主要介紹酶的化學本質、結構和特性；酶的作用動力學；酶的作用機理；酶的應用；還介紹了別構酶、共價調節(jié)酶、同工酶等的概念、性質、生物學意義。主要內容：第五章酶化學1酶的發(fā)展史公元前12世紀周代人們就會釀酒，制作飴糖和醬；2000多年前，春秋戰(zhàn)國時期用曲治療消化不良的疾病。1810年JasephGaylussac發(fā)現酵母可將糖轉化為酒精。1857年，Pasteur認為發(fā)酵是活細胞活動的結果；1878年,Kuhne給酶一個統(tǒng)一的名詞，叫Enzyme，這個字來自希臘文，其意思“在酵母中”。1897年，Buchner兄弟制備了不含酵母細胞的抽提液使糖發(fā)酵，說明發(fā)酵與細胞的活動無關。從而說明了發(fā)酵是酶作用的化學本質，為此Buchner獲得了1911年諾貝爾化學獎。21926年，Sumner從刀豆中提取得到脲酶的結晶,證實酶是一種蛋白質；獲1949年化學諾貝爾獎.80年代初發(fā)現了具有催化功能的RNA——核酶(ribozyme)，這一發(fā)現打破了酶是蛋白質的傳統(tǒng)觀念，開辟了酶學研究的新領域，獲1989年化學諾貝爾獎.現已鑒定出4000多種酶，數百種酶已得到結晶，而且每年都有新酶被發(fā)現。

32.能顯著地改變化學反應的速率，但不改變平衡點，反應前后本身不發(fā)生變化。（一）酶的共同特性1.用量少而催化效率高

53.降低反應所需的活化能

6碰撞、有效碰撞、活化分子活化能：活化分子所有的最低能量(Ea)與分子的平均能量(EA)之差。分子由常態(tài)轉變?yōu)榛罨癄顟B(tài)所需要的能量稱為活化能。反應活化能非催化反應75.24kJ/mol鈀催化反應48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol例:2H2O2→2H2O+O2

7中間產物學說催化機理目前較滿意的解釋是：中間產物學說又叫

過渡態(tài)學說酶與底物通過形成中間產物使反應沿一個低活化能的途徑進行。E+SESE+P8(二)酶的特殊性質1.極高的催化效率

以摩爾為單位進行比較，酶的催化效率比化學催化劑高107～1013倍，比非催化反應高108～1020倍。例:2H2O2→2H2O+O2

1moleH2O2酶能催化5×106moleH2O2的分解1moleFe3+只能催化6×10-4moleH2O2的分解10a.基團專一性（groupspecificity）②相對專一性（relativespecificity）

A

—B或A—

B如α-D-葡萄糖苷酶

1214③立體異構專一性（stereospecificity）

a.旋光異構專一性b.幾何異構專一性15立體專一性在實踐中的意義

某些藥物的不對稱合成和拆分。如用乙?；钢苽銵-氨基酸：有機合成的D、L-氨基酸經?；?，用乙?；柑幚恚@時只有乙酰-L氨基酸被水解，于是便可將L-氨基酸與乙酰-氨基酸分開。163、酶易失活4、酶活力的調節(jié)控制5、酶的催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關171926年美國Sumner脲酶的結晶，并指出酶是蛋白質。1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結晶，并進一步證明了酶是蛋白質。1．是蛋白質二、酶的化學本質與酶的組成(一)酶的化學本質18

1982年美國T.Cech等人發(fā)現四膜蟲的rRNA前體能在完全沒有蛋白質的情況下進行自我加工，發(fā)現RNA有催化活性。

ThomasCech20催化過程圖2123

Cech和Altman各自獨立地發(fā)現了RNA的催化活性，并命名這一類酶為ribozyme（核酶），2人共同獲1989年諾貝爾化學獎。2．某些RNA有催化活性核酶研究的意義及應用前景24輔酶和輔基1、輔酶和輔基的區(qū)別

2、輔酶和輔基的功能本質：小分子有機化合物具有氧化還原性或轉移基團的能力262728三、酶的命名與分類

1961年國際酶學委員會（enzymecommission）提出的酶的系統(tǒng)命名和分類方法。30a.底物(如:淀粉酶)b.反應性質(如:轉氨酶、脫氫酶等）c.底物，反應性質（如：谷丙轉氨酶、乳酸脫氫酶等）d.來源或其它特點（如：胰蛋白酶、堿性磷酸酯酶等）（一）習慣命名法31每一種酶都有一個系統(tǒng)名稱和習慣名稱1、標明底物，催化反應的性質G-6-P→F-6-PG-6-P異構酶

例:（二）國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱命名原則322、有兩個底物的應同時列出，中間用冒號（:）分開。如其中一個底物為水時，水可略去。例1：丙氨酸+α-酮戊二酸→谷氨酸+丙酮酸丙氨酸：α-酮戊二酸氨基轉移酶例2：脂肪+H2O→脂酸+甘油脂肪：水解酶33分類:6大類酶，氧轉水裂異連編號:用4個阿拉伯數字的編號表示，數字中用“·”隔開，前面冠以EC（為EnzymeCommission）。EC類.亞類.亞亞類.排號，如EC1.1.1.27乳酸丙酮酸三、系統(tǒng)分類法及編號341、氧化還原酶類（oxido-reductases）催化氧化還原反應的酶，包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。35a.氧化酶類：催化底物脫氫，并氧化生成H2O或H2O2。2A·2H+O22A+2H2O

A·2H+O2A+H2O2

36鄰苯二酚氧化酶（EC1.10.3.1，鄰苯二酚：氧氧化酶）鄰苯二酚鄰苯醌例：37b.脫氫酶類：直接催化底物脫氫A·2H+B

A+B·2H

例：乳酸脫氫酶（EC1.1.1.27，L-乳酸：NAD+氧化還原酶）乳酸丙酮酸382、轉移酶類（transferases）催化基團的轉移例：谷丙轉氨酶（GPT）（EC2.6.1.2，L-丙氨酸：α—酮戊二酸氨基轉移酶）393、水解酶類（hydrolases）AB+H2O A·OH+BH

404、裂合酶類（lyases）催化非水解地除去底物分子中的基團及其逆反應的酶.AB

A+B

例1：41例2：425、異構酶類（isomerase）催化異構化反應例：436、連接酶類（ligases,synthetases合成酶類）將兩個小分子合成一個大分子，通常需要ATP供能。例：

44第二節(jié)酶的結構和功能

45一、酶的活性中心必需基團：酶分子中與酶活性相關的基團（羥基、巰基、咪唑基和羧基）活性中心內必需基團——結合和催化活性中心外必需基團——維持酶構象活性中心：酶分子表面與底物結合并將底物轉化為產物的空間結構區(qū)域結合基團催化基團46底物活性中心以外的必需基團結合基團催化基團活性中心

47組成酶活性中心的氨基酸側鏈基團主要有Glu和Asp的-COOH，Lys的ε-NH2，His的咪唑基，Ser的-OH，Cys的-SH，Tyr的側鏈基團。48一些酶活性中心的必需基團名稱 活性中心的必需基團胰蛋白酶His42,Ser180,Asp87

彈性蛋白酶His57,Asp102,Ser195,Asp194,Ile16

羧基肽酶Arg145,Tyr248,Glu270

溶菌酶Glu35,Asp52，Trp62,Trp63,Asp101乳酸脫氫酶Asp30,Asp53,Lys58,Tyr85,Arg101Glu140,Arg171,His195,Lys250α-胰糜蛋白酶His57,Asp102,Asp194,Ser195,Ile1649酶的活性中心特點：1、體積小2、具三維結構的裂隙3、底物與酶活性部位是通過次級鍵結合4、活性部位的裂隙具有高度疏水性5、活性部位構象上的柔性50例1溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團；*色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結合基團；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。51例2、胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）返回52①鎖鑰學說（lockandKeytheory）1894年Fisher提出★關于酶作用專一性的假說53②誘導契合學說（induced-fittheory）1958年Koshland提出54二、酶的別構（變構）部位（allostericsite）

1、酶的別構部位概念酶分子中非活性部位與非底物結合后，對反應速率有調節(jié)作用，此部位即為別構部位。2、別構劑或調節(jié)劑與別構部位結合的物質3、別構酶具有別構部位的酶55①鄰近效應與定向效應（proximityandorientationeffect）（一）酶催化的高效機制三、酶的催化機制56鄰近效應：指兩個反應的分子，它們反應的基團需要互相靠近，才能反應。定向效應:指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確定向。5758②底物分子的敏感鍵產生張力或變形

59③共價催化（covalentcatalysis）什么是共價催化？共價催化親電子催化親核催化親核的酶或親電的酶能放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負電子中心，迅速形成不穩(wěn)定的共價中間絡合物，降低反應活化能，加速反應。60④酸堿催化（acid-basecatalysis）狹義的酸堿催化劑：H+和OHˉ的催化廣義的酸堿催化劑：質子供體和質子受體的催化（氨基、羧基、巰基、酚羥基、咪唑基等）

6162⑤酶活性中心的微環(huán)境效應63（二）某些酶的活性中心及作用原理64胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯體構象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網B.加上底物后，從Ser轉移一個質子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負電荷的Asp靜電相互作用被穩(wěn)定Ser195102AspHis57底物65胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（1）結合底物His57質子供體形成共價ES復合物C-N鍵斷裂底物66胰凝乳蛋白酶反應的詳細機制（2）羰基產物釋放四面體中間物的瓦解水親核攻擊羧基產物釋放67第三節(jié)酶促反應動力學（kinetics）

什么是動力學？什么是酶作用動力學？研究酶促反應的速度規(guī)律以及各種因素對反應速度的規(guī)律的影響,其中酶與底物之間作用問題是研究酶促反應的核心問題.68產物濃度/[P]酶的反應過程曲線1、反應的初速度（初始速率）是底物轉化量<5%時的反應速率。時間/t斜率=[P]/t=V（初速率）2、影響酶的反應速度的因素酶濃度、底物濃度、pH值、溫度、反應產物、激活劑和抑制劑等因素。一、酶反應速度及初速度69斜率=[P]/t=V（初速度）[P]t1、反應的初速率（初始速率）是底物轉化量<5%時的反應速率。2、影響酶的反應速率的因素酶濃度、底物濃度、pH值、溫度、反應產物、激活劑和抑制劑等因素。一、酶反應速度及初速度70（一）中間絡合物學說二、底物濃度對反應速率的影響71(二)酶促反應動力學方程721913年Michaelis和Menten推導了米氏方程.1．米氏方程的推導73穩(wěn)態(tài)法推導：1925年Briggs和Haldame對米氏方程作了一次重要的修正，提出了穩(wěn)態(tài)的概念。所謂穩(wěn)態(tài)是指反應進行一定時間后，ES的生成速度和ES的分解速度相等，亦即ES的凈生成速度為零，此時ES的濃度不再改變，達到恒態(tài)，也稱穩(wěn)態(tài)。74根據中間產物學說，酶促反應分兩步進行:米氏方程的推導：7576(二)米氏方程的討論1.方程表明了酶反應速率與底物之間的定量關系；2.當底物濃度低時，[S]

比Km小得多時，反應呈一級。3.[S]比Km大得多時，，反應速率達到最大值，反應呈零級。77

4.當=Vmax／2時，Km=[S]。因此，Km等于酶促反應速率達最大值一半時的底物濃度。=Vmax[S]

Km+[S]

Vmax

2781、Km的含義（等于酶促反應速度達最大值一半時的底物濃度）。2、是酶在一定條件下的特征物理常數，通過測定Km的數值，可鑒別酶。3、Km可用來判斷酶的最適底物(天然底物)。4、Km可以反映酶與底物親和力的大小。Km越小，酶與底物的親和力越大。（三）Km的意義79E+Sk1k2k3ESE+Pk2+k3k1Km==Ks5、Km與Ks806、①若已知酶的Km值,可計算某一底物濃度時,反應速率相當于Vmax的百分率。例如,當[S]

=3Km時,代入米氏方程式,求得當=0.75Vm②在可逆反應中,兩個Km值中最小的反應方向是該酶促反應的主要方向。

③如果代謝途徑各酶的Km已知,Km值最大的酶是限速酶。

81（四）Km和Vmax的測定

1.Lineweaver-Burk雙倒數作圖法：

1/V01/[S]斜率=Km/Vmax1/Vmax-1/Km82（四）Km和Vmax的測定

1.Lineweaver-Burk雙倒數作圖法：

83841．酶反應的最適pH（optimumpH）四、pH對酶反應速度的影響

8586酶最適pH胃蛋白酶1.8過氧化氫酶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堿性磷酸酶10.5一些酶的最適pH值87

酶的最適pH也不是一個特征的常數，它受到底物的種類、濃度;緩沖液的種類、濃度;酶的純度;反應的溫度、時間等的影響。例:堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時[S]為2.5x10-5M，最適pH為8.3[S]為2.5x10-2M，最適pH為10.0882．pH影響反應速度的原因(1)pH影響了酶分子、底物分子和ES復合物的解離狀態(tài)。(2)過高、過低的pH導致酶蛋白變性。

891．最適溫度（optimumtemperature）五、溫度對酶反應速度的影響

90酶促反應速率隨溫度升高而達到一最大值時的溫度就稱為酶的最適溫度(optimumtempe-rature)。最適溫度不是一個特征性常數，它隨底物的種類、濃度、溶液的離子強度、pH、反應時間等的影響。例:反應時間短，最適溫度高。反應時間長，最適溫度低。912．溫度對酶促反應的影響主要原因①影響酶的穩(wěn)定性,溫度過高會使酶變性。②當溫度升高時，反應速度加快。92①臨床上低溫麻醉是利用酶的性質減慢組織細胞代謝速度，提高機體對氧和營養(yǎng)物質缺乏的耐受性。②保存菌種。③生化實驗中測定酶的活性，應嚴格控制反應液的溫度。④酶制劑應保存在冰箱中，取出應立即應用，以免變性。3、應用：93當反應系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時，酶促反應速度與酶濃度成正比，即ν=k[E]。0[E]六、酶濃度對反應速度的影響1．反應速度與酶濃度成正比94當反應系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時，酶促反應速度與酶濃度成正比，即ν=k[E]。六、酶濃度對反應速度的影響1．反應速度與酶濃度成正比952．V與[E]關系的幾點討論96七、激活劑對酶反應速度的影響

什么是激活劑（activator）?酶的激活劑：凡能提高酶活性的簡單化合物。1.無機離子（1）一些金屬離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等。①專一性②有的金屬離子可以互相替代③有的離子間有拮抗作用（2）陰離子：如Cl-、Br-、I-、CN-等（3）氫離子972.有機分子3.具有蛋白質性質的大分子，如酶原可被一些蛋白酶激活，蛋白酶可看作為激活劑。（2）金屬螯合劑EDTA（乙二胺四乙酸）（1）某些還原劑如Cys、GSH等98什么是抑制作用（inhibition）?酶在不變性的情況下，由于必需基團或活性中心化學性質的改變而引起酶活性的降低或喪失。抑制劑—凡阻抑酶反應速率的化合物。八、酶的抑制作用和抑制作用動力學

99例如：DFP對胰凝乳蛋白酶的抑制1、不可逆抑制作用E+I→EI100（1）競爭性抑制作用（competitiveinhibition）E+IEI2、可逆抑制作用及其動力學101例:丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用102①競爭性抑制作用動力學方程的推導EI+S→noreaction推導出的方程103②競爭性抑制作用動力學方程的討論A、與標準米氏方程比較B、當[I]→0時，方程還原成米氏方程。[I]→∞時，104C、取方程的倒數，進行雙倒數作圖105a.競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應產物；b.抑制劑與酶的結合部位與底物與酶的結合部位相同；c.抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但增加底物濃度可使抑制程度減小；d.動力學參數：Km值增大，Vm值不變。D.競爭性抑制的特點：106（2）非競爭性抑制作用（noncompetitiveinhibition）E+S→ESESIE+I→EIESI107①非競爭性抑制作用動力學公式推導經推導后得方程:108②非競爭性抑制作用動力學方程討論A、與米氏方程比較B、當[I]→0[I]→∞109C、取方程倒數，進行雙倒數作圖110a.非競爭性抑制劑的化學結構不一定與底物的分子結構類似；b.底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結合；c.抑制劑對酶與底物的結合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；d.動力學參數：Km值不變，Vm值降低。

D.非競爭性抑制的特點：111（3）反競爭性抑制作用（uncompetitiveinhibition）動力學方程:112動力學方程的討論

A、與米氏方程比較

B、雙倒數作圖

113a.反競爭性抑制劑的化學結構不一定與底物的分子結構類似；b.抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結合；c.必須有底物存在，抑制劑才能對酶產生抑制作用；抑制程度隨底物濃度的增加而增加；d.動力學參數：Km減小，Vm降低。C.反競爭性抑制的特點：114總結1153、抑制作用的機制①抑制劑與酶結合成極穩(wěn)定的絡合物，從而減低或破壞酶的活力。②破壞酶或輔基的活性基團或改變活性部位的構象。③奪取酶與底物結合的機會，從而減少酶的作用。④阻止E+SES→E+P反應的順利進行。1164、一些重要的抑制劑及其實際意義（1）不可逆抑制劑：E+I→EI或

①有機磷化合物化學結構通式:R1、R2:烷基;X:-F,-CN等117這些有機磷化合物能抑制某些蛋白酶及酯酶的活力，特別是強烈抑制膽堿酯酶。膽堿＋乙酸乙酰膽堿乙酰膽堿酶膽堿酯酶有機磷化合物中常用的是DFP以及有機磷殺蟲劑，如1605、敵百蟲、敵敵畏、樂果等。118（2）可逆抑制劑最常見的是競爭性抑制劑例1：磺胺藥中的對-氨基苯磺酰胺第一個治療獲得性免疫缺陷綜合癥的藥物：AZT119（PABA）120競爭抑制返回FH2

L-Glu+對氨基苯甲酸＋喋啶FH2合成酶--------FH4

FH2還原酶抗菌譜廣：凡需自身合成FH2的微生物，均易受到磺胺藥的抑制。人：葉酸（食物）FH2FH4葉酸還原酶細菌：PABAFH2合成酶FH2FH4121一、酶活力的測定

酶活力（enzymeactivity,也稱酶活性）指酶催化一定化學反應的能力，以單位時間內轉化底物的數量來度量。

第四節(jié)酶的活力測定、分離及提純1221．測定酶活力時應注意幾點（1）應測反應初速度（initialvelocityorinitialspeed）（2）酶的反應速度一般用單位時間內產物的增加量來表示。（3）測酶活力時應使反應溫度、pH、離子強度和底物濃度等因素保持恒定。（4）測定酶反應速度時，應使[S]>>[E]。產物濃度[P](t)1232．酶活力和比活力表示方式（1）酶活力（enzymeactivity）(p252)

酶活力的大小用酶活力單位來表示，簡稱酶單位（unit,U）

酶單位的定義：在一定條件下，一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需的酶量。

1961年國際酶單位（IU）—每分鐘轉化1μmol底物的酶量。1972年Katal（簡稱Kat）單位—每秒鐘能使1mol底物轉化的酶量。1kat=6×107

I.U124（2）酶的比活力（specificactivity，比活性）(p253