第三章 酶（ Enzyme）
Introduction
? 酒的发酵
1(葡萄糖 ) ?? 2(乙醇 )+2(CO2)
? 1913年 Michaelis和 Mentenj提出 米氏学说
(酶促动力学原理 )
? 1926年 Sumner 第一次从刀豆中提出了 脲
酶结晶 。证明了酶是蛋白质。
第一节 Concept of Enzyme
一．酶是生物催化剂
酶是一类由活细胞产生的，具有催化活性和
高度专一性的特殊蛋白质。它不同于化学上的
催化剂，反应条件温和、稳定：
① 很强的催化效率
② 高度的专一性
③ 酶促反应没有副反应
④ 酶的催化作用可以调控
⑤ 酶的化学本质是蛋白质
一,酶是生物催化剂（续）
(一 ) 酶与一般催化剂比较有如下 共性,
1．用量少而催化效率高
2．不改变化学反应的平衡点 (平衡常数 )
只改变反应速度
3．可降低反应的活化能
非催化过程及催化过程自由能的变化 (见 图 )
(二 ) 酶的 特性
1,催化效率高
2,酶的作用具有高度的 专一性
一种酶只能作用某一类或一种特定的物质。
被酶作用的物质，称为该酶的 底物 。
3,酶容易失活
凡使蛋白质变性的因素，如强酸、强碱、高
温或高光强等条件可使酶完全失去活性。
(二 ) 酶的 特性 (续 )
4,酶的活力是可以调节控制的
抑制调节
共价修饰调节
反馈调节
酶原调节
激素调节
5,酶的催化活力与 辅助因子 有关
辅酶、辅基、金属离子
酶的专一性 (Specificity)
Absolute ~,只作用于一种底物。
如脲酶,H2O2酶。
Relative ~,对 (结构相似的 )某一类物质起作用。
又可分为三种：
键专一性, e.g,脂肪酶
基团 (簇 )专一性, e.g,胰蛋白酶,α-D-糖苷酶
立体异构专一性, 首先看底物有无 (旋光、几何 )异构
二．酶的化学本质
(一 ) 酶的化学本质是蛋白质
“所有的酶都是蛋白质” ——但也有
RNA。
简单蛋白质
结合蛋白质
Key Point:
? 并非所有的蛋白质都是酶。只有具有催化作用的蛋
白质才是酶。
? 酶的概念的发展与完善。
二．酶的化学本质
(二 ) 酶是细胞内产生的，可作用于胞内胞外。
胞内酶
胞外酶
第二节 酶的化学组成、结构与
功能的关系
一．酶的组成、分类与辅助因子
（一）依 组成 可分为
单纯酶：只有蛋白质。如水解酶
结合酶：除蛋白质外，还结合非蛋白成分，称
全酶 。
全酶 = 酶蛋白 + 辅因子 (co-factor)
判断：活性？
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
辅因子 (co-factor),
? 按其与蛋白质 结合牢固程度 可分为：
辅酶：非共价的松散结合，易分离 ?透析
辅基：结合较紧 ?不能透析将它分开
? 按 化学本质 分为：
无机金属元素,Cu2+,Zn2+,Mg2+
小分子有机物,Vt、铁卟啉
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
结合酶各组分的作用,
? 酶蛋白,
决定酶催化反应的专一性。
? 辅助因子,
决定酶催化反应的类型。
传递氢、电子、原子或其它基团
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
结合酶各组分的作用,
? 一种酶蛋白只有与其特定的辅助因子结合才有催化
作用。
但同一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。
如：脱氢酶的 NAD+
? 金属离子作为辅助因子的作用,
酶活性中心的组成成分 e.g.传递电子、“桥梁”
稳定酶催化活性中心的空间构象
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
（一）依酶的 结构 可分为
单体酶,只有一条多肽链 (一个亚基 )，有时 -S-S-连
接两条肽链。
寡聚酶,几到几十个亚基以非共价结合。
多酶体系,完整细胞内某一代谢过程中由若干酶
形成的 反应链 体系。也叫“多酶复合
体”。
二．酶的活性中心和必需基团
（一） 活性中心,(active site)
能与底物结合，并与催化作用直接相连
的部位。
结合中心,决定酶促反应的专一性 (binding site)
催化中心,决定酶促反应的性质 (类型 ) (catalytic site)
单纯酶与结合酶有所不同。
Key Point:
能结合，但不一定发生催化反应。
二．酶的活性中心和必需基团
（二） 必需基团：
指酶蛋白上与酶活性密切相关的基团。这些基
团经化学修饰 (如酰基化、烷化 )作用，酶会失活。
? 必需 基团在酶蛋白上，而辅助因子是非蛋白部分。
? 必需 基团往往分布于酶的活性中心；有的不在此处，但对酶维
持活性所需的空间构象起稳定作用。
? 活性中心 肯定是 必需基团,而必需基团除活性中心外，还有位
于非活性中心的某些基团。
三．酶原的激活
酶原：
指具有催化活性的酶的前身，本身无活性。
两个问题：细胞内酶产生于何处？在哪里起作用？
意义：
? 保护形成酶原的部位不受该酶的破坏。
? 酶活可以调控的很好例子之一。
NB 并不是所有酶都以酶原形式存在。
四．同工酶
同工酶：
指在同一细胞内，可以催化相同的化学反应，
但其结构不同、性质不完全相同的一类酶。
e.g,LDH（乳酸脱氢酶）
问题,酶的特异性与同工酶现象有何关系？
?说明：这几种酶的活性中心相同。即构成活性中心的基团形成
相同的结构、构象或非常相似。但这又仅仅是定性的。
其物理化学性质、反应速率、催化机理可能很不一样！
第三节 酶的分类与命名
一、酶的命名
二、酶的分类
三、酶的编号
一、酶的命名
习惯命名法,（ accustomed name）
-酶的底物
-酶催化反应的性质
-二者结合命名
-再加上酶的来源等特点
国际系统命名法,（ systematic name）
标明酶的底物和催化反应的性质
二、酶的分类
Enzyme classification:
According to the international Enzyme
Commission (EC),enzymes are classified
into 6 major groups defined by the reaction
that they catalyze,
二、酶的分类
Enzyme classification,(continued)
氧化还原酶类
转移酶类
水解酶类
裂合 酶类
异构酶类
合成 酶类
三、酶的编号
EC number:
According to the international Enzyme
Commission (EC),Each enzyme has a
unique four-digit classification number.
For example,LDH has the EC number
EC 1.1.1.27
(Lactate DeHydrogenase)
第四节 酶的作用机制
一、酶促反应与活化能 (略 )
二、中间产物学说
三、诱导契合学说
四、与酶的高效催化性有关的因素
二、中间产物学说
Without Catalysis of Enzyme:
S?P
With Catalysis of Enzyme:
S+E?E-S?E+P
? Experimental evidence:
Peroxidase (POD),4 spectral bands
POD+H2O2,2 new spectral bands
POD+H2O2+AH2,4 spectral bands
? Electronic microscopy:
E-S complex
三、诱导契合学说
Induced-fit hypothesis (model):
\\ the lock-and-key model (hypothesis)
Active site & substrate specificity
? S对 E的诱导，使 E的空间构象改变
? S与 E互补契合
四、与酶的高效催化性有关的因素
酶实现高效催化的因素有四：
? 邻近与定向效应 \\ 酶的逼近与定位
? 底物变形 \\ 张力学说 ?S-E complex
? 共价催化 如亲核催化
? 酸碱催化 作为质子供体或受体
NB
对某些酶而言，并非每个因素都涉及。
第五节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed reaction:
? Enzyme velocity
? Factors affecting enzyme activity
Enzyme velocity
指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。
即 v = dP / dt = -dS / dt
一般以酶促反应的初速度（ initial velocity,v0）表示。
Factors affecting enzyme activity
Kinetics of Enzyme-Catalyzed reaction:
? [S]
? pH
? Temp
? [E]
? Activators
? Inhibitors
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten equation
(Figure )
To begin with Michaelis-Menten Equation,
V= Vmax [S] / (Km + [S])
And Km is a constant.
When Km >> [S],V= Vmax [S] / Km (?)
When Km << [S],V= Vmax (?)
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten Equation
Assay of Km,
When v=1/2 vmax,Km = [S]
or Lineweaver-Burk plot,
1/v= (Km + [S]) / vmax [S]= (Km / vmax)1/[S]+1/ vmax
i.e,X-intercept,-1/Km
Y-intercept,1/ vmax
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten Equation
Km’s meaning & applications:
? Km 是 v=1/2 vmax时的 [S]。
? 与酶的催化性质有关，而与酶的浓度无关。
? 近似地表示酶与底物的亲和力
? 可依据 Km选择天然底物
Factors affecting enzyme activity
2,pH
3,Temp
At the optimum pH and temperature,the rate
of the reaction catalyzed by the enzyme is at
its maximum.
?Application?
e.g,lower or higher pH & Temp
Factors affecting enzyme activity
4,[E]
It is noticed that Km is a constant.
Then,
When [S] >> [E],v ? [E]
(Enzyme had been over-saturated.)
Factors affecting enzyme activity
5,Activators
Indicating substances which can increase activity of enzyme.
Inorganic ions,metal ions e.g,K2+,Zn2+,Mg+,Na+
anion e.g,Cl-,I-
Small organic substance e.g,GSH,Cys
Applications?
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
一些物质不使酶蛋白变性，但能使其必需基团发生
变化，使酶活降低甚至丧失，导致 v下降。
1) 酶的活性降低、丧失的三种情况
2) 可逆的抑制作用
3) 不可逆的抑制作用
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
1),酶的活性降低、丧失的三种情况
失活作用 酶蛋白变性，不可逆
去激活作用 可除掉激活剂
抑制作用 活性中心基团或必需基团化学性质改变
?失活（未引起酶蛋白变性）
根据抑制（作用）程度分为 可逆 和 不可逆 两种抑制。
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
2),可逆的抑制作用 (reversible inhibition)
(Any examples discussed before？ )
a,Competitive ~
b,Noncompetitive ~
c,Uncompetitive ~
a,Competitive ~ (竞争性抑制 )
? \KEY point\
– A competitive inhibitor (I) typically has close structural
similarities to the normal substrate (S) for the enzyme (E).
– It competes with substrate molecules to bind to the active
site.
?The degree of inhibition is decided by the ratio [S] / [I].
? Release from inhibition,?[S] or dialysis (透析 )
? Kinetics,vmax remains constant,Km ?
(figure)
? EXAMPLES,
Vitamin B11(叶酸 ),对氨基苯甲酸 为其重要成分
叶酸 ?(合成酶,NADPH)? FH2 ?(还原酶 ) ?FH4
NB FH4是核酸合成所必需的。
而细菌复制只能利用自身合成的 FH4 。
FH2竞争性抑制剂：
氨基喋呤 应用？
对氨基苯磺酸 如：杀菌消炎
b,Noncompetitive ~ (非竞争性抑制 )
? \KEY point\
Inhibitor binds reversibly at a site (necessary
group) other than the active site,The enzyme (E)
may bind [I] or [S],or BOTH,
?complex with three components,ESI?inactivation
?The degree of inhibition is decided by [I].
? Release from inhibition,removing [I]
? Kinetics,Km remains constant,vmax ?
(figure)
c,Uncompetitive ~ (反竞争性抑制 )
? \KEY point\
Inhibitor binds reversibly at a site (necessary
group) other than the active site,BUT the enzyme
(E) can only bind [I] after it had bound [S].
?complex with three components,ESI?inactivation
? Release from inhibition,remove [I]
? Kinetics,Km ?,vmax ?
(figure)
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? \KEY point\
E and I bind tightly with covalent bond,The
inhibitor could not be removed by dialysis.
The degree of inhibition is related to [I] and time.
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? EXAMPLES
e.g.
Pesticide (农药 )
DFPA (二异丙基磷酸 )—Serine residue
TPCK (甲苯磺酰苯丙氨酸氯甲酮 )—Histidine
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? Classification of irreversible inhibitors:
有机磷杀虫剂, 与 E的活性中心 Ser的 -OH结合
有机砷、有机汞, 与 E活性中心含 -SH部位反应
CO、氰化物类, 与 cyt氧化酶中 Fe2+结合 ?O2不足
重金属, 使蛋白质变性。如：铜、银、汞铅等
烷化剂, 卤化物与 -SH结合，使之烷化，酶活降低
e.g,E-SH + CH2ICOOH?E-S-CH2COOH + HI
(检验酶类的活性中心是否含 -SH的方法 )
第六节 酶的活力测定
一,酶的活力单位 (enzyme activity unit,U)
酶活是在催化反应中体现出来的：反应速率大小、快慢。
以单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的形成量来表示。
Unit =1 ?mol/min (IU)
Kat =1 mol/s =6× 107 U
二,比活力 (specific activity)
每 mg蛋白质具有的活力，即 U/mg.protein
三,例：酶的活力测定
已知某一酶提取物的比活力为 40，每 ml溶液含
12mg酶蛋白。如果 1ml反应液中加入了 20 ?l酶液，该
酶促反应的速度是多少？
We know U=1 mol/min,
then the activity of E is 40 ?mol/min.mg
Now,12 mg/ml × 20 ?l has been added in.
?24 × 10-2 mg.protein in 1 ml reaction solution
?24 × 10-2 mg × 40 ?mol/min.mg = 9.6 ?mol/min
第七节 酶的活力调控
(Control of enzyme activity)
调节酶,
?共价酶 (covalent enzymes)
?别构酶 (allosteric enzymes)
一、共价酶 --可逆的共价修饰调节
酶蛋白分子上某些 氨基酸残基侧链 （指酶的活性中
心）在其他酶的作用下产生共价结合或脱掉一些基团，
使酶的活性发生改变。
e.g.
磷酸化酶 (催化肝组织里糖元 <amylum in plants>降解 )，由 4个
亚基组成，其磷酸化后才有活性，这需要另一种酶 (磷酸化酶激酶 )
催化。
(figure)
?共价酶：
由于其它酶对其结构进行共价修饰，使酶的活性
(高低、有无 )发生改变，具有此性质的酶称共价 (调节 )
酶。
级联系统 /反应：
在连锁代谢反应中，当一个酶被激活后，会连续激
活其他酶，导致原始信号放大。
cf 多酶体系
Q,酶原的激活 是否属于共价修饰？ ——不可逆
二、别构酶 --别构调节
Concept:
有的酶除了与底物 S结合外，还有别的部位可与
其他物质结合，此称 别构部位 。 (allosteric site)
?能与酶结合的物质,称配基、效应物或调节物 。
(ligand,effector or regulator)
?别构效应 /调节,酶与配基结合后构象发生变化，引
起酶的活性变化。
由多个亚基组成，除了活性中心外，还具有可以
结合调节物的别构中心的酶。
特点：
1,是寡聚酶。
2,亚基之间为非共价结合。
3,有活性中心和别构中心。
4,绝大多数别构酶 不遵循米氏方程 v与 [S]的关系。
(Sigmoidal-shaped curve)
?别构酶的特点
?别构酶的两种调节方式
?同促效应 <正、负 >
调节物是底物本身，酶的活性中心与底物结合后，
影响后续的底物与酶之间的结合。
?异促效应 <正、负 >
调节物不是底物，往往是产物。
?其它几种酶 ——概念简介
?固定化酶
为方便使用，将酶分子束缚于某种特定支持物上。 例？
方法有：吸附、交联、包埋、共价键结合等。
?诱导酶
原有很少量的酶，在加入诱导剂后大量合成。
涉及 DNA?RNA合成 等过程。
?结构酶
也是细胞固有的酶，数量较稳定。
不易受外界影响。
Introduction
? 酒的发酵
1(葡萄糖 ) ?? 2(乙醇 )+2(CO2)
? 1913年 Michaelis和 Mentenj提出 米氏学说
(酶促动力学原理 )
? 1926年 Sumner 第一次从刀豆中提出了 脲
酶结晶 。证明了酶是蛋白质。
第一节 Concept of Enzyme
一．酶是生物催化剂
酶是一类由活细胞产生的，具有催化活性和
高度专一性的特殊蛋白质。它不同于化学上的
催化剂，反应条件温和、稳定：
① 很强的催化效率
② 高度的专一性
③ 酶促反应没有副反应
④ 酶的催化作用可以调控
⑤ 酶的化学本质是蛋白质
一,酶是生物催化剂（续）
(一 ) 酶与一般催化剂比较有如下 共性,
1．用量少而催化效率高
2．不改变化学反应的平衡点 (平衡常数 )
只改变反应速度
3．可降低反应的活化能
非催化过程及催化过程自由能的变化 (见 图 )
(二 ) 酶的 特性
1,催化效率高
2,酶的作用具有高度的 专一性
一种酶只能作用某一类或一种特定的物质。
被酶作用的物质，称为该酶的 底物 。
3,酶容易失活
凡使蛋白质变性的因素，如强酸、强碱、高
温或高光强等条件可使酶完全失去活性。
(二 ) 酶的 特性 (续 )
4,酶的活力是可以调节控制的
抑制调节
共价修饰调节
反馈调节
酶原调节
激素调节
5,酶的催化活力与 辅助因子 有关
辅酶、辅基、金属离子
酶的专一性 (Specificity)
Absolute ~,只作用于一种底物。
如脲酶,H2O2酶。
Relative ~,对 (结构相似的 )某一类物质起作用。
又可分为三种：
键专一性, e.g,脂肪酶
基团 (簇 )专一性, e.g,胰蛋白酶,α-D-糖苷酶
立体异构专一性, 首先看底物有无 (旋光、几何 )异构
二．酶的化学本质
(一 ) 酶的化学本质是蛋白质
“所有的酶都是蛋白质” ——但也有
RNA。
简单蛋白质
结合蛋白质
Key Point:
? 并非所有的蛋白质都是酶。只有具有催化作用的蛋
白质才是酶。
? 酶的概念的发展与完善。
二．酶的化学本质
(二 ) 酶是细胞内产生的，可作用于胞内胞外。
胞内酶
胞外酶
第二节 酶的化学组成、结构与
功能的关系
一．酶的组成、分类与辅助因子
（一）依 组成 可分为
单纯酶：只有蛋白质。如水解酶
结合酶：除蛋白质外，还结合非蛋白成分，称
全酶 。
全酶 = 酶蛋白 + 辅因子 (co-factor)
判断：活性？
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
辅因子 (co-factor),
? 按其与蛋白质 结合牢固程度 可分为：
辅酶：非共价的松散结合，易分离 ?透析
辅基：结合较紧 ?不能透析将它分开
? 按 化学本质 分为：
无机金属元素,Cu2+,Zn2+,Mg2+
小分子有机物,Vt、铁卟啉
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
结合酶各组分的作用,
? 酶蛋白,
决定酶催化反应的专一性。
? 辅助因子,
决定酶催化反应的类型。
传递氢、电子、原子或其它基团
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
结合酶各组分的作用,
? 一种酶蛋白只有与其特定的辅助因子结合才有催化
作用。
但同一种辅助因子可与多种酶蛋白结合。
如：脱氢酶的 NAD+
? 金属离子作为辅助因子的作用,
酶活性中心的组成成分 e.g.传递电子、“桥梁”
稳定酶催化活性中心的空间构象
一．酶的组成、分类与辅助因子 (续 )
（一）依酶的 结构 可分为
单体酶,只有一条多肽链 (一个亚基 )，有时 -S-S-连
接两条肽链。
寡聚酶,几到几十个亚基以非共价结合。
多酶体系,完整细胞内某一代谢过程中由若干酶
形成的 反应链 体系。也叫“多酶复合
体”。
二．酶的活性中心和必需基团
（一） 活性中心,(active site)
能与底物结合，并与催化作用直接相连
的部位。
结合中心,决定酶促反应的专一性 (binding site)
催化中心,决定酶促反应的性质 (类型 ) (catalytic site)
单纯酶与结合酶有所不同。
Key Point:
能结合，但不一定发生催化反应。
二．酶的活性中心和必需基团
（二） 必需基团：
指酶蛋白上与酶活性密切相关的基团。这些基
团经化学修饰 (如酰基化、烷化 )作用，酶会失活。
? 必需 基团在酶蛋白上，而辅助因子是非蛋白部分。
? 必需 基团往往分布于酶的活性中心；有的不在此处，但对酶维
持活性所需的空间构象起稳定作用。
? 活性中心 肯定是 必需基团,而必需基团除活性中心外，还有位
于非活性中心的某些基团。
三．酶原的激活
酶原：
指具有催化活性的酶的前身，本身无活性。
两个问题：细胞内酶产生于何处？在哪里起作用？
意义：
? 保护形成酶原的部位不受该酶的破坏。
? 酶活可以调控的很好例子之一。
NB 并不是所有酶都以酶原形式存在。
四．同工酶
同工酶：
指在同一细胞内，可以催化相同的化学反应，
但其结构不同、性质不完全相同的一类酶。
e.g,LDH（乳酸脱氢酶）
问题,酶的特异性与同工酶现象有何关系？
?说明：这几种酶的活性中心相同。即构成活性中心的基团形成
相同的结构、构象或非常相似。但这又仅仅是定性的。
其物理化学性质、反应速率、催化机理可能很不一样！
第三节 酶的分类与命名
一、酶的命名
二、酶的分类
三、酶的编号
一、酶的命名
习惯命名法,（ accustomed name）
-酶的底物
-酶催化反应的性质
-二者结合命名
-再加上酶的来源等特点
国际系统命名法,（ systematic name）
标明酶的底物和催化反应的性质
二、酶的分类
Enzyme classification:
According to the international Enzyme
Commission (EC),enzymes are classified
into 6 major groups defined by the reaction
that they catalyze,
二、酶的分类
Enzyme classification,(continued)
氧化还原酶类
转移酶类
水解酶类
裂合 酶类
异构酶类
合成 酶类
三、酶的编号
EC number:
According to the international Enzyme
Commission (EC),Each enzyme has a
unique four-digit classification number.
For example,LDH has the EC number
EC 1.1.1.27
(Lactate DeHydrogenase)
第四节 酶的作用机制
一、酶促反应与活化能 (略 )
二、中间产物学说
三、诱导契合学说
四、与酶的高效催化性有关的因素
二、中间产物学说
Without Catalysis of Enzyme:
S?P
With Catalysis of Enzyme:
S+E?E-S?E+P
? Experimental evidence:
Peroxidase (POD),4 spectral bands
POD+H2O2,2 new spectral bands
POD+H2O2+AH2,4 spectral bands
? Electronic microscopy:
E-S complex
三、诱导契合学说
Induced-fit hypothesis (model):
\\ the lock-and-key model (hypothesis)
Active site & substrate specificity
? S对 E的诱导，使 E的空间构象改变
? S与 E互补契合
四、与酶的高效催化性有关的因素
酶实现高效催化的因素有四：
? 邻近与定向效应 \\ 酶的逼近与定位
? 底物变形 \\ 张力学说 ?S-E complex
? 共价催化 如亲核催化
? 酸碱催化 作为质子供体或受体
NB
对某些酶而言，并非每个因素都涉及。
第五节 酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed reaction:
? Enzyme velocity
? Factors affecting enzyme activity
Enzyme velocity
指单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。
即 v = dP / dt = -dS / dt
一般以酶促反应的初速度（ initial velocity,v0）表示。
Factors affecting enzyme activity
Kinetics of Enzyme-Catalyzed reaction:
? [S]
? pH
? Temp
? [E]
? Activators
? Inhibitors
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten equation
(Figure )
To begin with Michaelis-Menten Equation,
V= Vmax [S] / (Km + [S])
And Km is a constant.
When Km >> [S],V= Vmax [S] / Km (?)
When Km << [S],V= Vmax (?)
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten Equation
Assay of Km,
When v=1/2 vmax,Km = [S]
or Lineweaver-Burk plot,
1/v= (Km + [S]) / vmax [S]= (Km / vmax)1/[S]+1/ vmax
i.e,X-intercept,-1/Km
Y-intercept,1/ vmax
Factors affecting enzyme activity
1,[S]-v & Michaelis-Menten Equation
Km’s meaning & applications:
? Km 是 v=1/2 vmax时的 [S]。
? 与酶的催化性质有关，而与酶的浓度无关。
? 近似地表示酶与底物的亲和力
? 可依据 Km选择天然底物
Factors affecting enzyme activity
2,pH
3,Temp
At the optimum pH and temperature,the rate
of the reaction catalyzed by the enzyme is at
its maximum.
?Application?
e.g,lower or higher pH & Temp
Factors affecting enzyme activity
4,[E]
It is noticed that Km is a constant.
Then,
When [S] >> [E],v ? [E]
(Enzyme had been over-saturated.)
Factors affecting enzyme activity
5,Activators
Indicating substances which can increase activity of enzyme.
Inorganic ions,metal ions e.g,K2+,Zn2+,Mg+,Na+
anion e.g,Cl-,I-
Small organic substance e.g,GSH,Cys
Applications?
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
一些物质不使酶蛋白变性，但能使其必需基团发生
变化，使酶活降低甚至丧失，导致 v下降。
1) 酶的活性降低、丧失的三种情况
2) 可逆的抑制作用
3) 不可逆的抑制作用
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
1),酶的活性降低、丧失的三种情况
失活作用 酶蛋白变性，不可逆
去激活作用 可除掉激活剂
抑制作用 活性中心基团或必需基团化学性质改变
?失活（未引起酶蛋白变性）
根据抑制（作用）程度分为 可逆 和 不可逆 两种抑制。
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
2),可逆的抑制作用 (reversible inhibition)
(Any examples discussed before？ )
a,Competitive ~
b,Noncompetitive ~
c,Uncompetitive ~
a,Competitive ~ (竞争性抑制 )
? \KEY point\
– A competitive inhibitor (I) typically has close structural
similarities to the normal substrate (S) for the enzyme (E).
– It competes with substrate molecules to bind to the active
site.
?The degree of inhibition is decided by the ratio [S] / [I].
? Release from inhibition,?[S] or dialysis (透析 )
? Kinetics,vmax remains constant,Km ?
(figure)
? EXAMPLES,
Vitamin B11(叶酸 ),对氨基苯甲酸 为其重要成分
叶酸 ?(合成酶,NADPH)? FH2 ?(还原酶 ) ?FH4
NB FH4是核酸合成所必需的。
而细菌复制只能利用自身合成的 FH4 。
FH2竞争性抑制剂：
氨基喋呤 应用？
对氨基苯磺酸 如：杀菌消炎
b,Noncompetitive ~ (非竞争性抑制 )
? \KEY point\
Inhibitor binds reversibly at a site (necessary
group) other than the active site,The enzyme (E)
may bind [I] or [S],or BOTH,
?complex with three components,ESI?inactivation
?The degree of inhibition is decided by [I].
? Release from inhibition,removing [I]
? Kinetics,Km remains constant,vmax ?
(figure)
c,Uncompetitive ~ (反竞争性抑制 )
? \KEY point\
Inhibitor binds reversibly at a site (necessary
group) other than the active site,BUT the enzyme
(E) can only bind [I] after it had bound [S].
?complex with three components,ESI?inactivation
? Release from inhibition,remove [I]
? Kinetics,Km ?,vmax ?
(figure)
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? \KEY point\
E and I bind tightly with covalent bond,The
inhibitor could not be removed by dialysis.
The degree of inhibition is related to [I] and time.
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? EXAMPLES
e.g.
Pesticide (农药 )
DFPA (二异丙基磷酸 )—Serine residue
TPCK (甲苯磺酰苯丙氨酸氯甲酮 )—Histidine
Factors affecting enzyme activity
6,Inhibitors
3),不可逆的抑制作用 (irreversible ~)
? Classification of irreversible inhibitors:
有机磷杀虫剂, 与 E的活性中心 Ser的 -OH结合
有机砷、有机汞, 与 E活性中心含 -SH部位反应
CO、氰化物类, 与 cyt氧化酶中 Fe2+结合 ?O2不足
重金属, 使蛋白质变性。如：铜、银、汞铅等
烷化剂, 卤化物与 -SH结合，使之烷化，酶活降低
e.g,E-SH + CH2ICOOH?E-S-CH2COOH + HI
(检验酶类的活性中心是否含 -SH的方法 )
第六节 酶的活力测定
一,酶的活力单位 (enzyme activity unit,U)
酶活是在催化反应中体现出来的：反应速率大小、快慢。
以单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的形成量来表示。
Unit =1 ?mol/min (IU)
Kat =1 mol/s =6× 107 U
二,比活力 (specific activity)
每 mg蛋白质具有的活力，即 U/mg.protein
三,例：酶的活力测定
已知某一酶提取物的比活力为 40，每 ml溶液含
12mg酶蛋白。如果 1ml反应液中加入了 20 ?l酶液，该
酶促反应的速度是多少？
We know U=1 mol/min,
then the activity of E is 40 ?mol/min.mg
Now,12 mg/ml × 20 ?l has been added in.
?24 × 10-2 mg.protein in 1 ml reaction solution
?24 × 10-2 mg × 40 ?mol/min.mg = 9.6 ?mol/min
第七节 酶的活力调控
(Control of enzyme activity)
调节酶,
?共价酶 (covalent enzymes)
?别构酶 (allosteric enzymes)
一、共价酶 --可逆的共价修饰调节
酶蛋白分子上某些 氨基酸残基侧链 （指酶的活性中
心）在其他酶的作用下产生共价结合或脱掉一些基团，
使酶的活性发生改变。
e.g.
磷酸化酶 (催化肝组织里糖元 <amylum in plants>降解 )，由 4个
亚基组成，其磷酸化后才有活性，这需要另一种酶 (磷酸化酶激酶 )
催化。
(figure)
?共价酶：
由于其它酶对其结构进行共价修饰，使酶的活性
(高低、有无 )发生改变，具有此性质的酶称共价 (调节 )
酶。
级联系统 /反应：
在连锁代谢反应中，当一个酶被激活后，会连续激
活其他酶，导致原始信号放大。
cf 多酶体系
Q,酶原的激活 是否属于共价修饰？ ——不可逆
二、别构酶 --别构调节
Concept:
有的酶除了与底物 S结合外，还有别的部位可与
其他物质结合，此称 别构部位 。 (allosteric site)
?能与酶结合的物质,称配基、效应物或调节物 。
(ligand,effector or regulator)
?别构效应 /调节,酶与配基结合后构象发生变化，引
起酶的活性变化。
由多个亚基组成，除了活性中心外，还具有可以
结合调节物的别构中心的酶。
特点：
1,是寡聚酶。
2,亚基之间为非共价结合。
3,有活性中心和别构中心。
4,绝大多数别构酶 不遵循米氏方程 v与 [S]的关系。
(Sigmoidal-shaped curve)
?别构酶的特点
?别构酶的两种调节方式
?同促效应 <正、负 >
调节物是底物本身，酶的活性中心与底物结合后，
影响后续的底物与酶之间的结合。
?异促效应 <正、负 >
调节物不是底物，往往是产物。
?其它几种酶 ——概念简介
?固定化酶
为方便使用，将酶分子束缚于某种特定支持物上。 例？
方法有：吸附、交联、包埋、共价键结合等。
?诱导酶
原有很少量的酶，在加入诱导剂后大量合成。
涉及 DNA?RNA合成 等过程。
?结构酶
也是细胞固有的酶，数量较稳定。
不易受外界影响。
