第四章 酶
Chapter 4 Enzyme
酶 （ enzyme）,酶是活细胞合成的、对其
特异底物起高效催化作用的蛋白质，是机
体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。
又称 生物催化剂 （ biocatalyst）
核酶 （ ribozyme）,是具有高效、特异催
化功能的核酸。
酶的发展简史
* 1857年, Louis Pasteur（法）提出酒的发酵是活的酵母
细胞作用的结果
* 1877年, Kuhne提出“酶”一词，来自希腊文，意为在
“酵母中”
* 1897年, H.Buchner & E.Buchner兄弟发现发酵不需要
完整的细胞
* 1926年, J.B.Sumner首次从刀豆分离出脲酶结晶，并证
明其蛋白质本质
* 1982年, T.Cech发现某些 RNA分子具有催化活性，并提
出“核酶”的概念
* 1995年, Cuenoud发现有些 DNA分子也具有催化活性
第一节
酶的分子结构与功能
几个概念
单体酶 （ monomeric enzyme）
寡聚酶 （ oligomeric enzyme）
多酶体系 （ multienzyme system）
多功能酶 （ multifunctional enzyme）
串联酶 （ tandem enzyme）
一、酶的分子组成
1.2 结合酶 （ conjugated enzyme）
由蛋白部分和非蛋白部分组成
1.1 单纯酶 （ simple enzyme）
仅由氨基酸构成的酶，如脲酶、蛋
白酶、淀粉酶、脂酶、核糖核酸酶等
蛋白质部分：酶蛋白 apozyme
辅助因子
cofactor 金属离子
小分子有机化合物
全酶
holoenzyme
1.2 结合酶
A、小分子有机化合物
---含有 B族维生素 的小分子物质
辅助作用,参与酶的催化过程,
传递电子、质子、基团
B族维生素与辅助因子
辅助因子名称 所含维生素 转移的基团
TPP Vit B1 醛基
FMN,FAD Vit B2 氢原子
NAD+/NADP + Vit PP 氢原子
HSCoA 泛酸 酰基
钴胺素类 Vit B12 烷基
磷酸吡哆醛 (胺 ) Vit B6 氨基
生物素 生物素 CO2
四氢叶酸 叶酸 一碳单位
B、金属离子
K+, Na+, Mg2+, Cu2+ （ Cu+ ）,
Zn2+, Fe2+ （ Fe3+ ）
a）辅助作用,参与催化反应、传递电子；
连接酶与底物；稳定酶的构象；中和
阴离子降低静电斥力。
b）分类,
金属酶 (metalloenzyme)
金属激活酶 (metal activated enzyme)
辅助因子的分类
A,辅酶 （ coenzyme）,与酶蛋白结合
疏松,可用透析或超滤的方法除去，可
离开酶蛋白。多为小分子有机化合物。
B,辅基 （ prosthetic group）,与酶蛋
白结合 紧密,不能用透析或超滤的方法
除去，不能离开酶蛋白。多为小分子有
机化合物或金属离子。
结 合 酶 特 点
A、只有全酶才有活性
B、一种酶蛋白只结合一种辅助因子,
而一种辅助因子可结合多种酶蛋白
C、酶蛋白决定反应特异性、辅助因子
决定反应的种类和性质
二、酶的活性中心
------酶分子的结构
2.1 一级结构 ------必需基团
2.2 空间结构 ------活性中心
必需基团 （ essential group）
---指与酶的活性密切相关的基团。
常见的有,His 的咪唑基,Ser/Thr
的羟基,Cys 的巯基,Glu 的 γ羧基等
酶的活性中心 （ active center）
指酶分子中由必需基团在空间结构上相互靠
近，形成具有特定空间结构的区域，该区域能与
底物特异性结合并将底物转化为产物，称为活性
中心或活性部位。
特点：特定三维空间结构 (裂缝或凹陷 )，延伸至分子
内部，由疏水基团组成，呈“口袋”状。
胰凝乳蛋白酶的一级结构和空间结构
活性中心外
必需
基团
活性中心内
结合基团 —结合底物
催化基团 —催化底物
稳定构象
多肽链 活性中心外 必需集团
结合基团 底物
催化基团
第二节
酶促反应的特点与机制
几 个 概 念
底物 （ substrate,S）,酶的作用物
产物 （ product,P）,酶作用的生成物
酶促反应,由酶催化的化学反应
酶的活性,酶所具有的催化化学反应的
能力，通常用酶促反应的速度来衡量
酶与一般催化剂的相似之处
A,化学反应前后没有质和量的变化
B、只能催化热力学允许的化学反应
C、可加快正逆反应的速度，但不能改变
反应的平衡点
D、均能降低反应的活化能
E、需要量很小
一、酶促反应的特点
1.1 高效性
1.2 特异性
1.3 可调节性
1.1 高效性
较非催化反应高 10 8～ 20倍
较一般催化剂高 10 7～ 13倍
机制：通过其特有的作用
机制，更有效地降低
反应的活化能
（ activation energy）
1.2 特异性 （ specificity）
酶对其所催化的底物具有较严格的选择性
1）绝对特异性 （ absolute specificity）
2）相对特异性 （ relative specificity）
3）立体异构特异性 （ stereospecificity）
1.3 可 调 节 性
酶促反应可受多种因素调控
包括：变构调节、共价修饰调节等
二、酶促反应的机制
2.1 酶 -底物复合物的形成与诱导契合假说
[ES] E+P
A,酶 -底物复合物学说
B,诱导契合假说 （ induced-fit hypothesis）
E+S
S
E
E-S复合物
a
b
c
a b c
诱导契合假说（ induced-fit
hypothesis）
E
S
羧
肽
酶
的
诱
导
契
合
模
式
2.2 酶促反应的机制
A、临近效应与定向排列
（ proximity effect and orientation arrange）
B、多元催化 （ multielement catalysis）
C、表面效应 （ surface effect）
酶
A B
邻近效应与定向排列
表面效应 (surface effect)
疏水性“口袋”效应
O H
C H
2
CH
NH
C
O
O
-
CO
C H
2
N
H
+
N H
2
C
NH
2
A r g
145
O
H
+
T y r
248
O
H
H
C
OO
_
G lu
270
Zn
2+
疏水口袋
肽链
底物
第三节
酶促反应动力学
影响酶促反应速度的因素
底物浓度 酶浓度
温度 酸碱度（ PH）
抑制剂 激活剂
一、底物浓度对反应速度的影响
1.1 影响规律
1.2 米 -曼氏方程
1.3 Km与 Vmax的意义
1.4 Km值和 Vmax的测定
1.1 影响规律
A、底物浓度较低时,
随 [S]↑, V成正比 ↑
B、底物浓度较高时
[S]≈[E],随 [S]↑,
V↑,（不成正比）
C、底物浓度很高时,
随 [S]↑, V不变
V=Vmax
1.2 米 -曼氏方程式
A、中间产物学说
K1 K3
E+S ??? ES ??? E+P
K2
B、米曼氏方程式（ Michaelis-Menten equation）
Vmax[S]
V= ????
Km + [S]
C、米曼氏方程解释底物浓度对反应速度的影响规律
[S]
V
Vmax
[S]
V
Vmax
[S]
V
Vmax
推导过程
稳态：是指 ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定
K1 ( [Et]－ [ES]) [S]＝ K2 [ES] + K3 [ES]
K2+K3 ＝ Km (米氏常数 )
K1
令,
则 (2)变为, （ [Et]－ [ES]） [S] ＝ Km [ES]
(2) ＝ [Et]－ [ES]） [S] K2+K3
[ES] K1
整理得,
将 (3)代入 (1) 得 V＝ ──── K3[Et][S] Km+[S] (4)
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和
时，即 [Et]＝ [ES],反应达最大速度
Vmax＝ K3[ES]＝ K3[Et] (5)
[ES]＝ ─── [Et][S] Km+[S] (3) 整理得,
将 (5)代入 (4)得米氏方程式,
Vmax[S]
Km+[S] V＝ ────
1.3 Km与 Vm的意义
A,Km值等于酶促反应速度为最大反应速
度一半时的底物浓度
Vmax Vmax[S]
?? = ???? 2 Km + [S]
B,Km值表示酶对底物的亲和力，且成
条件,K2>>K3,此时,Km≈Ks
反比
C,Km是酶的特征性常数之一，仅与
酶的结构、底物和反应环境有关。而与
酶浓度无关。
D,Vmax是酶完全被底物饱和时的反
应速度，与酶浓度成正比。
酶的转换数,K3=Vmax / [E]
即酶被底物充分饱和时，单位时间内每
个酶分子（或活性中心）催化底物转变为产
物的分子数。
当反应速度为最大反应速度一半时,
Km值的推导
Km＝ [S]
Km值等于酶促反应速度为最大反应速度
一半时的底物浓度，单位是 mol/L
2 ＝ Km+[S]
Vmax Vmax[S] Vmax
V
[S] Km
Vmax /2
1.4 Km与 Vmax值的测定
B,Hanes作图法
A,双倒数作图法
A,双倒数作图法
-1/Km
1/Vmax
1/[S]
1/V Vmax[S]
Km+[S] V =
（林－贝氏方程）
+ 1/V= Km Vmax 1/Vmax 1/[S]
两边同取倒数
B,Hanes作图法
[S]
[S]/V
-Km
Km/Vm
在林－贝氏方程基础上，两边同乘 [S]
[S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax
二、酶浓度对反应速度的影响
A
规
律
：
成
正
比
关
系
B
条
件
：
底
物
浓
度
足
够
大
C
特
点
：
酶
的
浓
度 =
酶
的
活
性
三、温度对反应速度的影响
最
适
温
度
A、原因,
B、规律：最适温度
（ optimum temperature）
C、特点：低温不变性,
不是酶的特征性常数
D、应用：低温麻醉
冰帽、低温保存酶制品
四,pH 对反应速度的影响
A、原因,
B、规律：最适 pH
（ optimum pH）
C、特点：不同酶不同
不是酶的特征性常数
D、应用：在最适 pH时
进行酶促反应或测酶活性
最
适
PH
五、抑制剂对反应速度的影响
可逆性抑制作用
不可逆性抑制作用
抑制剂 （ inhibitor）,
凡能使酶的催化活性下降而
不引起酶蛋白变性的物质。
抑制作用的种类
5.1 不可逆性抑制作用
irreversible inhibition
概念,抑制剂以共价键与酶的活性中心上的
必需基团结合，使酶失活，且不能用
透析、超滤等方法去除，这种抑制作
用称为不可逆性抑制作用。
类型,
巯基酶（ -SH）的抑制
羟基酶（ -OH）的抑制
A,抑制剂：有机磷农药
（敌敌畏、敌百虫,1059等）
B,举例（酶）,
胆碱酯酶 （ choline esterase）
C,解救：解磷定、阿托品
（ pyridine aldoxime methyliodide,PAM）
5.1.1 羟基酶的抑制
5.1.2 巯基酶的抑制
A、抑制剂,
低浓度的重金属离子 (Hg 2+,Ag+)和 As 3+
B、解救,
二巯基丙醇 （ British anti-Lewisite,BAL）
5.2 可逆性抑制作用
reversible inhibition
竞争性抑制
非竞争性抑制
反竞争性抑制
概念,抑制剂以非共价键与酶和（或）酶 -底物
复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失,
用透析、超滤等方法可去除，使酶恢复活
性，这种抑制作用称为可逆性抑制作用。
类型
5.2.1 竞争性抑制作用
（ competitive inhibition）
A,概念
抑制剂与酶的底物结构相似,
可与底物竞争酶的活性中心，阻碍
酶与底物形成中间产物，从而抑制
酶的活性的现象。
B、特点
1、抑制剂与底物结构相似
2、两者都与酶的活性中心结合
3、抑制程度取决于抑制剂与酶的相对
亲和力和与底物浓度的相对比例
4、增加底物浓度可减低或解除抑制作用
5、动力学变化,Vmax不变,Km值变大
a、丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶
C 举例
对氨基苯甲酸
二氢喋呤
谷氨酸
二氢叶酸 四氢叶酸
二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶
b、磺胺类药物抑制细菌二氢叶酸合成酶
5.2.2 非竞争性抑制作用
（ non-competitive inhibition）
A,概念,
有些抑制剂可与酶的活性中心外的
必需基团结合，不影响酶与底物的结合,
酶与底物的结合也不影响酶与抑制剂的
结合，但酶 -底物 -抑制剂复合物（ ESI）
不能生成产物，这种抑制作用称为非竞
争性抑制。
B、特点,
a、抑制剂与底物结构不一定相似
b、抑制剂与酶在活性中心外结合
c、抑制结果取决于抑制剂的浓度
d、增加底物浓度不能解除抑制作用
e、动力学变化,Vmax变小,Km值不变
5.2.3 反竞争性抑制作用
（ uncompetitive inhibition）
A、概念,
抑制剂仅与酶 -底物复合物（ ES）
结合，使中间产物 ES的量下降，从而
既减少了产物的生成，又减少了从中
间产物解离出游离酶和底物的量，称
为反竞争性抑制。
P
B、特点,
a、抑制剂只与 ES复合物结合
b、抑制结果取决于抑制剂的浓度
c、增加底物浓度不能解除抑制作用
d、动力学变化,Vmax变小,Km值变小
六、激活剂对反应速度的影响
概念,使酶由无活性变为有活性或
使酶活性增加的物质。
类型,
必需激活剂 （ essential activator）
非必需激活剂 （ non-essential activator）
七、酶活性测定与酶活性单位
酶的活性,
酶促反应速度,
酶活性单位,
A,IU：在特定条件下，每分钟催化 1umol底
物转化为产物所需的酶量为 1个 IU
B,kat：在特定条件下，每秒钟催化 1mol
底物转化为产物所需的酶量为 1个 kat
1 IU=16.67× 10-9kat
第 四 节
酶 的 调 节
酶活性的调节（快速调节）
酶含量的调节（缓慢调节）
调节方式,
调节对象,关键酶
一、酶活性的调节
1.1 酶原与酶原的激活
1.2 变构调节
1.3 共价修饰调节
1.1 酶原与酶原的激活
A、概念,
a、酶原：有些酶在细胞内合成或初分
泌时只是酶的无活性前体,
称为酶原。
b、酶原的激活：在一定条件下，酶原
结构发生改变，转化为酶的
过程即酶原的激活。
zymogen
B、机制,
活性中心形成或暴露的过程
酶 原
分子构象发生改变
形成或暴露出酶的活性中心
一个或几个特定的肽键断裂，
水解掉一个或几个短肽
在特定条件下
C、酶原激活的意义,
1,保护分泌酶的消化器官自身不
受酶的水解
2,保证酶在特定的部位与环境发
挥催化作用
3,酶原可视为酶的贮存形式
1.2 变构调节
1、变构调节 （ allosteric regulation）
某些特异性的代谢物分子可逆地结
合到酶活性中心以外的部位（别位），
使酶发生变构并改变其催化活性，这种
调节称为酶的变构调节。
2、变构酶 （ allosteric enzyme）
催化亚基
调节亚基
---受变构调节的酶
变构部位 （ allosteric site）
调节部位 （ regulatory site）
3、变构效应剂 （ allosteric effector）
---导致变构效应的代谢物
变构激活剂 （ allosteric activator）
变构抑制剂 （ allosteric inhibitor）
---使酶活性降低的效应剂
---使酶活性增加的效应剂 （底物）
（产物）
6-磷酸果糖激酶 -1的变构调节
2,6-双磷酸果糖
6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖
6-
磷
酸
果
糖
激
酶-
2 6-磷酸果糖激酶 -1
AMP,ADP ATP,柠檬酸
(+) (+) (–)
1.3 酶的共价修饰调节
A、共价修饰调节 （ covalent modification）
酶蛋白肽链上的一些基团可与某些
化学基团可逆的共价结合，从而改变酶
的活性，这种调节称为酶的共价修饰或
化学修饰。
B、类型,
最常见 磷酸化与脱磷酸化
乙酰化与脱乙酰化
甲基化与脱甲基化
腺苷化与脱腺苷化
酶的磷酸化与脱磷酸化
二、酶含量的调节
2.1 酶蛋白合成的诱导与阻遏
诱导 （ induction）
阻遏 （ repression）
2.2 酶降解的调控
三、同工酶
同工酶（ isoenzyme）
指催化相同的化学反应，而
酶的分子结构、理化性质乃至免疫
学性质不同的一组酶。
乳酸脱氢酶 （ lactate dehydrogenase,LDH）
四聚体 H型亚基：心肌型亚基
M型亚基：骨骼肌型亚基
H4 H3M H2M2 HM3 M4
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
肌酸激酶 （ creatine kinase,CK）
二聚体 B 型亚基：脑型
M型亚基：肌型
CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM)
脑 心肌 骨骼肌
第五节
酶的命名与分类
一、酶的命名
1、习惯命名
来源 +底物 +酶
底物 +反应性质 +酶
2、系统命名（ EC）
所有底物、反应性质
二、酶 的 分 类
?氧化还原酶类
?转移酶类
?水解酶类
?裂解酶类（裂合酶类）
?异构酶类
?合成酶类（连接酶类）
第六节
酶与医学的关系
一、酶与疾病的关系
1.1 酶与疾病的发生
1.2 酶与疾病的诊断
1.3 酶与疾病的治疗
1.1 酶与疾病的发生
A、酶分子缺陷
白化病 ------酪氨酸酶
蚕豆病 ------6-磷酸葡萄糖脱氢酶
B,酶活性改变
急性胰腺炎 ------胰蛋白酶原异常激活
有机磷农药中毒 ------胆碱酯酶抑制
1.2 酶与疾病的诊断
临床酶学测定占化学检验总量的 25%
A、肝炎、心肌炎等 ---血清转氨酶升高
B、腮腺炎、胰腺炎等 ---血清淀粉酶升高
C、前列腺癌 ---血清酸性磷酸酶升高
D,胆道堵塞 ---血清碱性磷酸酶升高
1.3 酶与疾病的治疗
A、磺胺药 ---抑制二氢叶酸合成酶
B,5-氟尿嘧啶等 ---竞争性抑制核酸合成
的关键酶，抑制肿瘤的生长
C、多酶片 --- 促进食物消化
D、糜蛋白酶等 --- 外科清创
E,链激酶、尿激酶 --- 防治血栓
二、酶在医学上的应用
2.1 酶作为试剂用于临床检验
2.2 酶作为药物用于临床治疗
2.3 酶作为工具用于科学研究
2.1 酶作为试剂用于临床检验
---灵敏、准确、方便、迅速等
2.2 酶作为药物用于临床治疗
2.3 酶作为工具用于科学研究
A、工具酶
B、酶标记测定,酶联免疫测定法
（ enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）
C、固定化酶 （ immobilized enzyme）
D、抗体酶 （ abzyme）
第四章结束
End of chapter 4
Chapter 4 Enzyme
酶 （ enzyme）,酶是活细胞合成的、对其
特异底物起高效催化作用的蛋白质，是机
体内催化各种代谢反应最主要的催化剂。
又称 生物催化剂 （ biocatalyst）
核酶 （ ribozyme）,是具有高效、特异催
化功能的核酸。
酶的发展简史
* 1857年, Louis Pasteur（法）提出酒的发酵是活的酵母
细胞作用的结果
* 1877年, Kuhne提出“酶”一词，来自希腊文，意为在
“酵母中”
* 1897年, H.Buchner & E.Buchner兄弟发现发酵不需要
完整的细胞
* 1926年, J.B.Sumner首次从刀豆分离出脲酶结晶，并证
明其蛋白质本质
* 1982年, T.Cech发现某些 RNA分子具有催化活性，并提
出“核酶”的概念
* 1995年, Cuenoud发现有些 DNA分子也具有催化活性
第一节
酶的分子结构与功能
几个概念
单体酶 （ monomeric enzyme）
寡聚酶 （ oligomeric enzyme）
多酶体系 （ multienzyme system）
多功能酶 （ multifunctional enzyme）
串联酶 （ tandem enzyme）
一、酶的分子组成
1.2 结合酶 （ conjugated enzyme）
由蛋白部分和非蛋白部分组成
1.1 单纯酶 （ simple enzyme）
仅由氨基酸构成的酶，如脲酶、蛋
白酶、淀粉酶、脂酶、核糖核酸酶等
蛋白质部分：酶蛋白 apozyme
辅助因子
cofactor 金属离子
小分子有机化合物
全酶
holoenzyme
1.2 结合酶
A、小分子有机化合物
---含有 B族维生素 的小分子物质
辅助作用,参与酶的催化过程,
传递电子、质子、基团
B族维生素与辅助因子
辅助因子名称 所含维生素 转移的基团
TPP Vit B1 醛基
FMN,FAD Vit B2 氢原子
NAD+/NADP + Vit PP 氢原子
HSCoA 泛酸 酰基
钴胺素类 Vit B12 烷基
磷酸吡哆醛 (胺 ) Vit B6 氨基
生物素 生物素 CO2
四氢叶酸 叶酸 一碳单位
B、金属离子
K+, Na+, Mg2+, Cu2+ （ Cu+ ）,
Zn2+, Fe2+ （ Fe3+ ）
a）辅助作用,参与催化反应、传递电子；
连接酶与底物；稳定酶的构象；中和
阴离子降低静电斥力。
b）分类,
金属酶 (metalloenzyme)
金属激活酶 (metal activated enzyme)
辅助因子的分类
A,辅酶 （ coenzyme）,与酶蛋白结合
疏松,可用透析或超滤的方法除去，可
离开酶蛋白。多为小分子有机化合物。
B,辅基 （ prosthetic group）,与酶蛋
白结合 紧密,不能用透析或超滤的方法
除去，不能离开酶蛋白。多为小分子有
机化合物或金属离子。
结 合 酶 特 点
A、只有全酶才有活性
B、一种酶蛋白只结合一种辅助因子,
而一种辅助因子可结合多种酶蛋白
C、酶蛋白决定反应特异性、辅助因子
决定反应的种类和性质
二、酶的活性中心
------酶分子的结构
2.1 一级结构 ------必需基团
2.2 空间结构 ------活性中心
必需基团 （ essential group）
---指与酶的活性密切相关的基团。
常见的有,His 的咪唑基,Ser/Thr
的羟基,Cys 的巯基,Glu 的 γ羧基等
酶的活性中心 （ active center）
指酶分子中由必需基团在空间结构上相互靠
近，形成具有特定空间结构的区域，该区域能与
底物特异性结合并将底物转化为产物，称为活性
中心或活性部位。
特点：特定三维空间结构 (裂缝或凹陷 )，延伸至分子
内部，由疏水基团组成，呈“口袋”状。
胰凝乳蛋白酶的一级结构和空间结构
活性中心外
必需
基团
活性中心内
结合基团 —结合底物
催化基团 —催化底物
稳定构象
多肽链 活性中心外 必需集团
结合基团 底物
催化基团
第二节
酶促反应的特点与机制
几 个 概 念
底物 （ substrate,S）,酶的作用物
产物 （ product,P）,酶作用的生成物
酶促反应,由酶催化的化学反应
酶的活性,酶所具有的催化化学反应的
能力，通常用酶促反应的速度来衡量
酶与一般催化剂的相似之处
A,化学反应前后没有质和量的变化
B、只能催化热力学允许的化学反应
C、可加快正逆反应的速度，但不能改变
反应的平衡点
D、均能降低反应的活化能
E、需要量很小
一、酶促反应的特点
1.1 高效性
1.2 特异性
1.3 可调节性
1.1 高效性
较非催化反应高 10 8～ 20倍
较一般催化剂高 10 7～ 13倍
机制：通过其特有的作用
机制，更有效地降低
反应的活化能
（ activation energy）
1.2 特异性 （ specificity）
酶对其所催化的底物具有较严格的选择性
1）绝对特异性 （ absolute specificity）
2）相对特异性 （ relative specificity）
3）立体异构特异性 （ stereospecificity）
1.3 可 调 节 性
酶促反应可受多种因素调控
包括：变构调节、共价修饰调节等
二、酶促反应的机制
2.1 酶 -底物复合物的形成与诱导契合假说
[ES] E+P
A,酶 -底物复合物学说
B,诱导契合假说 （ induced-fit hypothesis）
E+S
S
E
E-S复合物
a
b
c
a b c
诱导契合假说（ induced-fit
hypothesis）
E
S
羧
肽
酶
的
诱
导
契
合
模
式
2.2 酶促反应的机制
A、临近效应与定向排列
（ proximity effect and orientation arrange）
B、多元催化 （ multielement catalysis）
C、表面效应 （ surface effect）
酶
A B
邻近效应与定向排列
表面效应 (surface effect)
疏水性“口袋”效应
O H
C H
2
CH
NH
C
O
O
-
CO
C H
2
N
H
+
N H
2
C
NH
2
A r g
145
O
H
+
T y r
248
O
H
H
C
OO
_
G lu
270
Zn
2+
疏水口袋
肽链
底物
第三节
酶促反应动力学
影响酶促反应速度的因素
底物浓度 酶浓度
温度 酸碱度（ PH）
抑制剂 激活剂
一、底物浓度对反应速度的影响
1.1 影响规律
1.2 米 -曼氏方程
1.3 Km与 Vmax的意义
1.4 Km值和 Vmax的测定
1.1 影响规律
A、底物浓度较低时,
随 [S]↑, V成正比 ↑
B、底物浓度较高时
[S]≈[E],随 [S]↑,
V↑,（不成正比）
C、底物浓度很高时,
随 [S]↑, V不变
V=Vmax
1.2 米 -曼氏方程式
A、中间产物学说
K1 K3
E+S ??? ES ??? E+P
K2
B、米曼氏方程式（ Michaelis-Menten equation）
Vmax[S]
V= ????
Km + [S]
C、米曼氏方程解释底物浓度对反应速度的影响规律
[S]
V
Vmax
[S]
V
Vmax
[S]
V
Vmax
推导过程
稳态：是指 ES的生成速度与分解速度相等，即 [ES]恒定
K1 ( [Et]－ [ES]) [S]＝ K2 [ES] + K3 [ES]
K2+K3 ＝ Km (米氏常数 )
K1
令,
则 (2)变为, （ [Et]－ [ES]） [S] ＝ Km [ES]
(2) ＝ [Et]－ [ES]） [S] K2+K3
[ES] K1
整理得,
将 (3)代入 (1) 得 V＝ ──── K3[Et][S] Km+[S] (4)
当底物浓度很高，将酶的活性中心全部饱和
时，即 [Et]＝ [ES],反应达最大速度
Vmax＝ K3[ES]＝ K3[Et] (5)
[ES]＝ ─── [Et][S] Km+[S] (3) 整理得,
将 (5)代入 (4)得米氏方程式,
Vmax[S]
Km+[S] V＝ ────
1.3 Km与 Vm的意义
A,Km值等于酶促反应速度为最大反应速
度一半时的底物浓度
Vmax Vmax[S]
?? = ???? 2 Km + [S]
B,Km值表示酶对底物的亲和力，且成
条件,K2>>K3,此时,Km≈Ks
反比
C,Km是酶的特征性常数之一，仅与
酶的结构、底物和反应环境有关。而与
酶浓度无关。
D,Vmax是酶完全被底物饱和时的反
应速度，与酶浓度成正比。
酶的转换数,K3=Vmax / [E]
即酶被底物充分饱和时，单位时间内每
个酶分子（或活性中心）催化底物转变为产
物的分子数。
当反应速度为最大反应速度一半时,
Km值的推导
Km＝ [S]
Km值等于酶促反应速度为最大反应速度
一半时的底物浓度，单位是 mol/L
2 ＝ Km+[S]
Vmax Vmax[S] Vmax
V
[S] Km
Vmax /2
1.4 Km与 Vmax值的测定
B,Hanes作图法
A,双倒数作图法
A,双倒数作图法
-1/Km
1/Vmax
1/[S]
1/V Vmax[S]
Km+[S] V =
（林－贝氏方程）
+ 1/V= Km Vmax 1/Vmax 1/[S]
两边同取倒数
B,Hanes作图法
[S]
[S]/V
-Km
Km/Vm
在林－贝氏方程基础上，两边同乘 [S]
[S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax
二、酶浓度对反应速度的影响
A
规
律
：
成
正
比
关
系
B
条
件
：
底
物
浓
度
足
够
大
C
特
点
：
酶
的
浓
度 =
酶
的
活
性
三、温度对反应速度的影响
最
适
温
度
A、原因,
B、规律：最适温度
（ optimum temperature）
C、特点：低温不变性,
不是酶的特征性常数
D、应用：低温麻醉
冰帽、低温保存酶制品
四,pH 对反应速度的影响
A、原因,
B、规律：最适 pH
（ optimum pH）
C、特点：不同酶不同
不是酶的特征性常数
D、应用：在最适 pH时
进行酶促反应或测酶活性
最
适
PH
五、抑制剂对反应速度的影响
可逆性抑制作用
不可逆性抑制作用
抑制剂 （ inhibitor）,
凡能使酶的催化活性下降而
不引起酶蛋白变性的物质。
抑制作用的种类
5.1 不可逆性抑制作用
irreversible inhibition
概念,抑制剂以共价键与酶的活性中心上的
必需基团结合，使酶失活，且不能用
透析、超滤等方法去除，这种抑制作
用称为不可逆性抑制作用。
类型,
巯基酶（ -SH）的抑制
羟基酶（ -OH）的抑制
A,抑制剂：有机磷农药
（敌敌畏、敌百虫,1059等）
B,举例（酶）,
胆碱酯酶 （ choline esterase）
C,解救：解磷定、阿托品
（ pyridine aldoxime methyliodide,PAM）
5.1.1 羟基酶的抑制
5.1.2 巯基酶的抑制
A、抑制剂,
低浓度的重金属离子 (Hg 2+,Ag+)和 As 3+
B、解救,
二巯基丙醇 （ British anti-Lewisite,BAL）
5.2 可逆性抑制作用
reversible inhibition
竞争性抑制
非竞争性抑制
反竞争性抑制
概念,抑制剂以非共价键与酶和（或）酶 -底物
复合物可逆性结合，使酶活性降低或消失,
用透析、超滤等方法可去除，使酶恢复活
性，这种抑制作用称为可逆性抑制作用。
类型
5.2.1 竞争性抑制作用
（ competitive inhibition）
A,概念
抑制剂与酶的底物结构相似,
可与底物竞争酶的活性中心，阻碍
酶与底物形成中间产物，从而抑制
酶的活性的现象。
B、特点
1、抑制剂与底物结构相似
2、两者都与酶的活性中心结合
3、抑制程度取决于抑制剂与酶的相对
亲和力和与底物浓度的相对比例
4、增加底物浓度可减低或解除抑制作用
5、动力学变化,Vmax不变,Km值变大
a、丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶
C 举例
对氨基苯甲酸
二氢喋呤
谷氨酸
二氢叶酸 四氢叶酸
二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶
b、磺胺类药物抑制细菌二氢叶酸合成酶
5.2.2 非竞争性抑制作用
（ non-competitive inhibition）
A,概念,
有些抑制剂可与酶的活性中心外的
必需基团结合，不影响酶与底物的结合,
酶与底物的结合也不影响酶与抑制剂的
结合，但酶 -底物 -抑制剂复合物（ ESI）
不能生成产物，这种抑制作用称为非竞
争性抑制。
B、特点,
a、抑制剂与底物结构不一定相似
b、抑制剂与酶在活性中心外结合
c、抑制结果取决于抑制剂的浓度
d、增加底物浓度不能解除抑制作用
e、动力学变化,Vmax变小,Km值不变
5.2.3 反竞争性抑制作用
（ uncompetitive inhibition）
A、概念,
抑制剂仅与酶 -底物复合物（ ES）
结合，使中间产物 ES的量下降，从而
既减少了产物的生成，又减少了从中
间产物解离出游离酶和底物的量，称
为反竞争性抑制。
P
B、特点,
a、抑制剂只与 ES复合物结合
b、抑制结果取决于抑制剂的浓度
c、增加底物浓度不能解除抑制作用
d、动力学变化,Vmax变小,Km值变小
六、激活剂对反应速度的影响
概念,使酶由无活性变为有活性或
使酶活性增加的物质。
类型,
必需激活剂 （ essential activator）
非必需激活剂 （ non-essential activator）
七、酶活性测定与酶活性单位
酶的活性,
酶促反应速度,
酶活性单位,
A,IU：在特定条件下，每分钟催化 1umol底
物转化为产物所需的酶量为 1个 IU
B,kat：在特定条件下，每秒钟催化 1mol
底物转化为产物所需的酶量为 1个 kat
1 IU=16.67× 10-9kat
第 四 节
酶 的 调 节
酶活性的调节（快速调节）
酶含量的调节（缓慢调节）
调节方式,
调节对象,关键酶
一、酶活性的调节
1.1 酶原与酶原的激活
1.2 变构调节
1.3 共价修饰调节
1.1 酶原与酶原的激活
A、概念,
a、酶原：有些酶在细胞内合成或初分
泌时只是酶的无活性前体,
称为酶原。
b、酶原的激活：在一定条件下，酶原
结构发生改变，转化为酶的
过程即酶原的激活。
zymogen
B、机制,
活性中心形成或暴露的过程
酶 原
分子构象发生改变
形成或暴露出酶的活性中心
一个或几个特定的肽键断裂，
水解掉一个或几个短肽
在特定条件下
C、酶原激活的意义,
1,保护分泌酶的消化器官自身不
受酶的水解
2,保证酶在特定的部位与环境发
挥催化作用
3,酶原可视为酶的贮存形式
1.2 变构调节
1、变构调节 （ allosteric regulation）
某些特异性的代谢物分子可逆地结
合到酶活性中心以外的部位（别位），
使酶发生变构并改变其催化活性，这种
调节称为酶的变构调节。
2、变构酶 （ allosteric enzyme）
催化亚基
调节亚基
---受变构调节的酶
变构部位 （ allosteric site）
调节部位 （ regulatory site）
3、变构效应剂 （ allosteric effector）
---导致变构效应的代谢物
变构激活剂 （ allosteric activator）
变构抑制剂 （ allosteric inhibitor）
---使酶活性降低的效应剂
---使酶活性增加的效应剂 （底物）
（产物）
6-磷酸果糖激酶 -1的变构调节
2,6-双磷酸果糖
6-磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖
6-
磷
酸
果
糖
激
酶-
2 6-磷酸果糖激酶 -1
AMP,ADP ATP,柠檬酸
(+) (+) (–)
1.3 酶的共价修饰调节
A、共价修饰调节 （ covalent modification）
酶蛋白肽链上的一些基团可与某些
化学基团可逆的共价结合，从而改变酶
的活性，这种调节称为酶的共价修饰或
化学修饰。
B、类型,
最常见 磷酸化与脱磷酸化
乙酰化与脱乙酰化
甲基化与脱甲基化
腺苷化与脱腺苷化
酶的磷酸化与脱磷酸化
二、酶含量的调节
2.1 酶蛋白合成的诱导与阻遏
诱导 （ induction）
阻遏 （ repression）
2.2 酶降解的调控
三、同工酶
同工酶（ isoenzyme）
指催化相同的化学反应，而
酶的分子结构、理化性质乃至免疫
学性质不同的一组酶。
乳酸脱氢酶 （ lactate dehydrogenase,LDH）
四聚体 H型亚基：心肌型亚基
M型亚基：骨骼肌型亚基
H4 H3M H2M2 HM3 M4
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
肌酸激酶 （ creatine kinase,CK）
二聚体 B 型亚基：脑型
M型亚基：肌型
CK1(BB) CK2(MB) CK3(MM)
脑 心肌 骨骼肌
第五节
酶的命名与分类
一、酶的命名
1、习惯命名
来源 +底物 +酶
底物 +反应性质 +酶
2、系统命名（ EC）
所有底物、反应性质
二、酶 的 分 类
?氧化还原酶类
?转移酶类
?水解酶类
?裂解酶类（裂合酶类）
?异构酶类
?合成酶类（连接酶类）
第六节
酶与医学的关系
一、酶与疾病的关系
1.1 酶与疾病的发生
1.2 酶与疾病的诊断
1.3 酶与疾病的治疗
1.1 酶与疾病的发生
A、酶分子缺陷
白化病 ------酪氨酸酶
蚕豆病 ------6-磷酸葡萄糖脱氢酶
B,酶活性改变
急性胰腺炎 ------胰蛋白酶原异常激活
有机磷农药中毒 ------胆碱酯酶抑制
1.2 酶与疾病的诊断
临床酶学测定占化学检验总量的 25%
A、肝炎、心肌炎等 ---血清转氨酶升高
B、腮腺炎、胰腺炎等 ---血清淀粉酶升高
C、前列腺癌 ---血清酸性磷酸酶升高
D,胆道堵塞 ---血清碱性磷酸酶升高
1.3 酶与疾病的治疗
A、磺胺药 ---抑制二氢叶酸合成酶
B,5-氟尿嘧啶等 ---竞争性抑制核酸合成
的关键酶，抑制肿瘤的生长
C、多酶片 --- 促进食物消化
D、糜蛋白酶等 --- 外科清创
E,链激酶、尿激酶 --- 防治血栓
二、酶在医学上的应用
2.1 酶作为试剂用于临床检验
2.2 酶作为药物用于临床治疗
2.3 酶作为工具用于科学研究
2.1 酶作为试剂用于临床检验
---灵敏、准确、方便、迅速等
2.2 酶作为药物用于临床治疗
2.3 酶作为工具用于科学研究
A、工具酶
B、酶标记测定,酶联免疫测定法
（ enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）
C、固定化酶 （ immobilized enzyme）
D、抗体酶 （ abzyme）
第四章结束
End of chapter 4
