反应过程中能的变化
? 酶催化作用的本质是 酶的活性中心与底
物分子通过短程非共价力 (如氢键,离子
键和疏水键等 )的作用，形成 E-S反应中
间物
? 其结果使底物的价键状态发生形变或极
化，起到激活底物分子和降低过渡态活
化能作用。
? 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，并被严格定向
定位，使酶促反应具有高效率和专一性特
点。
邻基效应和定向效应
3,酶的高效性的解释
1) 底物与酶的邻近效应和定向效应
2) 底物分子的形变和扭曲
3) 共价催化
4) 酸碱催化
5) 活性部位微环境的影响
4,酶的专一性的解释
(a),三点结合, 的催化理论
? 认为酶与底物的
结合处至少有三
个点，而且只有
一种情况是完全
结合的形式。只
有这种情况下，
不对称催化作用
才能实现。
（ b）锁钥学说：
? 认为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
（ c）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,
第五节 酶促反应的速度和影响因素
? 在低底物浓度时,反应
速度与底物浓度成正比，
表现为一级反应特征。
? 当底物浓度达到一定值，
几乎所有的酶都与底物
结合后，反应速度达到
最大值（ Vmax），此时
再增加底物浓度，反应
速度不再增加，表现为
零级反应。
1、底物浓度对酶促反应速度的影响
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
20
40
60
80
100
C o n c e n t r a t i o n o f S u b s t r a t e ( u m o l / L )
R
a
t
e
o
f
R
e
a
c
t
i
o
n
(
v
)
? 1）, 米氏方程
V=
V m a x [ S ]
K m + [ S ]
?Km 即为米氏常数，
?Vmax为最大反应速度
?当反应速度等于最大速度
一半时,即 V = 1/2 Vmax,
Km = [S]
?上式表示,米氏常数是反应
速度为最大值的一半时的底
物浓度。
?因此,米氏常数的单位为
mol/L。
米氏常数 Km的意义
? 不同的酶具有不同 Km值，它是酶的一个
重要的特征物理常数。
? Km值只是在固定的底物，一定的温度和
pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，
不同条件下具有不同的 Km值。
? Km值表示酶与底物之间的亲和程度,Km
值大表示亲和程度小，酶的催化活性低 ;
Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。
2）, 米氏常数的求法
? 1 Km 1 1
? ??? = ?? ? ??? + ??
? V Vmax [S] Vmax
-4 -2 0 2 4 6 8 10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1/[S ](1/ m m ol,L
-1
)
1/v
双倒数作图法
斜率 =Km/Vmax
-1/Km
1/Vmax
2,酶浓度的影响
在一定温度和 pH下, 酶促反应在底物浓度大大超过
酶浓度时, 速度与酶的浓度呈正比 。
酶浓度对速度的影响机理：酶浓度增加,[ES]也增
加，而 V=k3[ES]，故反应速度增加 。
3,pH 的影响
? 在一定的 pH 下,
酶具有最大的
催化活性,通常
称此 pH 为 最适
pH。
? Pepsin 胃蛋白酶
? Arginase 精氨酸酶
? Salivary amylase
唾液淀粉酶
pH对酶促反应速度的影响机理：
1.pH影响酶和底物的解离,酶的活性基团的解离受 pH影响,
底物有的也能解离, 其解离状态也受 pH的影响, 在某一
反应 pH下, 二者的解离状态最有利于它们的结合, 酶促
反应表现出最大活力, 此 pH称为酶的最适 pH；当反应 pH
偏离最适 pH时, 酶促反应速度显著下降 。
2.pH影响酶分子的构象,过高或过低 pH都会影响酶分子活
性中心的构象, 或引起酶的变性失活 。
动物体内多数酶的最适 pH值接近中性，但也有例
外，如胃蛋白酶的最适 pH约 1.8，肝精氨酸酶最适 pH
约为 9.8。
酶 最适 pH 酶 最适 pH 酶 最适 pH
胃蛋白酶 1.8 过氧化氢酶 7.6 延胡索酸酶 7.8
胰蛋白酶 7.7 精氨酸酶 9.8 核糖核酸酶 7.8
最适 pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲
液的种类和浓度以及酶的纯度等因素的影响。
4、温度的影响
? 一方面是温度升高,酶
促反应速度加快。
? 另一方面,温度升高,酶
的高级结构将发生变化
或变性，导致酶活性降
低甚至丧失。
? 因此大多数酶都有一个
最适温度 。 在最适温
度条件下,反应速度最
大。
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
20
40
60
80
100
T e m p e r a t u r e
O
C
R
e
l
a
t
i
v
e
A
c
t
i
v
i
t
y
(
%
)
温度对酶促反应速度的影响机理：
1.温度影响反应体系中的活化分子数,温度增加, 活化分子
数增加, 反应速度增加 。
2.温度影响酶的活性,过高的温度使酶变性失活, 反应速度
下降 。
最适温度不是酶的特征常数, 因为一种酶的最适温度
不是一成不变的, 它要受到酶的纯度, 底物, 激活剂, 抑
制剂, 酶反应时间等因素的影响 。 因此, 酶的最适温度与
其它反应条件有关 。
5、抑制剂对酶活性的影响
?使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。
?
?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。
a,不可逆抑制
不可逆性抑制作用的抑制剂，通常
以共价键方式与酶的必需基团进行不可
逆结合而使酶丧失活性，按其作用特点，
又有专一性及非专一性之分。
1） 抑制剂的作用方式
专一性不可逆抑制
抑制剂与酶反应中心
的活性基团以共价形式
结合，引起酶的永久性
失活。如有机磷毒剂。
有机磷杀虫剂能专一
作用于胆碱酯酶活性中心的
丝氨酸残基，使其磷酰化而
不可逆抑制酶的活性。
非专一性不可逆抑制
抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必
需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑
制剂结合，从而导致酶的抑制失活。某些重金属 (Pb++、
Cu++,Hg++)及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进
行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶 (通称 巯基
酶 )，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇
(british anti lewisite,BAL)或二巯基丁二酸钠等含巯基
的化合物可使酶复活 。
b,可逆抑制
抑制剂与酶蛋白以非共价方式结
合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂
可以通过 透析等方法 被除去，并且能
部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制
剂与酶结合的情况，又可以分为两类
(1) 竟争性抑制
? 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因
而能与底物竟争与酶活性中心结合。当
抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥
在反应中心之外，其结果是酶促反应被
抑制了。
? 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，
即提高底物的竞争能力来消除。
竟
争
性
抑
制
竟争性抑制
竟争性抑制
(2) 非竟争性抑制
? 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构
象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并
不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为
非竞争性抑制剂。
? 如某些金属离子（ Cu2+,Ag+,Hg2+）以及 EDTA
等，通常能与酶分子的调控部位中的 -SH基团
作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。
非
竟
争
性
抑
制
一 酶的命名及分类
? (1)习惯命名法,
? 1,根据其催化底物来命名；
1.酶的命名
2,根据所催化反应的性质来命名；
? 3,结合上述两个原则来命名，
? 4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它
特点。
(2)国际系统命名法
? 系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后
加一个酶字 。
? 例如：
? 习惯名称,谷丙转氨酶
? 系统名称,丙氨酸,?-酮戊二酸氨基转移酶
? 酶催化的反应,
? 谷氨酸 + 丙酮酸 ?? ?-酮戊二酸 + 丙氨酸
二,酶的分类
? 水解酶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 (Lipase)催化的脂的水解反应：
(1) 水解酶 hydrolase
H 2 OC O O C H 2 C H 3R R C O O H C H 3 C H 2 O H
2,酶的分类
? 氧化 -还原酶催化氧化 -还原反应。
? 主要包括脱氢酶 (dehydrogenase)和氧化酶
(Oxidase)。
? 如，乳酸 (Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
(2) 氧化 -还原酶 Oxidoreductase
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
2,酶的分类
? 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。
(3) 转移酶 Transferase
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
2,酶的分类
? 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或
原子形成双键的反应及其逆反应。
? 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。
(4) 裂合酶 Lyase
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
2,酶的分类
? 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，
即底物分子内基团或原子的重排过程。
例如,6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
(5) 异构酶 Isomerase
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
2,酶的分类
? 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。
? A + B + ATP + H-O-H ===A ? B + ADP +Pi
? 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。
丙酮酸 + CO2 ? 草酰乙酸
(6) 合成酶 Ligase or Synthetase
2,酶的分类
? 核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的 RNA，
能够催化 RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反
应。
(7) 核酸酶（催化核酸） ribozyme
3'3'
3'3'3'
3'3'3'3'
3'
5'5'5'5'
5'
5'5'5'5'5'
BBBBB
PP P
+
P O HPP
BBBB
PPPP
P
B
P
5.2 维生素与辅酶
? 维生素是机体维持正常生命活动所必不
可少的一类有机物质。
? 维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两
大类。其中脂溶性维生素在体内可直接
参与代谢的调节作用，而水溶性维生素
是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。
辅酶 coenzyme和金属离子
? 根据酶的组成情况, 可以将酶分为两大类：
? 单纯蛋白酶,它们的组成为单一蛋白质,
? 结合蛋白酶,某些酶, 例如氧化 -还原酶等,
其分子中除了蛋白质外, 还含有非蛋白组分,
? 结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白, 非蛋白
质 部 分 包 括 辅 酶 及 金 属 离 子 ( 或 辅 因 子
cofactor)。
? 酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶 。
单纯的酶蛋白无催化功能,
2.1水溶性维生素与辅酶
? 某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协
同实施催化作用, 这类分子被称为辅酶 （ 或辅
基 ） 。
? 辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物 。
参与的酶促反应主要为氧化 -还原反应或基团转
移反应 。
? 大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。
许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。
(1) 维生素 PP
? 菸酸和菸酰胺, 在体内转变为辅酶 I和
辅酶 II。
? 能维持神经组织的健康 。 缺乏时表现出
神经营养障碍, 出现皮炎 。
N
C O O H
N
C O N H 2
(1) 维生素 PP和 NAD+ 和 NADP+
? NAD+ (烟酰胺 -腺嘌呤二核苷酸, 又称为辅
酶 I) 和 NADP+(烟酰胺 -腺嘌呤磷酸二核苷酸,
又称为辅酶 II )是维生素烟酰胺的衍生物,
O
C H 2 O P O P O C H 2
O H O H
O O
O
-
O
-
N
+
C O N H 2
O
O H O H ( O P O 3 H 2 )
N
N
N H 2
N
N
功
能
：
是
多
种
重
要
脱
氢
酶
的
辅
酶
。
(2)核黄素（ VB2)
? 核黄素 (维生素 B2)由核糖醇和 6,7-二甲基异咯嗪两
部分组成 。
? 缺乏时组织呼吸减弱, 代谢强度降低 。 主要症状为口
腔发炎, 舌炎, 角膜炎, 皮炎等 。
N
C
C
N H
N
N
O
O
C H 2 C H C H C H C H 2 O P O H
O H O H O H O
O H
C H 3
C H 3
(2)核黄素和 FAD和 FMN
? FAD(黄素 -腺嘌呤二核苷酸 )和 FMN(黄素单核苷
酸 )是核黄素 (维生素 B2)的衍生物,C H
3
C H 3
N
C
C
N H
N
N
O
O
C H 2 C H C H C H C H 2 O P O
O H O H O H O
O H
O
C H 2
O H O H
N
N
N H 2
N
N
F M N F A D
功
能
：
在
脱
氢
酶
催
化
的
氧
化-
还
原
反
应
中
，
起
着
电
子
和
质
子
的
传
递
体
作
用
。
(3) 泛酸和辅酶 A(CoA)
? 维生素 (B3)-泛酸是由 ?,?-二羟基 -?-二甲基丁
酸和一分子 ?- 丙氨酸缩合而成 。
C H 2 C
C H 3
C H 3
C H
O H
C
O
N H C H 2 C H 2 C
O H
C O O H
O
(3) 泛酸和辅酶 A(CoA)
? 辅酶 A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，
它的前体是维生素 (B3)泛酸。
C H
2
C
C H
3
C H
3
C H
O H
C
O
N H C H
2
C H
2
C N H C H
2
C H
2
S H
O
O
O O HP
O
O H
H O
N
N
N H
2
N
N
O
P
O
O O H
PO O
O H
C H
2
功
能
：
是
传
递
酰
基
，
是
形
成
代
谢
中
间
产
物
的
重
要
辅
酶
。
(4) 叶酸和四氢叶酸 (FH4或 THFA)
? 四氢叶酸是合成酶的辅酶, 其前体是叶酸 (又称为蝶酰
谷氨酸, 维生素 B11)。
N
N
H 2 N
O H
N
N
H
H
C H 2
H
H
H
N H C
O
N H C H C O O H
C H 2
C H 2
C O O H
?四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团, 如 -CH3,-CH2-,
-CHO 等的载体, 参与多种生物合成过程 。
(5) 硫胺素
? 硫胺素 (维生素 B1)在体内以 焦磷酸硫胺素 (TPP)形
式存在 。 缺乏时表现出多发性神经炎, 皮肤麻木,
心力衰竭, 四肢无力, 下肢水肿 。
C l
-
N
+
S
C H 3
C H 2 C H 2 O H
N
N
N H 2
H 3 C
C H 2
(5) 硫胺素和焦磷酸硫胺素 (TPP)
? 焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶, 它的前体是硫胺
素 (维生素 B1)。
N
N
N H 2
H 3 C
C H 2 N
+
S
C H 3
C H 2 C H 2 O P O
O
P
O H
O H
O
O H
C l
-
功
能
：
是
催
化
酮
酸
的
脱
羧
反
应
(6)吡哆素
? 吡多素 (维生素 B6,包括吡哆醇, 吡哆醛和吡哆胺 )。
N
H 3 C
H O
C H 2 N H 2
C H 2 O H
N
H 3 C
H O
C H O
C H 2 O H
(6)吡哆素和磷酸吡哆素
? 磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 。
N
H 3 C
H O
C H O
C H 2 O P O H
O
O H
N
H 3 C
H O
C H 2 N H 2
C H 2 O P O H
O
O H
磷酸吡哆醛 磷酸吡哆胺
?磷酸吡多素是转氨酶的辅酶, 转氨酶通过磷酸吡多醛和
磷酸吡多胺的相互转换, 起转移氨基的作用 。
(7) 生物素
? 生物素是羧化酶的辅酶, 它本身就是一种 B族维生素 B7。
H N N H
C
O
C HH 2 C
S
( C H 2 ) 4 C O O H
生物素的功能是作为 CO2的递体，在生物合成中起传递和
固定 CO2的作用。
(8) 维生素 B12辅酶
? 维生素 B12又称为钴胺素。
维生素 B12分子中与 Co+
相连的 CN基被 5’ -脱氧
腺苷所取代，形成维生
素 B12辅酶。
? 维生素 B12辅酶的主要功
能是作为变位酶的辅酶，
催化底物分子内基团
(主要为甲基 )的变位反
应。
结构
（ 9）硫辛酸
? 硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是
6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化
型）和二氢硫辛酸（还原型）,
S C H
S C H
C H 2
C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O O H
(10) 辅酶 Q(CoQ)
? 辅酶 Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的
线粒体中，其结构为：
O
O
C H 3 O
C H 3 O
C H 3
( C H 2 C H C C H 2 ) n H
C H 3
n =6- 10
?辅酶 Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是
作为线粒体呼吸链氧化 -还原酶的辅酶，在酶与
底物分子之间传递电子。
维生素 C
? 在体内参
与氧化还
原反应，
羟化反应。
人体不能
合成 。
C
C
C
C
C
C H
2
O H
O
H O
H O
H
H O H
O
O
C
C
O
O
O
HH O
H
C H
2
O H
C
C
C
2.2脂溶性维生素
? 维生素 A,D,E,K均溶于脂类溶剂，不溶于
水，在食物中通常与脂肪一起存在，吸
收它们，需要脂肪和胆汁酸。
1，维生素 A
? 维生素 A分 A1,A2两种，是不饱和一元醇
类。维生素 A1又称为视黄醇,A2称为脱
氢视黄醇。
C H 2 O H
C H 2 O H
A 1
A 2
2,维生素 D
? 维生素 D是固醇类化合物，主要有 D2,D3,
D4,D5。其中 D2,D3活性最高。
麦角固醇
7- 脱氢胆固醇
2 2 - 双氢麦角固醇
7- 脱氢谷固醇
维生素 D2
维生素 D3
维生素 D4
维生素 D5
维生素 D的结构
? 在生物体内,D2和
D3本身不具有生物
活性。它们在肝脏
和肾脏中进行羟化
后，形成 1,25-二
羟基维生素 D。其中
1,25-二羟基维生
素 D3是生物活性最
强的。H O
R
3，维生素 E
? 又叫做生育酚，目前发现的有 6种，其中
?,?,?,?四种有生理活性。
O
H O
R 2
R 1
R 3
4，维生素 K ? 维生素 K有 3种,K1,K2,K3。其中 K3是人工合成的。维生
素 K是 2-甲基萘醌的衍生物。
O
O
O
O
C H
2
[ C H C ( C H
3
) C H
2
C H
2
]
5
C H C ( C H
3
)
2
三、辅酶在酶促反应中的作用
特点
? 辅酶在催化反应过程中, 直接参加了反应 。
? 每一种辅酶都具有特殊的功能, 可以特定地催
化某一类型的反应 。
? 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成
不同的全酶 。
? 一般来说, 全酶中的辅酶决定了酶所催化的类
型 （ 反应专一性 ）, 而酶蛋白则决定了所催化
的底物类型 （ 底物专一性 ） 。
四、酶分子中的金属离子
? 根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：
金属酶和金属激酶。
? 在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合紧密。如
Fe2+/ Fe3+, Cu+/Cu3+,Zn2+, Mn2+,Co2+ 等。
? 金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶
促反应中传递电子，原子或功能团 。
金属酶中的金属离子与配体
? 金属离子 配体 酶或蛋白
? Mn2+ 咪唑 丙酮酸脱氢酶
? Fe2+/Fe3+ 卟啉环，咪唑,血红素，
含硫配体 氧化 -还原酶，
过氧化氢酶
? Cu+/Cu2+ 咪唑，酰胺 细胞色素氧化酶
? Co2+ 卟啉环 变位酶
? Zn2+ -NH3，咪唑，（ -RS） 碳酸酐酶，醇脱氢酶
? Pb2+ -SH d-氨基 - g-酮戊二酸脱水酶
? Ni2+ -SH 尿酶
金属激酶中的金属离子
? 激酶是一种磷酸化酶类，在 ATP存在下 催化葡
萄糖，甘油等磷酸化。
? 其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶
液中，酶与这类离子结合而被激活。
? 如 Na+, K+,Mg2+,Ca2+ 等。金属离子对酶
有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种
酶有激活作用。
酶的活性中心 (active center)
?与底物相结合并将底物转化为产物的区
域
?对于结合酶来说，辅酶或辅基往往是活
性中心的组成成分
第四节 酶的结构及 催化作用机制
一,酶分子的结构特点
1．结合部位 Binding
site
酶分子中与底物结合
的部位或区域一般称为
结合部位。
? 酶分子中促使底物发生化学
变化的部位称为催化部位 。
? 通常将酶的结合部位和催化
部位总称为酶的活性部位或
活性中心。
? 结合部位决定酶的专一性，
? 催化部位决定酶所催化反应
的性质。
2.催化部位 catalytic site
? 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。
3．调控部位 Regulatory site
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
酶的分子中存在着许多功能基团，例如,-NH2,-COOH,-
SH,-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与
酶活性有关的基团称为酶的必需基团。必需基团可分为四种：
1）接触残基（ contact residue）
直接与底物接触的基团，它们参与底物的化学转变，
是活性中心的主要必需基团。
?结合基团 (binding group)：与底物结合
?催化基团 (catalytic group)：催化底物发生化学变化
还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但
为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是
酶的活性中心以外的必需基团。
2）辅助残基 (auxiliary residue)
这种残基既不直接与底物结合，也
不催化底物的化学反应，但对接触残基
的功能有促进作用。它可促进结合基团
对底物的结合，促进催化基团对底物的
催化反应。它也是活性中心不可缺少的
组成部分。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
3） 结构残基 （ structure residue）
这是活性中心以外的必需基团, 它们
与酶的活性不发生直接关系, 但它们可
稳定酶的分子构象, 特别是稳定酶活性
中心的构象, 因而对酶的活性也是不可
缺少的基团, 只是起间接作用而已 。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
4） 非贡献残基 （ noncontribution residue）
?酶分子中除上述基团外的其它基团, 它们对酶的活
性, 没有贡献,, 也称为非必需基团 。
?它们可能在系统发育的物种专一性方面, 免疫方面
或者在体内的运输转移, 分泌, 防止蛋白酶降解的
方面起一定作用
?这些基团的存在也可能是该酶迄今未发现的新的活
力类型的活力中心 。
4.酶活性中心的必需基团 (essential group)
5.酶活性中心证明方法
1） 切除法
对小分子且结构已知的酶多用此法 。
用专一性的酶切除一段肽链后剩余的
肽链仍有活性, 说明切除的肽链与活
性无关, 反之, 切除的肽链与活性有
关 。
2） 化学修饰法
用化学试剂与酶蛋白中的氨基酸残基的侧链基团发生反
应引起共价结合, 氧化或还原等修饰, 称之为化学修饰 。 酶
分子中可以修饰的基团有,-SH,-OH,咪唑基, 氨基, 羧
基, 胍基等, 修饰剂已有七十多种, 但专一性的修饰剂不多 。
? 判断方法
? 缺点
也有可能酶活性部位外的某个氨基酸残基侧链的修饰而
影响酶分子的正常空间结构，而导致酶活性的丧失。
? 排除方法
底物保护法
5.酶活性中心证明方法
根据修饰剂是否专一性结合酶的活性中心的特定
基团, 化学修饰可分为：
? 非特异性共价共接修饰,修饰试剂既可与酶的活性部位的某特异
基团结合, 又可与酶的非活性部位的同一基团结合, 称之为非特
异性共价共价修饰 。
此法适用于所修饰的基团只存在与活性部位, 在非活性部位
不存在或极少存在 。 判断标准是一：酶活力的丧失程度与修饰剂
的浓度成正比；二：底物或竞争性抑制剂保护下可防止修饰剂的
抑制作用 。
? 特异性的共价修饰,
DIFP（二异丙基氟磷酸）可专一性地结合丝氨酸蛋白酶活性
部位的丝氨酸 — OH而使酶失活。 DIFP一般不与蛋白质反应，也不
与含丝氨酸的蛋白酶原或变性的酶反应，只与活性的酶且活性部
位含丝氨酸的酶结合。
5.酶活性中心证明方法
3） 亲和标记法
含反应基团的底物类似物, 作为活性部位的标
记试剂, 它能象底物一样进入酶的活性部位, 并
以其活泼的化学基团与酶的活性基团的某些特定
基团共价结合, 使酶失去活性 。
如胰凝乳蛋白酶最适底物为,N— 对甲苯磺
酰 — L— 苯丙氨酰乙酯或甲酯, 根据此结构设计的
亲和标记试剂为,N— 对甲苯磺酰 — 苯丙氨酰氯甲
基酮 （ TPCK） 。
5.酶活性中心证明方法
4） X— 射线衍射法
把一纯酶的 X— 射线晶体衍射图
谱与酶与底物反应后的 X-射线图谱
相比较，即可确定酶的活性中心。
5.酶活性中心证明方法
5.酶的活性中心的一级结构
应用化学修饰法对多种酶的活性中心进行研究发现,
在酶的活性中心处存在频率最高的氨基酸残基是：丝氨酸,
组氨酸, 天冬氨酸, 酪氨酸, 赖氨酸和半胱氨酸 。 如果用
同位素标记酶的活性中心后, 将酶水解, 分离带标记水解
片段, 对其进行一级结构测定, 就可了解酶的活性中心的
一级结构 。
对各种蛋白水解酶进行类似的分析，功能类似的酶在
一级结构上有惊人的相似性。见下表所示：
酶 氨基酸顺序
胰蛋白酶（牛）
胰凝乳蛋白酶（牛）
弹性蛋白酶（猪）
凝血酶（牛）
蛋白酶（ S.griseus）
-天冬,丝,半胱,谷酰胺,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,缬 -
-丝,丝,半胱,甲硫,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,亮 -
-丝,甘,半胱,谷酰胺,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,亮 -
-天冬,丙,半胱,谷,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,苯丙 -
-苏,半胱,谷,甘,天冬,丝,甘,甘,脯,甲硫 -
从上表可知，一些丝氨酸蛋白酶在活性丝氨酸附近的氨
基酸几乎完全一样，而且这个活性丝氨酸最邻近的 5-6氨基
酸顺序，从微生物到哺乳动物都一样，说明蛋白质活性中心
在种系进化上有严格的保守性。
6.酶的活性与高级结构的关系
酶的活性不仅与一级结构有关, 而且与其高级结构密切相关 。
就某种程度而言, 在酶的活性表现上, 高级结构甚至比一级结构
更为重要 。 高级结构是形成酶特定空间结构的保证, 高级结构破
坏, 酶失去活性 。
7.酶原激活
有些酶在细胞内合成时，或初分泌时，没有催化活性，这种
无活性状态的酶的前体称为 酶原 (zymogen)。酶原向活性的酶转
化的过程称为 酶原激活 。酶原激活实际上是酶的活性中心形成或
暴露的过程。
胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧肽酶、弹性蛋白酶等
等
某些酶原的激活过程
酶原 激活条件 活化的酶 水解掉的肽段
胃蛋白酶原 胃蛋白酶 六肽
胰蛋白酶原 胰蛋白酶 六 肽
糜蛋白酶原 A α -糜蛋白酶 两个二肽
羧肽酶原 A 羧肽酶 A 几个碎片
弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 几个碎片
例如：
胰蛋白酶原进入小肠后，受肠激酶或胰蛋白酶本
身的激活，第 6位赖氨酸与第 7位异亮氨酸残基之间的
肽键被切断，水解掉一个六肽，酶分子空间构象发生
改变，产生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原变成了有
活性的胰蛋白酶。
除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶
解的酶类，也都以酶原的形式存在。
胰蛋白酶原激活示意图
糜蛋白酶原的激活过程 胃蛋白酶原的激活过程
胃蛋白酶原的激活过程
酶原激活的生理意义在于避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消
化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。
二,酶的作用机制
1,酶为什么能催化化学反应
一个化学反应要能够发生，关键的是反应体系中的分子必须
具备一定能量即分子处于活化状态，活化分子比一般分子多
含的能量就称为 活化能 。反应体系中活化分子越多，反应就
越快。因此，设法增加活化分子数量，是加快化学反应的唯
一途径。增加反应体系的活化分子数有两条途径,一是向反
应体系中加入能量,如通过加热、加压、光照等，另一途
径是降低反应活化能。 酶的作用就在于降低化学反应活化能 。
非催化过程和催化过程自由能的变化
2,酶如何降低化学反应的活化能
------中间产物学说
中间产物学说认为：酶在催化化学反应时, 酶与底物首
先形成不稳定的中间物, 然后分解酶与产物 。 即酶将原来
活化能很高的反应分成两个活化能较低的反应来进行, 因
而加快了反应速度 。
S + E → ES → P + E
底物 酶 中间产物 产物
中间产物学说已经得到一些可靠的实验依据。如，用
吸光法证明了含铁卟啉的过氧化物酶参加反应时，单纯的
酶的吸收光谱与加入了第一个底物 H2O2后确实产生了变化。
?反应方向,即化学平衡方向,主要取决于
反应自由能变化 ?H?。
?而反应速度快慢,则主要取决于反应的活
化能。
?催化剂的作用是降低反应活化能,从而起
到提高反应速度的作用
反应过程中能的变化
? 酶催化作用的本质是 酶的活性中心与底
物分子通过短程非共价力 (如氢键,离子
键和疏水键等 )的作用，形成 E-S反应中
间物
? 其结果使底物的价键状态发生形变或极
化，起到激活底物分子和降低过渡态活
化能作用。
? 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，并被严格定向
定位，使酶促反应具有高效率和专一性特
点。
邻基效应和定向效应
3,酶的高效性的解释
1) 底物与酶的邻近效应和定向效应
2) 底物分子的形变和扭曲
3) 共价催化
4) 酸碱催化
5) 活性部位微环境的影响
4,酶的专一性的解释
(a),三点结合, 的催化理论
? 认为酶与底物的
结合处至少有三
个点，而且只有
一种情况是完全
结合的形式。只
有这种情况下，
不对称催化作用
才能实现。
（ b）锁钥学说：
? 认为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
（ c）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,
第五节 酶促反应的速度和影响因素
? 在低底物浓度时,反应
速度与底物浓度成正比，
表现为一级反应特征。
? 当底物浓度达到一定值，
几乎所有的酶都与底物
结合后，反应速度达到
最大值（ Vmax），此时
再增加底物浓度，反应
速度不再增加，表现为
零级反应。
1、底物浓度对酶促反应速度的影响
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
20
40
60
80
100
C o n c e n t r a t i o n o f S u b s t r a t e ( u m o l / L )
R
a
t
e
o
f
R
e
a
c
t
i
o
n
(
v
)
? 1）, 米氏方程
V=
V m a x [ S ]
K m + [ S ]
?Km 即为米氏常数，
?Vmax为最大反应速度
?当反应速度等于最大速度
一半时,即 V = 1/2 Vmax,
Km = [S]
?上式表示,米氏常数是反应
速度为最大值的一半时的底
物浓度。
?因此,米氏常数的单位为
mol/L。
米氏常数 Km的意义
? 不同的酶具有不同 Km值，它是酶的一个
重要的特征物理常数。
? Km值只是在固定的底物，一定的温度和
pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，
不同条件下具有不同的 Km值。
? Km值表示酶与底物之间的亲和程度,Km
值大表示亲和程度小，酶的催化活性低 ;
Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。
2）, 米氏常数的求法
? 1 Km 1 1
? ??? = ?? ? ??? + ??
? V Vmax [S] Vmax
-4 -2 0 2 4 6 8 10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1/[S ](1/ m m ol,L
-1
)
1/v
双倒数作图法
斜率 =Km/Vmax
-1/Km
1/Vmax
2,酶浓度的影响
在一定温度和 pH下, 酶促反应在底物浓度大大超过
酶浓度时, 速度与酶的浓度呈正比 。
酶浓度对速度的影响机理：酶浓度增加,[ES]也增
加，而 V=k3[ES]，故反应速度增加 。
3,pH 的影响
? 在一定的 pH 下,
酶具有最大的
催化活性,通常
称此 pH 为 最适
pH。
? Pepsin 胃蛋白酶
? Arginase 精氨酸酶
? Salivary amylase
唾液淀粉酶
pH对酶促反应速度的影响机理：
1.pH影响酶和底物的解离,酶的活性基团的解离受 pH影响,
底物有的也能解离, 其解离状态也受 pH的影响, 在某一
反应 pH下, 二者的解离状态最有利于它们的结合, 酶促
反应表现出最大活力, 此 pH称为酶的最适 pH；当反应 pH
偏离最适 pH时, 酶促反应速度显著下降 。
2.pH影响酶分子的构象,过高或过低 pH都会影响酶分子活
性中心的构象, 或引起酶的变性失活 。
动物体内多数酶的最适 pH值接近中性，但也有例
外，如胃蛋白酶的最适 pH约 1.8，肝精氨酸酶最适 pH
约为 9.8。
酶 最适 pH 酶 最适 pH 酶 最适 pH
胃蛋白酶 1.8 过氧化氢酶 7.6 延胡索酸酶 7.8
胰蛋白酶 7.7 精氨酸酶 9.8 核糖核酸酶 7.8
最适 pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲
液的种类和浓度以及酶的纯度等因素的影响。
4、温度的影响
? 一方面是温度升高,酶
促反应速度加快。
? 另一方面,温度升高,酶
的高级结构将发生变化
或变性，导致酶活性降
低甚至丧失。
? 因此大多数酶都有一个
最适温度 。 在最适温
度条件下,反应速度最
大。
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
20
40
60
80
100
T e m p e r a t u r e
O
C
R
e
l
a
t
i
v
e
A
c
t
i
v
i
t
y
(
%
)
温度对酶促反应速度的影响机理：
1.温度影响反应体系中的活化分子数,温度增加, 活化分子
数增加, 反应速度增加 。
2.温度影响酶的活性,过高的温度使酶变性失活, 反应速度
下降 。
最适温度不是酶的特征常数, 因为一种酶的最适温度
不是一成不变的, 它要受到酶的纯度, 底物, 激活剂, 抑
制剂, 酶反应时间等因素的影响 。 因此, 酶的最适温度与
其它反应条件有关 。
5、抑制剂对酶活性的影响
?使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。
?
?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。
a,不可逆抑制
不可逆性抑制作用的抑制剂，通常
以共价键方式与酶的必需基团进行不可
逆结合而使酶丧失活性，按其作用特点，
又有专一性及非专一性之分。
1） 抑制剂的作用方式
专一性不可逆抑制
抑制剂与酶反应中心
的活性基团以共价形式
结合，引起酶的永久性
失活。如有机磷毒剂。
有机磷杀虫剂能专一
作用于胆碱酯酶活性中心的
丝氨酸残基，使其磷酰化而
不可逆抑制酶的活性。
非专一性不可逆抑制
抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必
需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑
制剂结合，从而导致酶的抑制失活。某些重金属 (Pb++、
Cu++,Hg++)及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进
行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶 (通称 巯基
酶 )，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇
(british anti lewisite,BAL)或二巯基丁二酸钠等含巯基
的化合物可使酶复活 。
b,可逆抑制
抑制剂与酶蛋白以非共价方式结
合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂
可以通过 透析等方法 被除去，并且能
部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制
剂与酶结合的情况，又可以分为两类
(1) 竟争性抑制
? 某些抑制剂的化学结构与底物相似，因
而能与底物竟争与酶活性中心结合。当
抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥
在反应中心之外，其结果是酶促反应被
抑制了。
? 竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，
即提高底物的竞争能力来消除。
竟
争
性
抑
制
竟争性抑制
竟争性抑制
(2) 非竟争性抑制
? 酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构
象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并
不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为
非竞争性抑制剂。
? 如某些金属离子（ Cu2+,Ag+,Hg2+）以及 EDTA
等，通常能与酶分子的调控部位中的 -SH基团
作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。
非
竟
争
性
抑
制
