酶
主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作
用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍
了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性
质、生物学意义。
一、酶的概念
（一）酶的生物学意义
6CO2+6H2O+能量 C6H12O6+6O2↑ 植物
动物
N2+3H2 500℃,300大气压
Fe
2NH3
N2 + 3H2 2NH3某些微生物
（二）酶是生物催化剂
1．酶与一般催化剂的共同点
（ 1）用量少而催化效率高
（ 2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反
应前后本身不发生变化
如 CO2+H2O H2CO3
（ 3）降低反应所需的活化能
例 2H2O2→2H2O+O2
反 应 活化能
非催化反应 75.24kJ/mol
钯催化反应 48.9kJ/mol
H2O2酶催化 8.36kJ/mol
2．酶作为生物催化剂的特殊点
（ 1）高的催化效率
以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催
化剂高 107～ 1013倍，比非催化反应高 108～ 1020倍。
例 2H2O2→2H2O+O2
1mole H2O2酶 能催化 5× 106mole H2O2的分解
1mole Fe3+ 只能催化 6× 10-4mole H2O2的分解
转换数（ turnover number,TN or kcat）,
每秒钟或每分钟，每个酶分子转换底物的分子数，或每
秒钟或每分钟每摩尔酶转换底物的摩尔数。
（ 2）高的专一性
（ 3）温和的反应条件
（ 4）酶在体内受到严格调控
如酶浓度的调节、激素调节、反馈调节、抑制
剂和激活剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、
酶原活化等。
（ 5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关
（三）酶的化学本质
1．大多数酶是蛋白质（ Most enzymes are proteins）
1926年美国 Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质
1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白
酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。
J.B.Sumner J.H.Northrop
20世纪 80年代发现某些 RNA有催化活性，
还有一些抗体也有催化活性，甚至有些 DNA
也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受
到很大冲击。
2．某些 RNA有催化活性
1982年美国 T,Cech等人发现四膜虫的 rRNA前体
能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现
RNA有催化活性
Thomas Cech
University of Colorado at
Boulder,USA
1983年美国 S.Altman等研究 RNaseP（由 20%蛋
白质和 80%的 RNA组成），发现 RNaseP中的 RNA
可催化 E,coli tRNA的前体加工。
Sidney Altman
Yale University New
Haven,CT,USA
Cech和 Altman各自独立地发现了 RNA的催
化活性，并命名这一类酶为 ribozyme（核酶），
2人共同获 1989年诺贝尔化学奖。
1,Cell vol 31,147～ 157,1982年。
2,Sci,Amer,Vol 255,64～ 75,1986。
3．抗体酶（ abzyme）
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。
抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区
（即肽链的 N端）是识别抗原的活性区域，这部分区
域被赋予了酶的属性。
1986年美国 Schultz和 Lerner两个实验室同时在 Science上发
表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。
抗体酶的性质
抗体酶的用途
4．有些 DNA也有催化活性
1995年 Cuenoud等发现有些 DNA分子亦具
有催化活性。
（四）酶的组成
1．单纯蛋白质酶类
2．缀合蛋白质酶类
全酶 =酶蛋白 +辅助因子（辅酶、辅基或金属离子）
辅酶（ coenzyme）
辅基（ prosthetic group）
（五）根据酶蛋白分子的特点将酶分成三类
1．单体酶（ monomeric enzyme）
2．寡聚酶（ oligomeric enzyme）
3．多酶复合物（ multienzyme complex）
二、酶的命名和分类
1961年国际酶学委员会（ enzyme commission）提
出的酶的命名和分类方法。
（一）命名
1．系统名称（ systematic name）
（ 1）标明底物，催化反应的性质
G-6-P→F-6-P G-6-P异构酶
例,
（ 2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（,）
分开。如其中一个底物为水时，水可略去。
例 1：
丙氨酸 +α-酮戊二酸 → 谷氨酸 +丙酮酸
丙氨酸,α-酮戊二酸氨基转移酶
例 2：
脂肪 +H2O → 脂酸 +甘油
脂肪水解酶
2．习惯名称（ recommended name）
（ 1）底物
（ 2）反应性质
（ 3）底物，反应性质
（ 4）来源或其它特点
（二）系统分类法及编号
1．分类,
6大类酶，氧转水 裂异连
2．编号,
用 4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用,·”隔
开，前面冠以 EC（为 Enzyme Commission）。
EC 类,亚类,亚亚类,排号，如 EC l.1.1.1
Enzyme Handbook,Thomas E Barman编,Vol I,
Vol II 1969年。
Enzyme Handbook,Thomas E,Barman编
Supplement I,1974年。
（三）六大类酶催化反应的性质
1．氧化还原酶类（ oxido-reductases）
催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、
脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等。
（ 1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成 H2O或 H2O2 。
2A·2H+O2 2A+2H2O
A·2H+O2 A+H2O2
邻苯二酚氧化酶（ EC 1.10.3.1，邻苯二酚：氧氧化酶）
邻苯二酚 邻苯醌
例：
O H
O H
+ O 2
邻 苯 二 酚 氧 化 酶
O
O
2 + 2 H 2 O2
（ 2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢
A·2H + B A + B·2H
例：乳酸脱氢酶（ EC 1.1.1.27,L-乳酸,NAD+氧化还原酶）
乳酸 丙酮酸
C O O H
C H
C H 3
H O + N A D +
C O O H
C O
C H 3
+ N A D H + H +
乳 酸 脱 氢 酶
2．转移酶类（ transferases）
催化基团的转移
A R + B B RA +
例：谷丙转氨酶（ GPT）（ EC 2.6.1.2,L-丙氨酸：
α— 酮戊二酸氨基转移酶 ）
3．水解酶类（ hydrolases）
AB + H2O A·OH + BH
4．裂合酶类（ lyases）
从底物移去一个基团而形成双键或逆反应
AB A + B
例 1：
例 2：
5．异构酶类（ isomerase）
催化异构化反应
例：
A B
6．连接酶类（ ligases,也称 synthetases合成酶类）
将两个小分子合成一个大分子，通常需要 ATP供能。
例：
乙 酸 + C o A － S H + A T P 乙 酰 － S － C o A + A M P + P P i
A + B + A T P A B + A D P + P i
A + B + A T P A B + A M P + P P i
（连接酶）
（异构）
（裂合）
（水解）
三、酶的分离、提纯及活力测定
（一）酶的分离提纯
1．选材
2．破碎细胞
3．抽提
4．去核酸、去多糖
5．提纯
6．保存
由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意,
1．全部操作在低温 0～ 4℃ 。
2．在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。
3．在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量 EDTA、
少量 β-巯基乙醇。
4．在分离提纯过程中要不断 测定酶活力和蛋白质浓
度,从而求得 比活力,还要计算 总活力 。
步骤 酶活力 蛋白质浓度 比活力 总活力
(NH4)2SO4
沉淀
乙醇沉淀
总活力＝单位体积的酶活力 (U/ml)× 分离溶液总体积 (ml)
比活力＝ 酶活力蛋白质浓度
（二）酶活力的测定
酶活力（ enzyme activity,也称酶活性）
酶活力的测定
1．测定酶活力时应注意几点
（ 1）应测反应初速度（ initial velocity or initial speed）
（ 2）酶的反应速度一般用单位时间
内产物的增加量来表示。
（ 3）测酶活力时应使反应温度,pH、离子
强度和底物浓度等因素保持恒定。
（ 4）测定酶反应速度时，应使 [S]>>[E]。
产
物
浓
度
[P]
(t)
2．酶活力和比活力表示方式
（ 1）酶活力（ enzyme activity）
酶活力的定义
酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶单位（ unit,U）
酶单位的定义
1961年国际酶单位（ IU）
1972年 Katal（简称 Kat）单位
习惯上沿用的单位如,
乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+乳酸脱氢酶
乳酸脱氢酶的活力可用 丙酮酸的增加量 表示，也
可用 340nm光吸收的增加量 来表示。
（ 2）酶的比活力（ specific activity，也称比活性）
比活力,指每 mg蛋白质所具有的酶活力,一般用
U/mg蛋白质 来表示，比活力说明酶的纯度。
比活力 = 酶活力（ U/ml） /蛋白质浓度（ mg/ml）
比活力有时也可用每 g或每 ml酶含多少个活力单位来表示。
（ 4）分子活性（ molecular activity）
（ 5）催化中心活性（ catalytic center activity）
在最适底物浓度时，每分钟或每秒钟每分子酶
转换底物的分子数。
（ 3）转换数（ TN or kcat)
在最适底物浓度时，每分钟每分子酶转换底物
的分子数。
每分钟每一个催化中心所转换底物的分子数。
3,酶活力的测定方法
（ 1）分光光度法（ spectrophotometry）
该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分
光吸收不同。
简便、迅速、准确。
一个样品可多次测定，有利于动力学研究。
可检测到 10-9mol/L水平的变化。
优点：
例, 人血清乳酸脱氢酶活力的测定
L-乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+
乳酸脱氢酶
（ 2）荧光法（ fluorometry）
该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。
主要的优点：灵敏度很高，可以检测 10-12mol/L的样品。
酶蛋白分子中的 Tyr,Trp,Phe残基以及一些辅酶、辅
基，如 NADH NADPH,FMN,FAD等都能发出荧光。
例：乙醇 + NAD+ 乙醛 + NADH + H+乙醇脱氢酶
（ 3）酶偶联分析法 (enzyme coupling assay)
第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个
酶系统在一起反应。
2P 2
E
1P 1
E S ?? ???? ??
P1无光吸收或荧光变化，偶联后,P2有光
吸收或荧光变化。
例：测己糖激酶的活性
葡萄糖 + ATP 葡糖 -6-磷酸 + ADP 己糖激酶
葡糖 -6-磷酸 + NADP 葡糖酸 -6-磷酸 + NADPH + H+G-6-P脱氢酶
（ 4）电化学法（ electrochemical method）
有离子选择性电极法、微电子电位法、电流法等。
离子选择性电极法要求在酶反应中必须伴随有
离子浓度的变化或气体的变化（如 O2,CO2,NH3
等）。
例, 葡萄糖氧化酶活性的测定
葡萄糖 +O2+H2O 葡糖酸 +H2O2葡萄糖氧化酶
四、酶的作用动力学（ kinetics）
什么是动力学？
什么是酶作用动力学？
（一）底物浓度对酶反应速度的影响
1．米氏方程的提出
第一步, E+S ES
中间复合物学说：
第二步, ES→E+P V∝ [ES]
1913年 Michaelis和
Menten推导了米氏方程
]S[K
]S[Vv
m
m a x
??
2．米氏方程的推导
基本前提：
反应方程式,
在米氏方程推导中引入 3个假设,
（ 1） P→0 忽略 这步反应E SE + P k 4
（ 2） ∵ [S]>>[E] ∴ [S] － [ES]≈[S]
（ 3） E+S ES平衡，要求 k3<<k2 。
中间复合物学说, E+S ES→E+P
E + S E S E + P
E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
k 4
V∝ [ES]
平衡法推导：
推导的要点
推导方法
结果,
[S ]K
[S ]Vv
S
m a x
??
恒态法推导：
1925年 Briggs和 Haldame对米氏方程作了一次重要
的修正，提出了恒态的概念。
E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
所谓恒态是指反应进行一定
时间后,ES的生成速度和 ES的分
解速度相等,亦即 ES的净生成速
度为零，此时 ES的浓度不再改变，
达到恒态，也称稳态。
恒态法推导要点
推导方法
结果,
[S ]K
[S ]Vv
m
m a x
??
3．米氏方程的讨论
（ 1）米氏方程与一级反应和零级反应
（ 2） Vmax与酶的转换数
（ 3）酶被底物饱和的百分数
[ S ]K
[ S ]
V
v
][Ek
[ E S ]k
][E
[ E S ]
mm a xt3
3
t
ES ?????f
（ 4）米氏公式的实际应用
（ 5）米氏方程 —— 双曲线方程形式
mm a xmm a x KV)K) ( [ S ]V(v ????
米氏方程 经重排，两边 -VmaxKm等，得
[S]K
[S]Vv
m
max??
4．米氏常数的意义
米氏常数的物理意义
有关米氏常数说明几点
（ 1） Km是酶的一个特征性常数,只与酶的性质
有关，与酶的浓度无关
（ 2）如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都
有一个特定的 Km值，其中 Km值最小的称该
酶的最适底物 。
（ 3） Km除了与底物类别有关，还与 pH、温度有关，
所以 Km是一个物理常数，是对一定的底物、
一定的 pH、一定的温度而言的 。
（ 4） Km与 Ks,Km不等于 Ks,只有在特殊情况下即
k2>>k3,Km=Ks。 在 Km=Ks 时,Km可表示酶
和底物的亲和力 。
5．米氏常数的求法
（ 1） v对 [S]作图
（ 2）双倒数作图法（ Lineweaver-Burk作图法）
将米氏方程改写成
m axm ax
m
V
1
]S[
1
V
K
v
1 ???
（ 3） v对 作图（ Eadie-Hofstee法）
]S[
v
m axm V]S[
vKv ???
（ 4） [S]/v 对 [S]作图（ Hanes-Woolf法）
m a x
m
m a x V
K]S[
V
1
v
]S[ ???
（ 5）直接线性作图法
（ Eisenthal和 Cornish-Bowden法）
Eisenthal和 Cornish-Bowden直接线性作图
（二）双底物双产物反应
A+B P+Q
双底物双产物的反应按动力学机制
可分为两大类,
双底物
双产物的反应
序列反应
（ sequential reactions）
乒乓反应
（ ping pong reactions）
有序反应
（ orderd reactions）
随机反应
（ random reactions）
1．序列有序反应（ ordered reactions
写作 ordered Bi Bi）
2．序列随机反应（ random reactions，
写作 Random Bi Bi）
3．乒乓反应（ ping pong reactions，写作 uni
uni uni uni ping pong or Ping Pong Bi Bi）
（三）酶浓度对酶反应速度的影响
1．反应速度与酶浓度成正比
[S]>>[E] V∝ [E]
0
酶 浓 度
反
应
速
度
2,V与 [E] 关系的几点讨论
（四） pH对酶反应速度的影响
1．酶反应的最适 pH（ optimum pH）
反
应
速
度
p H
最 适 p H
6 8 1 0
0
酶的最适 pH不是一个固定的常数,它受到底
物的种类、浓度 ; 缓冲液的种类、浓度 ; 酶的纯度 ;
反应的温度、时间等的影响。
例, 碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时
[s]为 2.5x10-5 M，最适 pH为 8.3
[s]为 2.5x10-2 M，最适 pH为 10.0
2,pH影响反应速度的原因
( 1 ) pH影响了酶分子、底物分子和 ES复合物的
解离状态。
( 2 ) 过高、过低的 pH导致酶蛋白变性。
（五）温度对酶反应速度的影响
1．最适温度（ optimum temperature）
最适温度与最适 pH一样，也不是一个固定
的常数,它随底物的种类、浓度,溶液的离子强
度,pH,反应时间等的影响。
例, 反应时间短，最适温度高。
反应时间长，最适温度低。
2．低温酶学
（六）激活剂对酶反应速度的影响
什么是激活剂（ activator）?
酶的激活剂
1,无机离子
（ 1）一些金属离子，如 Na+,K+,Mg2+,Ca2+、
Cu2+,Zn2+,Fe2+等。
① 专一性
② 有的金属离子可以互相替代
③ 有的离子间有拮抗作用
（ 2）阴离子：如 Cl-,Br-,I-,CN- 等
（ 3）氢离子
2,有机分子
3,具有蛋白质性质的大分子，如酶原可被一些
蛋白酶激活，蛋白酶可看作为激活剂。
（ 2） EDTA
（ 1）某些还原剂如 Cys,GSH等
（七）酶的抑制作用和抑制作用动力学
什么是抑制作用（ inhibition）?
研究抑制作用的意义
1、不可逆抑制作用（ irreversible inhibition）
E+I→EI
例, DFP（ DIFP）对胰凝乳蛋白酶的抑制
2、可逆抑制作用 (reversible inhibition)及其动力学
（ 1）竞争性抑制作用（ competitive inhibition）
E+I EI
例, 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用
① 竞争性抑制作用动力学方程的推导
竞争性抑制作用可用下式表示, E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
+
I
k i 2k i 1
E I
EI+S → no reaction
推导的要点
推导出的方程
)K ]I[1(KK]S[K ]S[Vv
i
mm
m
m ax ???
???
② 竞争性抑制作用动力学方程的讨论
A、与标准米氏方程比较
B、当 [ I ]→0时，方程还原成米氏方程。
???mK 0v ?,[ I ]→∞时，
C、取方程的倒数，进行双倒数作图
m a xim a x
m
V
1
]S[
1)
K
]I[1(
V
K
v
1 ???
D、抑制程度,
0v
v1?
[ S ]V
[ S ]K
[ S ])
K
[ I ](1K
[ S ]V
1
v
v1
m a x
m
i
m
m a x
0
?
?
??
???
[S ])
K
[I](1K
[S ]K
1
i
m
m
??
?
??
当 [S]→ 很大很大
0v
v1? ≈
[S]
[S]1? ≈0
（ 2）非竞争性抑制作用（ noncompetitive inhibition）
E+S →ES ESI ? ?? I
E+I → EI ESI ? ?? S
① 非竞争性抑制作用动力学公式推导
非竞争性抑制作用可用下式表示,E + S E S E + P
k m
+
I
k i
E I + S
+
I
k i
E I S
k m
经推导后得方程,
i
m a x
m a x
m
m a x
K
]I[1
VV
]S[K
]S[Vv
?
??
?
?
?
② 非竞争性抑制作用动力学方程讨论
A、与米氏方程比较
i
m ax
K
]I[1
VV
?
??
B、
当 [I]→0 VV
max ??
[I]→∞ 0v0V m a x ???
C、取方程倒数，进行双倒数作图
D、抑制程度,
0v
v1?
（ 3）反竞争性抑制作用（ uncompetitive inhibition）
E + S E S E + P
+
I
k i
E S I
]S[K
]S[Vv
m
m ax
??
???
i
m a x
m a x
K
]I[1
VV
?
??
i
m
m
K
]I[1
KK
?
??
动力学方程,
动力学方程的讨论
A、与米氏方程比较
B、双倒数作图
三种可逆抑制作用的总结
3、一些重要的抑制剂及其实际意义
（ 1）不可逆抑制剂,E+I→EI
P
O O
XO
R 1
R 2
P
O O
XR 2
R 1或
① 有机磷化合物
化学结构通式,
R1,R2, 烷基 ; X,-F,-CN等
这些有机磷化合物能抑制某些蛋白酶及酯酶
的活力，特别是强烈抑制胆碱酯酶。
胆碱 ＋ 乙酸 乙酰胆碱
乙酰胆碱酶
胆碱酯酶
有机磷化合物中常用的是 DFP以及有机磷杀虫剂，
如 1605、敌百虫、敌敌畏、乐果等。
② 巯基酶抑制剂
什么是巯基酶？
A、烷化剂：例 ICH2COOH,ICH2CONH2等
B、有机汞、有机砷化合物
C、巯基氧化剂
2E-SH + GSSG E-S-S-E + 2GSH
E-S H + I CH2COOH E-S-CH2COOH + HI
C O O HH gSE + H C lE - S H + C O O HH gC l
2 E - S H + A s RO A s R
S
S
E
E
+ H 2 O
③ 金属酶抑制剂
什么是金属酶？
金属酶抑制剂如氰化物、硫化物和一氧化碳等 。
④ 重金属抑制剂
如含 Ag+,Cu2+,Hg2+,Pb2+等金属盐能使
大多数酶失活。
（ 2）可逆抑制剂
最常见的是竞争性抑制剂
例 1：磺胺药中的对一氨基苯磺酰胺
S O 2 N H 2H 2 N
对氨基苯磺酰胺与 PABA两者竞争 FH2合成酶
例 2,抗癌药物 5一氟尿嘧啶
（ PABA）
人,叶酸
（食物）
FH2 FH4叶酸还原酶
细菌,PABA
FH2合成酶
FH2 FH4
五、酶的专一性及活性中心
（一）酶的专一性（特异性,specificity）
1、绝对专一性（ absolute specificity）
例,
C O
N H 2
N H 2
H 2 O
脲 酶
C O 2 + 2 N H 3
C O
N H 2
N H C H 3
H 2 O
脲 酶
X
（ 1）族专一性（基团专一性,group specificity）
2、相对专一性（ relative specificity）
A — B 或 A — B
如 α-D-葡萄糖苷酶
O
C H 2 O H
O H
O H
O
O H
R
（ 2）键专一性
A — B
R 1 C
O
O R 2
+ H 2 O
酯 酶 R
1 C O O H + R 2 O H
3、立体专一性（ stereospecificity）
（ 1） D-,L-立体异构专一性
（ 2）几何异构专一性
C
C
H
HH O O C
C O O H + H
2 O
延 胡 索 酸 水 化 酶 C H 2 C O O H
C H O H C O O H
（ 3）酶能区分从有机化学观点来看是属于对称分子中两个等
同的基团，只催化其中的一个基团，而不催化另一个。
例 1：
C H 2 O H
C H
C H 2 O H
H O
1 4
+ A T P
甘 油 激 酶
C H 2
C H
C H 2 O H
H O
1 4
O P
+ A D P
若甘油激酶不能区分两个 — CH2OH基团，则会生成,
C H 2
C H
C H 2 O H
H O
1 4
O P C H
2 O H
C H
C H 2
H O
1 4 O P
和
例 2：
D
C O H
D
H
3
C +
N
C
H
C O N H
2
R
+
4
N A D
+
+ D （ 重 氢 ）
- D
N
C
C O N H
2
R
4
N A D 辅 酶 的 还 原 型
HD
( A 型 )
+ H 3 C C
D
O
（二）关于酶作用专一性的几种假说
1、锁钥学说（ lock and Key theory）
1894年 Fischer 提出
2、三点附着学说
3、诱导契合学说（ induced-fit theory）
1958年 Koshland提出
（三）酶的活性中心（ active center）
1、活性中心的概念
酶是蛋白质，是大分子化合物，在这样一
个大分子中只有一小部分是与底物结合，并与
催化作用直接有关，这个部位称酶的活性中心。
组成酶活性中心的氨基酸侧链基团主要
有 Glu和 ASP的 -COOH,Lys的 ε-NH2,His的
咪唑基,Ser的 -OH,Cys的 -SH,Tyr的侧链
基团。
酶活性中心
结合部位（结合位）
催化部位（催化位）
2、活性中心与必需基团
（四）判断和确定活性中心的主要方法
1、化学修饰法（共价标记法）
（ 1） DFP或 DIFP（二异丙基氟磷酸）
（ 2） TPCK（ N-对甲苯磺酰苯丙酰氯甲基酮）
TPCK修饰 His，使 His烷基化
（ 3）碘乙酸、对氯汞苯甲酸修饰巯基
2,X-光衍射分析
3、基因定位突变法
六、酶的作用机理
（一）与酶高效率有关的因素
1、邻近效应与定向效应
（ proximity and orientation effect）
邻近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团
需要互相靠近，才能反应。
定向效应, 指酶的催化基团与底物的反应基团之
间的正确向。
2、张力效应和底物形变（ strain and distortion）
3、酸碱催化（ acid-base catalysis）
OH
N N O H
酚 吡啶 α－羟基吡啶
4、共价催化（ covalent catalysis）
什么是共价催化？
共价催化
亲电子催化
亲核催化
5、酶活性中心的疏水环境效应
（二）某些酶的活性中心及其作用机理
1、溶菌酶（ Lysozyme）
2、胰凝乳蛋白酶（ chymotrypsin）
形成酰化中间物
3、羧肽酶 A（ carboxypeptidase A,CpA）
Glu 270
Arg 145
Tyr 248
酶单独存在时,
Arg 145 Tyr 248
Glu 270酶底物复合物,
七、别构酶（也称变构酶,allosteric enzyme）
（一）别构酶结构上的特点
（二）别构酶性质上的特点
（三）别构酶的别构效应（ allosteric effect）
1、什么是别构效应
2、同促效应与异促效应
（四）别构酶的作用动力学
1、正协同效应（ positive cooperative effect）
2、负协同效应（ negative cooperative effect）
3、正协同效应别构酶与米氏酶动力学比较
4、负协同效应别构酶与米氏酶动力学比较
怎么区分米氏酶与别构酶？
Koshland建议用饱和比值（ saturation ratio,Rs）
饱和度时的底物浓度结合达到配基酶与底物
饱和度时的底物浓度结合达到配基酶与底物
%10)(
%90)(Rs ?
典型的米氏酶 RS=81
具有正协同效应的别构酶 RS<81
具有负协同效应的别构酶 RS>81
目前常使用 Hill系数区分米氏酶与别构酶
Hill方程,
klo g]Olo g [nYs1 Yslo g 2 ???
将 Hill方程中的有关参数换成别构酶中的有关参数
Klo g]Slo g[nvV vlo g
m a x
???
n为 Hill系数，米氏酶 Hill系数 n=1
正协同效应的别构酶 n>1
负协同效应的别构酶 n<1
（五）别构酶举例
1、大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶（ E.coli
aspartate transcarbamylase,ATCase）
（ 1） ATCase催化的化学反应和 ATCase的动力学曲线
（ 2） ATCase活性调节的机理
C T P
A T P
有催化活性的构象 无催化活性的构象
C C C
C C C
R
汞 盐
完 整 的
催 化 亚 基 调 节 亚 基
C C C
C C C
+
（ 三 聚 体 ） （ 二 聚 体 ）（ 活 性 ）
A T C a s e
R R R R R
R R R R R R
2、甘油醛 -3-磷酸脱氢酶
（ 1）甘油醛 -3-磷酸脱氢酶催化的反应
（ 2）甘油醛 -3-磷酸脱氢酶的调节机理
（六）别构酶调节酶活性的机理
1、对称或协同模型（ symmetry or concerted
model,也称齐变模型,MWC模型）
1965年由 Monod,Wyman和 Changeux提出。
该模型的要点,
2、序变模型（ sequential model，也称 KNF模型）
1966年由 Koshland,Nemethy和 Filmer提出。
该模型的要点,
八、共价调节酶（ covalently modulated enzymes）
什么是共价调节酶？
常见的是磷酸化 /脱磷酸化，腺苷酰化 /脱腺苷酰化，
乙酰化 /脱乙酰化，尿苷酰化 /脱尿苷酰化，甲基化 /脱
甲基化,S-S/SH相互转变，共 6种类型。
共价调节酶最典型的例子是动物组织的糖原磷酸化酶
1,糖原磷酸化酶催化的反应
催化糖原的磷酸解，生成 G-1-P。
糖原 G-1-P + 糖原
+ H3PO4
糖原磷酸化酶
（ n-1个 Glc基）（ n个 Glc基）
2、结构特征
3、调节机理
九、同工酶（ isoenzyme or isozyme）
（一）同工酶的概念
同工酶的概念
同工酶的性质
（二）乳酸脱氢酶（ lactate dehydrogenase,LDH）
1、组成和电泳行为
HHHH
(LDH1)
HHHM
(LDH2)
HHMM
(LDH3)
HMMM
(LDH4)
MMMM
(LDH5)
2、功能
催化的反应
乳酸 丙酮酸
LDH5
骨骼肌,
乳酸 丙酮酸心肌,
LDH1
3、同工酶研究的意义
十、酶原的激活
1、胃蛋白酶原（ pepsinogen）的激活
H C l
胃 蛋 白 酶 原
p H 1, 5 ～ 2
（ 从 N 端 失 去 4 4 个 氨 基 酸 残 基 ）
自 身 激 活
胃 蛋 白 酶
2、胰蛋白酶原（ trypsinogen）的激活
3、胰凝乳蛋白酶原（ chymotrypsinogen）的激活
十一、固定化酶 （ immobilized enzyme）
固定化酶是将水溶性的酶连接到固相载体上，
使它以固相的状态作用于底物，因此也称固相酶。
固定化酶的优点
固定化酶的理化性质
固定化酶的制备
① 吸附法
② 偶联法
③ 交联法
④ 包埋法
固定化酶的应用
主要介绍酶的化学本质、结构和特性；酶的作
用动力学；酶的作用机理；酶的应用；还介绍
了别构酶、共价调节酶、同工酶等的概念、性
质、生物学意义。
一、酶的概念
（一）酶的生物学意义
6CO2+6H2O+能量 C6H12O6+6O2↑ 植物
动物
N2+3H2 500℃,300大气压
Fe
2NH3
N2 + 3H2 2NH3某些微生物
（二）酶是生物催化剂
1．酶与一般催化剂的共同点
（ 1）用量少而催化效率高
（ 2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反
应前后本身不发生变化
如 CO2+H2O H2CO3
（ 3）降低反应所需的活化能
例 2H2O2→2H2O+O2
反 应 活化能
非催化反应 75.24kJ/mol
钯催化反应 48.9kJ/mol
H2O2酶催化 8.36kJ/mol
2．酶作为生物催化剂的特殊点
（ 1）高的催化效率
以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催
化剂高 107～ 1013倍，比非催化反应高 108～ 1020倍。
例 2H2O2→2H2O+O2
1mole H2O2酶 能催化 5× 106mole H2O2的分解
1mole Fe3+ 只能催化 6× 10-4mole H2O2的分解
转换数（ turnover number,TN or kcat）,
每秒钟或每分钟，每个酶分子转换底物的分子数，或每
秒钟或每分钟每摩尔酶转换底物的摩尔数。
（ 2）高的专一性
（ 3）温和的反应条件
（ 4）酶在体内受到严格调控
如酶浓度的调节、激素调节、反馈调节、抑制
剂和激活剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、
酶原活化等。
（ 5）酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关
（三）酶的化学本质
1．大多数酶是蛋白质（ Most enzymes are proteins）
1926年美国 Sumner 脲酶的结晶，并指出酶是蛋白质
1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白
酶的结晶，并进一步证明了酶是蛋白质。
J.B.Sumner J.H.Northrop
20世纪 80年代发现某些 RNA有催化活性，
还有一些抗体也有催化活性，甚至有些 DNA
也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受
到很大冲击。
2．某些 RNA有催化活性
1982年美国 T,Cech等人发现四膜虫的 rRNA前体
能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现
RNA有催化活性
Thomas Cech
University of Colorado at
Boulder,USA
1983年美国 S.Altman等研究 RNaseP（由 20%蛋
白质和 80%的 RNA组成），发现 RNaseP中的 RNA
可催化 E,coli tRNA的前体加工。
Sidney Altman
Yale University New
Haven,CT,USA
Cech和 Altman各自独立地发现了 RNA的催
化活性，并命名这一类酶为 ribozyme（核酶），
2人共同获 1989年诺贝尔化学奖。
1,Cell vol 31,147～ 157,1982年。
2,Sci,Amer,Vol 255,64～ 75,1986。
3．抗体酶（ abzyme）
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。
抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区
（即肽链的 N端）是识别抗原的活性区域，这部分区
域被赋予了酶的属性。
1986年美国 Schultz和 Lerner两个实验室同时在 Science上发
表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。
抗体酶的性质
抗体酶的用途
4．有些 DNA也有催化活性
1995年 Cuenoud等发现有些 DNA分子亦具
有催化活性。
（四）酶的组成
1．单纯蛋白质酶类
2．缀合蛋白质酶类
全酶 =酶蛋白 +辅助因子（辅酶、辅基或金属离子）
辅酶（ coenzyme）
辅基（ prosthetic group）
（五）根据酶蛋白分子的特点将酶分成三类
1．单体酶（ monomeric enzyme）
2．寡聚酶（ oligomeric enzyme）
3．多酶复合物（ multienzyme complex）
二、酶的命名和分类
1961年国际酶学委员会（ enzyme commission）提
出的酶的命名和分类方法。
（一）命名
1．系统名称（ systematic name）
（ 1）标明底物，催化反应的性质
G-6-P→F-6-P G-6-P异构酶
例,
（ 2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（,）
分开。如其中一个底物为水时，水可略去。
例 1：
丙氨酸 +α-酮戊二酸 → 谷氨酸 +丙酮酸
丙氨酸,α-酮戊二酸氨基转移酶
例 2：
脂肪 +H2O → 脂酸 +甘油
脂肪水解酶
2．习惯名称（ recommended name）
（ 1）底物
（ 2）反应性质
（ 3）底物，反应性质
（ 4）来源或其它特点
（二）系统分类法及编号
1．分类,
6大类酶，氧转水 裂异连
2．编号,
用 4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用,·”隔
开，前面冠以 EC（为 Enzyme Commission）。
EC 类,亚类,亚亚类,排号，如 EC l.1.1.1
Enzyme Handbook,Thomas E Barman编,Vol I,
Vol II 1969年。
Enzyme Handbook,Thomas E,Barman编
Supplement I,1974年。
（三）六大类酶催化反应的性质
1．氧化还原酶类（ oxido-reductases）
催化氧化还原反应的酶，包括氧化酶类、
脱氢酶类、过氧化氢酶、过氧化物酶等。
（ 1）氧化酶类：催化底物脱氢，并氧化生成 H2O或 H2O2 。
2A·2H+O2 2A+2H2O
A·2H+O2 A+H2O2
邻苯二酚氧化酶（ EC 1.10.3.1，邻苯二酚：氧氧化酶）
邻苯二酚 邻苯醌
例：
O H
O H
+ O 2
邻 苯 二 酚 氧 化 酶
O
O
2 + 2 H 2 O2
（ 2）脱氢酶类：直接催化底物脱氢
A·2H + B A + B·2H
例：乳酸脱氢酶（ EC 1.1.1.27,L-乳酸,NAD+氧化还原酶）
乳酸 丙酮酸
C O O H
C H
C H 3
H O + N A D +
C O O H
C O
C H 3
+ N A D H + H +
乳 酸 脱 氢 酶
2．转移酶类（ transferases）
催化基团的转移
A R + B B RA +
例：谷丙转氨酶（ GPT）（ EC 2.6.1.2,L-丙氨酸：
α— 酮戊二酸氨基转移酶 ）
3．水解酶类（ hydrolases）
AB + H2O A·OH + BH
4．裂合酶类（ lyases）
从底物移去一个基团而形成双键或逆反应
AB A + B
例 1：
例 2：
5．异构酶类（ isomerase）
催化异构化反应
例：
A B
6．连接酶类（ ligases,也称 synthetases合成酶类）
将两个小分子合成一个大分子，通常需要 ATP供能。
例：
乙 酸 + C o A － S H + A T P 乙 酰 － S － C o A + A M P + P P i
A + B + A T P A B + A D P + P i
A + B + A T P A B + A M P + P P i
（连接酶）
（异构）
（裂合）
（水解）
三、酶的分离、提纯及活力测定
（一）酶的分离提纯
1．选材
2．破碎细胞
3．抽提
4．去核酸、去多糖
5．提纯
6．保存
由于酶的特殊性，在提纯过程中要注意,
1．全部操作在低温 0～ 4℃ 。
2．在分离提纯过程中，不能剧烈搅拌。
3．在提纯溶剂中加一些保护剂，如少量 EDTA、
少量 β-巯基乙醇。
4．在分离提纯过程中要不断 测定酶活力和蛋白质浓
度,从而求得 比活力,还要计算 总活力 。
步骤 酶活力 蛋白质浓度 比活力 总活力
(NH4)2SO4
沉淀
乙醇沉淀
总活力＝单位体积的酶活力 (U/ml)× 分离溶液总体积 (ml)
比活力＝ 酶活力蛋白质浓度
（二）酶活力的测定
酶活力（ enzyme activity,也称酶活性）
酶活力的测定
1．测定酶活力时应注意几点
（ 1）应测反应初速度（ initial velocity or initial speed）
（ 2）酶的反应速度一般用单位时间
内产物的增加量来表示。
（ 3）测酶活力时应使反应温度,pH、离子
强度和底物浓度等因素保持恒定。
（ 4）测定酶反应速度时，应使 [S]>>[E]。
产
物
浓
度
[P]
(t)
2．酶活力和比活力表示方式
（ 1）酶活力（ enzyme activity）
酶活力的定义
酶活力的大小用酶活力单位来表示，简称酶单位（ unit,U）
酶单位的定义
1961年国际酶单位（ IU）
1972年 Katal（简称 Kat）单位
习惯上沿用的单位如,
乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+乳酸脱氢酶
乳酸脱氢酶的活力可用 丙酮酸的增加量 表示，也
可用 340nm光吸收的增加量 来表示。
（ 2）酶的比活力（ specific activity，也称比活性）
比活力,指每 mg蛋白质所具有的酶活力,一般用
U/mg蛋白质 来表示，比活力说明酶的纯度。
比活力 = 酶活力（ U/ml） /蛋白质浓度（ mg/ml）
比活力有时也可用每 g或每 ml酶含多少个活力单位来表示。
（ 4）分子活性（ molecular activity）
（ 5）催化中心活性（ catalytic center activity）
在最适底物浓度时，每分钟或每秒钟每分子酶
转换底物的分子数。
（ 3）转换数（ TN or kcat)
在最适底物浓度时，每分钟每分子酶转换底物
的分子数。
每分钟每一个催化中心所转换底物的分子数。
3,酶活力的测定方法
（ 1）分光光度法（ spectrophotometry）
该法要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分
光吸收不同。
简便、迅速、准确。
一个样品可多次测定，有利于动力学研究。
可检测到 10-9mol/L水平的变化。
优点：
例, 人血清乳酸脱氢酶活力的测定
L-乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+
乳酸脱氢酶
（ 2）荧光法（ fluorometry）
该法要求酶反应的底物或产物有荧光变化。
主要的优点：灵敏度很高，可以检测 10-12mol/L的样品。
酶蛋白分子中的 Tyr,Trp,Phe残基以及一些辅酶、辅
基，如 NADH NADPH,FMN,FAD等都能发出荧光。
例：乙醇 + NAD+ 乙醛 + NADH + H+乙醇脱氢酶
（ 3）酶偶联分析法 (enzyme coupling assay)
第一个酶的产物为第二个酶的底物，这两个
酶系统在一起反应。
2P 2
E
1P 1
E S ?? ???? ??
P1无光吸收或荧光变化，偶联后,P2有光
吸收或荧光变化。
例：测己糖激酶的活性
葡萄糖 + ATP 葡糖 -6-磷酸 + ADP 己糖激酶
葡糖 -6-磷酸 + NADP 葡糖酸 -6-磷酸 + NADPH + H+G-6-P脱氢酶
（ 4）电化学法（ electrochemical method）
有离子选择性电极法、微电子电位法、电流法等。
离子选择性电极法要求在酶反应中必须伴随有
离子浓度的变化或气体的变化（如 O2,CO2,NH3
等）。
例, 葡萄糖氧化酶活性的测定
葡萄糖 +O2+H2O 葡糖酸 +H2O2葡萄糖氧化酶
四、酶的作用动力学（ kinetics）
什么是动力学？
什么是酶作用动力学？
（一）底物浓度对酶反应速度的影响
1．米氏方程的提出
第一步, E+S ES
中间复合物学说：
第二步, ES→E+P V∝ [ES]
1913年 Michaelis和
Menten推导了米氏方程
]S[K
]S[Vv
m
m a x
??
2．米氏方程的推导
基本前提：
反应方程式,
在米氏方程推导中引入 3个假设,
（ 1） P→0 忽略 这步反应E SE + P k 4
（ 2） ∵ [S]>>[E] ∴ [S] － [ES]≈[S]
（ 3） E+S ES平衡，要求 k3<<k2 。
中间复合物学说, E+S ES→E+P
E + S E S E + P
E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
k 4
V∝ [ES]
平衡法推导：
推导的要点
推导方法
结果,
[S ]K
[S ]Vv
S
m a x
??
恒态法推导：
1925年 Briggs和 Haldame对米氏方程作了一次重要
的修正，提出了恒态的概念。
E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
所谓恒态是指反应进行一定
时间后,ES的生成速度和 ES的分
解速度相等,亦即 ES的净生成速
度为零，此时 ES的浓度不再改变，
达到恒态，也称稳态。
恒态法推导要点
推导方法
结果,
[S ]K
[S ]Vv
m
m a x
??
3．米氏方程的讨论
（ 1）米氏方程与一级反应和零级反应
（ 2） Vmax与酶的转换数
（ 3）酶被底物饱和的百分数
[ S ]K
[ S ]
V
v
][Ek
[ E S ]k
][E
[ E S ]
mm a xt3
3
t
ES ?????f
（ 4）米氏公式的实际应用
（ 5）米氏方程 —— 双曲线方程形式
mm a xmm a x KV)K) ( [ S ]V(v ????
米氏方程 经重排，两边 -VmaxKm等，得
[S]K
[S]Vv
m
max??
4．米氏常数的意义
米氏常数的物理意义
有关米氏常数说明几点
（ 1） Km是酶的一个特征性常数,只与酶的性质
有关，与酶的浓度无关
（ 2）如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都
有一个特定的 Km值，其中 Km值最小的称该
酶的最适底物 。
（ 3） Km除了与底物类别有关，还与 pH、温度有关，
所以 Km是一个物理常数，是对一定的底物、
一定的 pH、一定的温度而言的 。
（ 4） Km与 Ks,Km不等于 Ks,只有在特殊情况下即
k2>>k3,Km=Ks。 在 Km=Ks 时,Km可表示酶
和底物的亲和力 。
5．米氏常数的求法
（ 1） v对 [S]作图
（ 2）双倒数作图法（ Lineweaver-Burk作图法）
将米氏方程改写成
m axm ax
m
V
1
]S[
1
V
K
v
1 ???
（ 3） v对 作图（ Eadie-Hofstee法）
]S[
v
m axm V]S[
vKv ???
（ 4） [S]/v 对 [S]作图（ Hanes-Woolf法）
m a x
m
m a x V
K]S[
V
1
v
]S[ ???
（ 5）直接线性作图法
（ Eisenthal和 Cornish-Bowden法）
Eisenthal和 Cornish-Bowden直接线性作图
（二）双底物双产物反应
A+B P+Q
双底物双产物的反应按动力学机制
可分为两大类,
双底物
双产物的反应
序列反应
（ sequential reactions）
乒乓反应
（ ping pong reactions）
有序反应
（ orderd reactions）
随机反应
（ random reactions）
1．序列有序反应（ ordered reactions
写作 ordered Bi Bi）
2．序列随机反应（ random reactions，
写作 Random Bi Bi）
3．乒乓反应（ ping pong reactions，写作 uni
uni uni uni ping pong or Ping Pong Bi Bi）
（三）酶浓度对酶反应速度的影响
1．反应速度与酶浓度成正比
[S]>>[E] V∝ [E]
0
酶 浓 度
反
应
速
度
2,V与 [E] 关系的几点讨论
（四） pH对酶反应速度的影响
1．酶反应的最适 pH（ optimum pH）
反
应
速
度
p H
最 适 p H
6 8 1 0
0
酶的最适 pH不是一个固定的常数,它受到底
物的种类、浓度 ; 缓冲液的种类、浓度 ; 酶的纯度 ;
反应的温度、时间等的影响。
例, 碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时
[s]为 2.5x10-5 M，最适 pH为 8.3
[s]为 2.5x10-2 M，最适 pH为 10.0
2,pH影响反应速度的原因
( 1 ) pH影响了酶分子、底物分子和 ES复合物的
解离状态。
( 2 ) 过高、过低的 pH导致酶蛋白变性。
（五）温度对酶反应速度的影响
1．最适温度（ optimum temperature）
最适温度与最适 pH一样，也不是一个固定
的常数,它随底物的种类、浓度,溶液的离子强
度,pH,反应时间等的影响。
例, 反应时间短，最适温度高。
反应时间长，最适温度低。
2．低温酶学
（六）激活剂对酶反应速度的影响
什么是激活剂（ activator）?
酶的激活剂
1,无机离子
（ 1）一些金属离子，如 Na+,K+,Mg2+,Ca2+、
Cu2+,Zn2+,Fe2+等。
① 专一性
② 有的金属离子可以互相替代
③ 有的离子间有拮抗作用
（ 2）阴离子：如 Cl-,Br-,I-,CN- 等
（ 3）氢离子
2,有机分子
3,具有蛋白质性质的大分子，如酶原可被一些
蛋白酶激活，蛋白酶可看作为激活剂。
（ 2） EDTA
（ 1）某些还原剂如 Cys,GSH等
（七）酶的抑制作用和抑制作用动力学
什么是抑制作用（ inhibition）?
研究抑制作用的意义
1、不可逆抑制作用（ irreversible inhibition）
E+I→EI
例, DFP（ DIFP）对胰凝乳蛋白酶的抑制
2、可逆抑制作用 (reversible inhibition)及其动力学
（ 1）竞争性抑制作用（ competitive inhibition）
E+I EI
例, 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用
① 竞争性抑制作用动力学方程的推导
竞争性抑制作用可用下式表示, E + S E S E + P
k 1
k 2
k 3
+
I
k i 2k i 1
E I
EI+S → no reaction
推导的要点
推导出的方程
)K ]I[1(KK]S[K ]S[Vv
i
mm
m
m ax ???
???
② 竞争性抑制作用动力学方程的讨论
A、与标准米氏方程比较
B、当 [ I ]→0时，方程还原成米氏方程。
???mK 0v ?,[ I ]→∞时，
C、取方程的倒数，进行双倒数作图
m a xim a x
m
V
1
]S[
1)
K
]I[1(
V
K
v
1 ???
D、抑制程度,
0v
v1?
[ S ]V
[ S ]K
[ S ])
K
[ I ](1K
[ S ]V
1
v
v1
m a x
m
i
m
m a x
0
?
?
??
???
[S ])
K
[I](1K
[S ]K
1
i
m
m
??
?
??
当 [S]→ 很大很大
0v
v1? ≈
[S]
[S]1? ≈0
（ 2）非竞争性抑制作用（ noncompetitive inhibition）
E+S →ES ESI ? ?? I
E+I → EI ESI ? ?? S
① 非竞争性抑制作用动力学公式推导
非竞争性抑制作用可用下式表示,E + S E S E + P
k m
+
I
k i
E I + S
+
I
k i
E I S
k m
经推导后得方程,
i
m a x
m a x
m
m a x
K
]I[1
VV
]S[K
]S[Vv
?
??
?
?
?
② 非竞争性抑制作用动力学方程讨论
A、与米氏方程比较
i
m ax
K
]I[1
VV
?
??
B、
当 [I]→0 VV
max ??
[I]→∞ 0v0V m a x ???
C、取方程倒数，进行双倒数作图
D、抑制程度,
0v
v1?
（ 3）反竞争性抑制作用（ uncompetitive inhibition）
E + S E S E + P
+
I
k i
E S I
]S[K
]S[Vv
m
m ax
??
???
i
m a x
m a x
K
]I[1
VV
?
??
i
m
m
K
]I[1
KK
?
??
动力学方程,
动力学方程的讨论
A、与米氏方程比较
B、双倒数作图
三种可逆抑制作用的总结
3、一些重要的抑制剂及其实际意义
（ 1）不可逆抑制剂,E+I→EI
P
O O
XO
R 1
R 2
P
O O
XR 2
R 1或
① 有机磷化合物
化学结构通式,
R1,R2, 烷基 ; X,-F,-CN等
这些有机磷化合物能抑制某些蛋白酶及酯酶
的活力，特别是强烈抑制胆碱酯酶。
胆碱 ＋ 乙酸 乙酰胆碱
乙酰胆碱酶
胆碱酯酶
有机磷化合物中常用的是 DFP以及有机磷杀虫剂，
如 1605、敌百虫、敌敌畏、乐果等。
② 巯基酶抑制剂
什么是巯基酶？
A、烷化剂：例 ICH2COOH,ICH2CONH2等
B、有机汞、有机砷化合物
C、巯基氧化剂
2E-SH + GSSG E-S-S-E + 2GSH
E-S H + I CH2COOH E-S-CH2COOH + HI
C O O HH gSE + H C lE - S H + C O O HH gC l
2 E - S H + A s RO A s R
S
S
E
E
+ H 2 O
③ 金属酶抑制剂
什么是金属酶？
金属酶抑制剂如氰化物、硫化物和一氧化碳等 。
④ 重金属抑制剂
如含 Ag+,Cu2+,Hg2+,Pb2+等金属盐能使
大多数酶失活。
（ 2）可逆抑制剂
最常见的是竞争性抑制剂
例 1：磺胺药中的对一氨基苯磺酰胺
S O 2 N H 2H 2 N
对氨基苯磺酰胺与 PABA两者竞争 FH2合成酶
例 2,抗癌药物 5一氟尿嘧啶
（ PABA）
人,叶酸
（食物）
FH2 FH4叶酸还原酶
细菌,PABA
FH2合成酶
FH2 FH4
五、酶的专一性及活性中心
（一）酶的专一性（特异性,specificity）
1、绝对专一性（ absolute specificity）
例,
C O
N H 2
N H 2
H 2 O
脲 酶
C O 2 + 2 N H 3
C O
N H 2
N H C H 3
H 2 O
脲 酶
X
（ 1）族专一性（基团专一性,group specificity）
2、相对专一性（ relative specificity）
A — B 或 A — B
如 α-D-葡萄糖苷酶
O
C H 2 O H
O H
O H
O
O H
R
（ 2）键专一性
A — B
R 1 C
O
O R 2
+ H 2 O
酯 酶 R
1 C O O H + R 2 O H
3、立体专一性（ stereospecificity）
（ 1） D-,L-立体异构专一性
（ 2）几何异构专一性
C
C
H
HH O O C
C O O H + H
2 O
延 胡 索 酸 水 化 酶 C H 2 C O O H
C H O H C O O H
（ 3）酶能区分从有机化学观点来看是属于对称分子中两个等
同的基团，只催化其中的一个基团，而不催化另一个。
例 1：
C H 2 O H
C H
C H 2 O H
H O
1 4
+ A T P
甘 油 激 酶
C H 2
C H
C H 2 O H
H O
1 4
O P
+ A D P
若甘油激酶不能区分两个 — CH2OH基团，则会生成,
C H 2
C H
C H 2 O H
H O
1 4
O P C H
2 O H
C H
C H 2
H O
1 4 O P
和
例 2：
D
C O H
D
H
3
C +
N
C
H
C O N H
2
R
+
4
N A D
+
+ D （ 重 氢 ）
- D
N
C
C O N H
2
R
4
N A D 辅 酶 的 还 原 型
HD
( A 型 )
+ H 3 C C
D
O
（二）关于酶作用专一性的几种假说
1、锁钥学说（ lock and Key theory）
1894年 Fischer 提出
2、三点附着学说
3、诱导契合学说（ induced-fit theory）
1958年 Koshland提出
（三）酶的活性中心（ active center）
1、活性中心的概念
酶是蛋白质，是大分子化合物，在这样一
个大分子中只有一小部分是与底物结合，并与
催化作用直接有关，这个部位称酶的活性中心。
组成酶活性中心的氨基酸侧链基团主要
有 Glu和 ASP的 -COOH,Lys的 ε-NH2,His的
咪唑基,Ser的 -OH,Cys的 -SH,Tyr的侧链
基团。
酶活性中心
结合部位（结合位）
催化部位（催化位）
2、活性中心与必需基团
（四）判断和确定活性中心的主要方法
1、化学修饰法（共价标记法）
（ 1） DFP或 DIFP（二异丙基氟磷酸）
（ 2） TPCK（ N-对甲苯磺酰苯丙酰氯甲基酮）
TPCK修饰 His，使 His烷基化
（ 3）碘乙酸、对氯汞苯甲酸修饰巯基
2,X-光衍射分析
3、基因定位突变法
六、酶的作用机理
（一）与酶高效率有关的因素
1、邻近效应与定向效应
（ proximity and orientation effect）
邻近效应：指两个反应的分子，它们反应的基团
需要互相靠近，才能反应。
定向效应, 指酶的催化基团与底物的反应基团之
间的正确向。
2、张力效应和底物形变（ strain and distortion）
3、酸碱催化（ acid-base catalysis）
OH
N N O H
酚 吡啶 α－羟基吡啶
4、共价催化（ covalent catalysis）
什么是共价催化？
共价催化
亲电子催化
亲核催化
5、酶活性中心的疏水环境效应
（二）某些酶的活性中心及其作用机理
1、溶菌酶（ Lysozyme）
2、胰凝乳蛋白酶（ chymotrypsin）
形成酰化中间物
3、羧肽酶 A（ carboxypeptidase A,CpA）
Glu 270
Arg 145
Tyr 248
酶单独存在时,
Arg 145 Tyr 248
Glu 270酶底物复合物,
七、别构酶（也称变构酶,allosteric enzyme）
（一）别构酶结构上的特点
（二）别构酶性质上的特点
（三）别构酶的别构效应（ allosteric effect）
1、什么是别构效应
2、同促效应与异促效应
（四）别构酶的作用动力学
1、正协同效应（ positive cooperative effect）
2、负协同效应（ negative cooperative effect）
3、正协同效应别构酶与米氏酶动力学比较
4、负协同效应别构酶与米氏酶动力学比较
怎么区分米氏酶与别构酶？
Koshland建议用饱和比值（ saturation ratio,Rs）
饱和度时的底物浓度结合达到配基酶与底物
饱和度时的底物浓度结合达到配基酶与底物
%10)(
%90)(Rs ?
典型的米氏酶 RS=81
具有正协同效应的别构酶 RS<81
具有负协同效应的别构酶 RS>81
目前常使用 Hill系数区分米氏酶与别构酶
Hill方程,
klo g]Olo g [nYs1 Yslo g 2 ???
将 Hill方程中的有关参数换成别构酶中的有关参数
Klo g]Slo g[nvV vlo g
m a x
???
n为 Hill系数，米氏酶 Hill系数 n=1
正协同效应的别构酶 n>1
负协同效应的别构酶 n<1
（五）别构酶举例
1、大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶（ E.coli
aspartate transcarbamylase,ATCase）
（ 1） ATCase催化的化学反应和 ATCase的动力学曲线
（ 2） ATCase活性调节的机理
C T P
A T P
有催化活性的构象 无催化活性的构象
C C C
C C C
R
汞 盐
完 整 的
催 化 亚 基 调 节 亚 基
C C C
C C C
+
（ 三 聚 体 ） （ 二 聚 体 ）（ 活 性 ）
A T C a s e
R R R R R
R R R R R R
2、甘油醛 -3-磷酸脱氢酶
（ 1）甘油醛 -3-磷酸脱氢酶催化的反应
（ 2）甘油醛 -3-磷酸脱氢酶的调节机理
（六）别构酶调节酶活性的机理
1、对称或协同模型（ symmetry or concerted
model,也称齐变模型,MWC模型）
1965年由 Monod,Wyman和 Changeux提出。
该模型的要点,
2、序变模型（ sequential model，也称 KNF模型）
1966年由 Koshland,Nemethy和 Filmer提出。
该模型的要点,
八、共价调节酶（ covalently modulated enzymes）
什么是共价调节酶？
常见的是磷酸化 /脱磷酸化，腺苷酰化 /脱腺苷酰化，
乙酰化 /脱乙酰化，尿苷酰化 /脱尿苷酰化，甲基化 /脱
甲基化,S-S/SH相互转变，共 6种类型。
共价调节酶最典型的例子是动物组织的糖原磷酸化酶
1,糖原磷酸化酶催化的反应
催化糖原的磷酸解，生成 G-1-P。
糖原 G-1-P + 糖原
+ H3PO4
糖原磷酸化酶
（ n-1个 Glc基）（ n个 Glc基）
2、结构特征
3、调节机理
九、同工酶（ isoenzyme or isozyme）
（一）同工酶的概念
同工酶的概念
同工酶的性质
（二）乳酸脱氢酶（ lactate dehydrogenase,LDH）
1、组成和电泳行为
HHHH
(LDH1)
HHHM
(LDH2)
HHMM
(LDH3)
HMMM
(LDH4)
MMMM
(LDH5)
2、功能
催化的反应
乳酸 丙酮酸
LDH5
骨骼肌,
乳酸 丙酮酸心肌,
LDH1
3、同工酶研究的意义
十、酶原的激活
1、胃蛋白酶原（ pepsinogen）的激活
H C l
胃 蛋 白 酶 原
p H 1, 5 ～ 2
（ 从 N 端 失 去 4 4 个 氨 基 酸 残 基 ）
自 身 激 活
胃 蛋 白 酶
2、胰蛋白酶原（ trypsinogen）的激活
3、胰凝乳蛋白酶原（ chymotrypsinogen）的激活
十一、固定化酶 （ immobilized enzyme）
固定化酶是将水溶性的酶连接到固相载体上，
使它以固相的状态作用于底物，因此也称固相酶。
固定化酶的优点
固定化酶的理化性质
固定化酶的制备
① 吸附法
② 偶联法
③ 交联法
④ 包埋法
固定化酶的应用
