陳舌

酶與其它生物催化劑

ENZYMESANDotherbiocatalyst1什么是酶?

生物催化劑蛋白質：催化體內99%以上的反應核酸：ribozyme，小于1%2酶學研究簡史

1833年：麥芽抽提液Payen和Persoz

用酒精沉淀

物質（對熱不穩定）

淀粉單糖淀粉糖化酶(diatase)31835—37年：Berzelius提出：

催化作用catalysis

催化劑~~~~酶酶學研究簡史4公元前兩千多年，我國已有釀酒記載。一百余年前，Pasteur認為發酵是酵母細胞生命活動的結果。1877年，Kuhne首次提出Enzyme一詞。1897年，Buchner兄弟用不含細胞的酵母提取液，實現了發酵。1926年，Sumner首次從刀豆中提純出脲酶結晶。1982年，Cech首次發現RNA也具有酶的催化活性，提出核酶(ribozyme)的概念。1995年，JackW.Szostak研究室首先報道了具有DNA連接酶活性DNA片段，稱為脫氧核酶(deoxyribozyme)。酶學研究簡史5酶的概念目前將生物催化劑分為兩類酶、核酶（脫氧核酶）酶是一類由活細胞產生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質。本章中僅描述化學本質是蛋白質的酶6第一節

酶和酶反應簡介

IntroductiontoEnzymesandEnzymaticReactions7酶和酶反應簡介一、化學反應二、酶的化學本質三、酶的分類四、酶的命名五、同工酶8一、化學反應具有熱力學和動力學特性（一）熱力學性質涉及能量平衡和反應平衡

1．反應平衡可用平衡常數來描述

反應平衡（reactionequilibrium）

平衡常數（equilibriumconstant,Keq）

S1+S2P1+P2Keq=[P1]eq[P2]eq[S1]eq[S2]eq92．自由能的變化是化學反應的動力

自由能（freeenergy）

自由能是能夠用于做功的能量。

在生物系統中，生物分子在等溫、等壓條件下，在化學反應中能量的變化可以用自由能變（

G）來量度。

G=H

TS

10自由能的變化是化學反應的動力，影響化學反應的方向。

G<0

反應為釋能反應（exergonicreaction）可以自發進行

G>0

反應為吸能反應（endergonicreaction）不能自發進行

G=0

反應正逆向速率相等，反應處于平衡狀態

11反應總能量改變

非催化反應活化能

酶促反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能

能量

反應過程

底物

產物

酶促反應活化能的改變

結合能123．標準自由能變與平衡常數有關

標準自由能變（G0′）是指在標準狀態下的自由能變

標準狀態:

壓力=1大氣壓（101.3kPa）

溫度=298K（25C）

pH=7.0

[S]=[P]=1mol/lG=G0′+RTln

[P1][P2][S1][S2]反應達到平衡時即

G=0

G0′=

RTlnK’eq

在S1+S2P1+P2中13（二）動力學性質是對反應速率的描述

動力學是研究化學反應速率及其影響因素的科學。

14二、酶的化學本質是蛋白質（一）單純酶僅含有氨基酸組分有些酶其分子結構僅由氨基酸殘基組成，沒有輔助因子。這類酶稱為單純酶（simpleenzyme）。如脲酶、一些蛋白酶、淀粉酶、酯酶和核糖核酸酶等。15（二）結合酶既含有氨基酸組分又含有非氨基酸組分結合酶（conjugatedenzyme）是除了在其組成中含有由氨基酸組成的蛋白質部分外，還含有非蛋白質部分

蛋白質部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子小分子有機化合物全酶(holoenzyme)決定反應的特異性及其催化機制

決定反應的性質和反應類型

16輔助因子分類（按其與酶蛋白結合的緊密程度）

輔酶

(coenzyme):與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基

(prostheticgroup):與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。17小分子有機化合物輔酶（輔基）的種類與作用

18金屬酶(metalloenzyme)金屬離子與酶結合緊密，提取過程中不易丟失。

金屬激活酶(metal-activatedenzyme)金屬離子為酶的活性所必需，但與酶的結合不甚緊密。金屬離子的作用穩定酶的構象；參與催化反應，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應中的靜電斥力等。19

金屬酶金屬離子金屬激活酶金屬離子過氧化氫酶Fe2+丙酮酸激酶K+,Mg2+過氧化物酶Fe2+丙酮酸羧化酶Mn2+,Zn2+谷胱苷肽過氧化物酶Se蛋白激酶Mg2+,Mn2+己糖激酶Mg2+精氨酸酶Mn2+固氮酶Mo2+磷脂酶CCa2+核糖核苷酸還原酶Mn2+細胞色素氧化酶Cu2+羧基肽酶Zn2+脲酶Ni2+碳酸酐酶Zn2+檸檬酸合酶K+金屬酶和金屬激活酶

201.參加基團的轉移輔酶的作用氨基------磷酸吡哆醛羧基------生物素一碳單位------四氫葉酸甲基------維生素B12酰基-----輔酶A21氧化還原作用:FADFADH2NAD+NADH+H+NADP+NADPH+H+輔酶的作用223.第二底物的作用谷胱甘肽

GSSG2GSH輔酶A參與的轉酰基反應,先形成乙酰輔酶A,然后再脫去乙酰基輔酶的作用23（三）有些酶僅含一條多肽鏈，而另一些酶由多個亞基組成單體酶（monomericenzyme）

由一條多肽鏈組成，只具有三級結構的酶。

如核糖核酸酶、一些腸道蛋白水解酶、溶菌酶。

寡聚酶（oligomericenzyme）

由多條相同或不同的亞基組成的酶。

24多酶復合物（multienzymecomplex），或稱多酶體系（multienzymesystem）

如：丙酮酸脫氫酶復合物

同工酶（isoenzyme，isozyme）

多功能酶（multifunctionalenzyme）或稱串聯酶（tandemenzyme）

如：哺乳動物脂肪酸合成酶25三、按酶所催化反應的類型將酶分為六大類（一）催化氧化還原反應的酶屬于氧化還原酶類

氧化還原酶類（oxidoreductases）包括催化傳遞電子和氫、以及需氧參加反應的酶。例如，脫氫酶類、加氧酶類、過氧化物酶和過氧化氫酶等。

26（二）催化分子間基團轉移或交換的酶屬于轉移酶類轉移酶類（transferases）包括將磷酸基從ATP轉到另外底物的激酶、加無機磷酸使化學鍵斷裂的磷酸化酶，以及糖基轉移酶、轉氨酶等。

27（三）催化底物發生水解反應的酶屬于水解酶類水解酶類（hydrolases）

按其所水解的底物不同

根據它們的作用部位

蛋白酶、酯酶、磷酸酶、糖苷酶、核酸酶

外切酶、內切酶

28（四）催化從底物移去一個基團并形成雙鍵的反應或其逆反應的酶屬于裂合酶類

裂合酶或裂解酶類（lyases）是指催化一分子非水解地分裂成兩個分子并留有雙鍵，或相反的酶。

如：脫水酶、脫羧酶、醛縮酶

精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸精氨酸延胡索酸29合酶（synthases）

催化反應方向相反，一個底物去掉雙鍵，并與另一底物結合形成一個分子的酶。30（五）催化同分異構體相互轉化的酶類屬于異構酶類

異構酶類（isomerases）：催化分子內部基團的位置互變、幾何或光學異構體互變、以及醛酮互變的酶類。

如：變位酶、表構酶、異構酶。31（六）催化兩種底物形成一種產物同時偶聯有高能鍵的水解釋能的酶屬于合成酶類DNA連接酶、氨基酰-rRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶屬于連接酶或合成酶類（ligases或synthetases）。32四、酶可按其所催化的反應類型予以命名（一）系統名稱給出酶促反應的各種信息，但較繁瑣

習慣命名法，一般是按酶所催化的底物命名，在其底物英文名詞上加后綴“ase”作為酶的名稱。

如：蛋白酶（protease）、磷酸酶（phosphatase）

系統命名法根據酶所催化的整體反應，按酶的分類對酶命名，每個酶都有一個名稱和一個編號。

編號中4個數字中第1個數字是酶的分類號，第2個數字代表在此類中的亞類，第3個數字表示亞-亞類，第4個數字表示該酶在亞-亞類中的序號。

33酶的分類系統名稱編號催化的反應推薦名稱1.氧化還原酶類(S)-乳酸：NAD+-氧化還原酶EC1.1.1.27(S)-乳酸+NAD+

丙酮酸+NADH+H+L-乳酸脫氫酶2.轉移酶類L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉移酶EC2.6.1.2L-丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+L-谷氨酸丙氨酸轉氨酶3.水解酶類1,4--D-葡聚糖-聚糖水解酶EC3.2.1.1水解含有3個以上1,4--D-葡萄糖基的多糖中1,4--D-葡糖苷鍵-淀粉酶4.裂合酶類D-果糖-1,6-二磷酸D-甘油醛-3-磷酸裂合酶EC4.1.2.13D-果糖-1,6-二磷酸磷酸二羥丙酮+D-甘油醛-3-磷酸果糖二磷酸醛縮酶5.異構酶類D-甘油醛-3-磷酸醛-酮-異構酶EC5.3.1.1D-甘油醛-3-磷酸磷酸二羥丙酮丙糖磷酸異構酶6.連接酶類L-谷氨酸：氨連接酶（生成ADP）EC6.3.1.2ATP+L-谷氨酸+NH3ADP+Pi+L-谷氨酰胺谷氨酸-氨連接酶

酶的分類與命名舉例

34（二）推薦名稱簡便而常用

由于系統名稱較煩瑣，國際酶學委員會還同時為每一個酶從常用的習慣名稱中挑選出一個推薦名稱（recommendedname）

系統名稱

L-乳酸：NAD+氧化還原酶推薦名稱

乳酸脫氫酶

35五、同工酶催化相同的化學反應（一）同工酶是催化相同化學反應而結構不同的一組酶

定義:同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。同工酶主要由于基因倍增（duplication）和趨異（divergence）所致。36HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶*舉例：乳酸脫氫酶(LDH1～

LDH5)37（二）同工酶在生物體中的表達分布具有時空特異性

同工酶存在于同一種屬的不同個體，同一個體的不同組織、同一細胞的不同亞細胞結構，以及同一組織、細胞的不同發育階段。

LDH同工酶紅細胞白細胞血清骨骼肌心肌肺腎肝脾LDH1

（H4）431227.10731443210LDH2

（H3M）444934.70243444425LDH3（H2M2）123320.95335121110LDH4

（HM3）1611.7160512720LDH5

（M4）005.7790120565人體各組織器官LDH同工酶譜（活性%）

38（三）檢測組織器官同工酶譜的變化有重要的臨床意義

在代謝調節上起著重要的作用；用于解釋發育過程中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；同工酶可以作為遺傳標志，用于遺傳分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜234539酶和酶反應簡介一、化學反應二、酶的化學本質三、酶的分類四、酶的命名五、同工酶40第二節酶的工作原理MechanismofEnzymaticReactions41酶的工作原理一、酶與一般催化劑相似的工作原理二、酶不同于一般催化劑的特點三、酶的活性中心四、酶對底物的多元催化作用4243一、酶具有與一般催化劑相似的工作原理（一）酶與一般催化劑一樣能降低反應的活化能1．活化能是化學反應的能障

44酶顯著降低反應的活化能

基態分子過渡態活化能是一個能障，與反應速度成反比，外界供能一定，活化能直接決定過渡態分子的量。能量攪拌，加熱活化能45反應總能量改變

非催化反應活化能

酶促反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能

能量

反應過程

底物

產物

酶促反應活化能的改變

結合能462．活化能的降低可使反應速率呈指數上升

化學反應速率與自由能變化的關系

d[S]kBT

V=

=[S]e

G*/RTdth[S]代表底物（substrate）濃度kB是玻爾茨曼常數（Boltzmannconstant）（1.3811023JK-1）h是普朗克常數（Planckconstant）（6.6261034J.s）G*代表反應的活化能

在標準狀態下反應活化能降低1倍，反應速率可提高約5000倍，呈現指數上升一般講，酶的催化效率比非催化反應高1051017倍

47（二）酶與一般催化劑一樣能加速化學反應而不改變反應的平衡點48二、酶促反應具有高度的特異性和高效率（一）酶活性中心是酶與底物結合并將底物轉化為產物的部位或稱活性部位(activesite)，指若干個必需基團在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構、能與底物特異結合并將底物轉化為產物的區域。酶的活性中心(activecenter)491．酶的活性中心由許多必需基團組成

必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中，與酶活性密切相關的化學基團。常見的必需基團

絲氨酸殘基的羥基組氨酸殘基的咪唑基半胱氨酸殘基的巰基酸性氨基酸殘基的羧基

50活性中心內的必需基團結合基團(bindinggroup)與底物相結合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉變成產物位于活性中心以外，維持酶活性中心應有的空間構象所必需。活性中心外的必需基團51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522．酶的活性中心的構象有利于酶與底物結合及催化反應胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶活性中心“口袋”

533．酶的活性中心對底物具有高度的特異性

酶活性中心與底物結合時，發生構象改變，相互誘導契合，增加與底物的互補性

544．大多數情況下底物與酶活性中心最初的結合是非共價性的氫鍵離子鍵疏水鍵vanderWaals力

酶與底物結合的力55（二）酶-底物相互作用在過渡態達到最優化

1．酶與底物結合時相互誘導發生構象改變

誘導契合假說（induced-fithypothesis）

酶-底物復合物E+SE+PES酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程稱為酶-底物結合的誘導契合假說。5657羧肽酶的誘導契合模式底物Arg145胍基Tyr248-OHGlu270-COO-582．形成酶-底物過渡態復合物過程中釋放結合能底物與酶的活性中心相互誘導契合形成過渡態化合物，過渡態與酶的活性中心以次級鍵(氫鍵、離子鍵、疏水鍵)相結合，這一過程是釋能反應，所釋放的能量稱為結合能(binding

energy)。結合能可以抵消一部分活化能，是酶反應降低活化能的主要能量來源。酶不能使底物形成過渡態，則沒有結合能的釋放，也就不能催化反應的進行。593．鄰近效應、定向排列和表面效應有利于底物形成過渡態鄰近效應（proximityeffect）和定向排列（orientationarrange）將分子間的反應變成類似分子內的反應，使反應速率顯著提高。

60（三）酶活性中心催化基團通過多種途徑催化產物的生成

酶是兩性解離的蛋白質，酶活性中心上有些基團是質子供體（酸），有些是質子接受體（堿）。

1．質子轉移反應都包含廣義酸-堿催化反應

61RNHHH+RNH2..CHNHHNCCHR+CHN：HNCCHROHRO-R酶分子中具有酸-堿催化作用的基團

622．酶可與底物形成瞬時共價鍵

很多酶在催化過程中，與底物形成瞬時共價鍵，底物與酶形成共價鍵后被激活，并很容易進一步水解形成產物和游離的酶。這種催化機制稱為共價催化（covalentcatalysis）。

63酶舉例親核基團共價結合中間產物絲氨酸蛋白酶絲氨酸OH酰基酶巰基酶半胱氨酸SH酰基酶ATP酶天冬氨酸COO磷酰基酶含吡哆醛的酶賴氨酸NH2Schiff堿磷酸甘油酸變位酶組氨酸磷酰基酶谷氨酰胺合成酶酪氨酸OH腺嘌呤酶酶的親核基團與底物共價結合

643．酶可通過親核催化或親電子催化加速反應酶活性中心有的催化基團屬于親核基團，可以提供電子給帶有部分正電荷的過渡態底物，形成瞬間共價鍵。這種催化作用稱為親核催化（nucleophiliccatalysis）。

親電子催化（electrophiliccatalysis）可使酶活性中心的陽離子親電子基團與富含電子的底物形成共價鍵。

65三、酶對底物有高度的選擇性酶的特異性或專一性（specificity）

66（一）有的酶對其底物和反應類型具有極其嚴格的選擇性

有的酶僅對一種特定結構的底物起催化作用，產生具有特定結構的產物。酶對底物的這種極其嚴格的選擇性稱為絕對特異性（absolutespecificity）。

脲酶僅水解尿素，對甲基尿素則無反應。

67（二）多數酶具有相對特異性

多數酶可對一類化合物或一種化學鍵起催化作用，這種對底物分子不太嚴格的選擇性稱為相對特異性（relativespecificity）。

脂肪酶不僅水解脂肪，也可水解簡單的酯。

胰蛋白酶水解由堿性氨基酸（精氨酸和賴氨酸）的羧基所形成的肽鍵。

68人體內有多種蛋白激酶，它們均催化底物蛋白質絲氨酸（或蘇氨酸）殘基上羥基的磷酸化

蛋白激酶共有序列蛋白激酶A-X-R-(R/K)-X-(S/T)-X-蛋白激酶C-X-(R/K1-3,X0-2)-(S/T)-(X0-2,R/K1-3)-X蛋白激酶G-X-(R/K)2-3-X-(S/T)-X-Ca2+/鈣調素蛋白激酶H-X-R-X-X-(S/T)-X-69（三）有些酶僅對底物分子的某種構型起催化作用

酶對空間構型所具有的特異性要求稱為空間異構特異性（stereospecificity）

延胡索酸酶僅對延胡索酸(反丁烯二酸)起催化作用，將其加水生成蘋果酸，對順丁烯二酸則無作用

70HOOCCHHOOCCH+H2OHOOCCHHCCOOH+H2OCH2COOHCHCOOHOH蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸71乳酸脫氫酶僅催化L-乳酸脫氫生成丙酮酸，而對D-乳酸無作用。72酶的工作原理一、酶與一般催化劑相似的工作原理二、酶不同于一般催化劑的特點三、酶的活性中心四、酶對底物的多元催化作用73第三節酶促反應動力學TheKineticsofEnzymaticReactions74酶促反應動力學一、酶促反應初速率用于酶促反應動力學研究二、研究影響酶促反應速率的因素：

底物濃度、酶濃度、溫度、PH、

激活劑及抑制劑75概念研究各種因素對酶促反應速率的影響，并加以定量的闡述。影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。※研究一種因素的影響時，其余各因素均恒定。76單底物、單產物反應；酶促反應速率（velocity，V）一般在規定的反應條件下，用單位時間內底物的消耗量和產物的生成量來表示；反應速率取其初速率，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以內）時的反應速率；底物濃度遠遠大于酶濃度。研究前提77一、采用酶促反應初速率來研究酶促反應動力學（一）酶活性是指酶催化化學反應的能力衡量酶活性的尺度是酶促反應速率的大小。酶促反應速率可用單位時間內底物的減少量或產物的生成量來表示。由于底物的消耗量不易測定，所以實際工作中經常是測定單位時間內產物的生成量。78酶的活性:以國際單位（internationalunit,IU）表示。在規定的實驗條件下（如溫度、pH的限定和足夠的底物濃度等），每分鐘催化1mol底物轉變成產物所需要的酶量為1個國際單位（IU）。

79催量（Katal）

1IU＝16.67×10－9Kat

1催量是指在特定條件下，每秒鐘將1mol底物轉化成產物所需的酶量

比活性（specificactivity）：比較酶的純度

比活性單位是每mg蛋白質所含酶的國際單位數，其單位是IUmg蛋白180（二）酶促反應初速率是反應剛剛開始時測得的反應速率酶促反應初速率是指反應剛剛開始，各種影響因素尚未發揮作用時的酶促反應速率，即反應時間進程曲線為直線部分時的反應速率。81（三）有三類方法可用來測定底物或產物的變化量1．直接測定法是對底物或產物量的變化進行直接檢測有些酶促反應可在反應進行一定時間后，不用任何輔助反應便可直接測定反應液中底物或產物的濃度。這類測定方法稱為直接測定法（directassay）。

還原型（Fe2+）細胞色素c在波長550nm處有明顯的吸收峰，而氧化型（Fe3+）則無；細胞色素C氧化酶對細胞色素C的氧化反應，可以直接在波長550nm處檢測一定時間內還原型細胞色素C的減少過程。82有些酶促反應的底物和產物不能直接進行檢測，必須增加一些輔助試劑來達到檢測的目的，這種方法稱為間接測定法（indirectassay）

2．間接測定法利用非酶輔助反應對底物或產物量的變化進行間接檢測

833．酶偶聯測定法是間接反映初始反應的底物或產物量的變化量

許多酶促反應的底物和產物雖然不能直接檢測，但可以與另外的酶反應相偶聯，偶聯的酶以第一個酶的產物為底物，或以此類推，以最后的酶反應產物可以直接檢測為目的。這種通過偶聯其他酶并對此酶促產物進行直接檢測，間接地反映待測酶反應的底物或產物變化量的方法稱為酶偶聯測定法（enzymecoupledassay）

外加的酶稱為工具酶或輔助酶（auxiliaryenzyme）

產物可直接檢測的酶稱為指示酶（indicatorenzyme）

丙氨酸轉氨酶丙氨酸+-酮戊二酸

丙酮酸+谷氨酸乳酸脫氫酶丙酮酸+NADH+H+

乳酸+NAD+

（在340nm處有吸收峰）（在340nm處無吸收峰）84二、酶促反應速率受底物濃度的影響（一）酶促反應速率對底物濃度作圖呈矩形雙曲線在酶濃度和其他反應條件不變的情況下，反應速率V對底物濃度[S]作圖呈矩形雙曲線。

85當底物濃度較低時反應速率與底物濃度成正比；反應為一級反應。[S]VVmax86隨著底物濃度的增高反應速率不再成正比例加速；反應為混合級反應。[S]VVmax87當底物濃度高達一定程度酶被底物所飽和，反應速率不再增加，達最大速率；反應為零級反應。[S]VVmax目錄88（二）反應速率與底物濃度的關系可用米-曼氏方程式表示

1．米-曼氏方程定量地描述底物濃度與反應速率的關系中間產物

酶促反應模式——中間產物學說E+S

k1k2k3ESE+P89※1913年Michaelis和Menten提出反應速率與底物濃度關系的數學方程式，即米-曼氏方程式，簡稱米氏方程式(Michaelisequation)。[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速率Vmax：最大反應速率(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]

Km+[S]＝──90米-曼氏方程式推導基于兩個假設：E與S形成ES復合物的反應是快速平衡反應，而ES分解為E及P的反應為慢反應，反應速率取決于慢反應。即

V＝k3[ES](1)S的總濃度遠遠大于E的總濃度，因此在反應的初始階段，S的濃度可認為不變即[S]＝[St]。912．米-曼氏方程的推導過程引入了穩態概念

穩態：是指ES的生成速率與分解速率相等，即[ES]恒定。k1([Et]－[ES])[S]＝k2[ES]+k3[ES]k2+k3＝Km

（米氏常數）k1令：則(2)變為:([Et]－[ES])[S]＝Km[ES](2)＝([Et]－[ES])[S]k2+k3[ES]k1整理得：92將(3)代入(1)得k3[Et][S]Km+[S](4)V＝────當底物濃度很高，將酶的活性中心全部飽和時，即[Et]＝[ES]，反應達最大速率Vmax＝k3[ES]＝k3[Et](5)[ES]＝───[Et][S]Km+[S](3)整理得:將(5)代入(4)得米氏方程式：Vmax[S]Km+[S]V＝────93Km＝[S]∴Km值等于酶促反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度，單位是mol/L。2＝Km+[S]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（三）動力學參數可用來比較酶促反應的動力學性質

1．Km值等于即刻反應速率達到Vmax一半時的底物濃度

942．Km是酶的特征性常數

在酶的結構、溶液pH、溫度等條件不變的情況下，酶促反應底物的Km不因反應中酶濃度的改變而不同。

同一酶對其所催化的不同底物有不同的Km；不同酶對同一底物也有其各自的Km

。Km的范圍多在10-6～10-2mol/L之間。

Km只與酶和底物的種類以及反應環境（pH、溫度、離子強度）有關，而與酶濃度無關。956.0103己-N-乙酰氨基葡萄糖溶菌酶2.5102H2O2過氧化氫酶4.0103D-乳糖-半乳糖苷酶2.5103N-苯甲酰酪氨酰胺1.08101甘氨酰酪氨酰甘氨酸胰凝乳蛋白酶2.6102HCO3碳酸酐酶1.5103D-果糖5105D-葡萄糖4104ATP己糖激酶（腦）

Km（mol/L）

底物

酶

一些酶的底物的Km

963．Km在一定條件下可表示酶對底物的親和力

k1Km=k2+k3當k3<<k2時，Km

k2/k1。即相當于ES分解為E+S的解離常數（dissociationconstant,Ks）。此時，Km代表酶對底物的親和力。

Km越大，表示酶對底物的親和力越小；Km越小，表示酶對底物的親和力越大。

974．Vmax是酶被底物完全飽和時的反應速率

當所有的酶均與底物形成ES時（即[ES]=[Et]），反應速率達到最大。即Vmax=k3[Et]。

985．kcat代表酶的轉換數

kcat=Vmax/[Et]

kcat表示酶被底物完全飽和時，單位時間內每個酶分子（或活性中心）催化底物轉變成產物的分子數。

kcat也稱為酶的轉換數(turnovernumber)，單位是s1

。多數酶的轉換數在1104s1之間

99酶底物轉換數（s1）過氧化氫酶H2O240000000碳酸酐酶HCO3400000乙酰膽堿酯酶乙酰膽堿14000-內酰胺酶芐青霉素2000延胡索酸酶延胡索酸800RecA蛋白ATP0.4一些酶的轉換數

1006．在低底物濃度時，kcat/Km代表酶的催化效率

[Et][S]KmV=kcat當[S]<<Km時

kcat/Km是此二級反應的速率常數，也稱特異性常數，其單位是L/(mol·

S)

。反應速率的大小取決于E和S由于相互滲透而相互碰撞的速率。.這種被滲透控制的碰撞速率(diffusion-controlledrateofencounter，DCRE)的上限是108L/(mol·

S)

。kcat/Km越接近此數據，酶的催化效率越高。101

酶kcat/Km[L/(mol·

S)]

乙酰膽堿酯酶1.6108碳酸酐酶8.3107過氧化氫酶4107巴豆酸酶2.8108延胡索酸酶1.6108磷酸丙糖異構酶2.4108-內酰胺酶1108超氧化物歧化酶7109

一些kcat/Km值接近DCRE的酶

102（四）采用作圖法可求得酶促反應的動力學參數

1．林-貝氏作圖法是求得

Vmax和Km的最常用方法

林-貝氏方程式（Lineweaver-Burkequation）

將米氏方程式兩邊取倒數，并加以整理，則得出米氏方程式的雙倒數形式：V1=KmVmax[S]1+Vmax1103直線在縱軸的截距等于1/Vmax，而在橫軸上的截距為1/Km

1042．其他一些作圖法也可較準確地求得Vmax和Km

海涅斯-沃爾弗作圖法（Hanes-Wolffplot）

雙倒數方程式兩邊同時乘以[S]

[S]V=KmVmax[S]+Vmax1105直線的斜率等于1/Vmax，橫軸截距為-Km

106伊迪-霍夫斯蒂作圖法（Eadie-Hofsteeplot）

米氏方程式兩邊均除以[S]

V=[S]VmaxKmV107直線的斜率為-Km，直線的縱軸截距為Vmax

108三、在一定條件下酶促反應速率與酶濃度呈正相關當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速率與酶濃度成正比關系式為：V=k3[E]109A：底物濃度曲線，其中，[E]1>[E]2>[E]3。從圖中可知，[E]的變化不影響酶促反應的Km。

B：反應速率對酶濃度作圖，V與[E]呈直線關系。

110四、酶促反應速率受反應系統溫度的雙重影響雙重影響溫度升高，酶促反應速率升高；由于酶的本質是蛋白質，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應速率降低。最適溫度(optimumtemperature)酶促反應速率最快時的環境溫度。111哺乳動物組織中酶的最適溫度多在35～40℃之間

TaqDNA聚合酶最適溫度為72℃

*低溫的應用一般的酶在低溫下活性降低，但酶本身不被破壞，其活性可隨溫度的回升而恢復

低溫保存酶和菌種等生物制品

低溫麻醉

112五、酶促反應速率受反應體系pH的影響最適pH(optimumpH)酶催化活性最大時的環境pH。體內酶的最適pH多在6.5～8之間。

胃蛋白酶的最適pH為1.8

精氨酸酶的最適pH為9.8

pH對幾種酶活性的影響

113六、激活劑可加速酶促反應速率酶的激活劑（activator）

使酶從無活性變為有活性或使酶活性增加的物質

必需激活劑（essentialactivator）為酶促反應所必需，如缺乏則測不到酶的活性

Mg2+為己糖激酶的必需激活劑

非必需激活劑（non-essentialactivator）可以提高酶的催化活性，但不是必需的

Cl-對唾液淀粉酶的激活作用

114在酶促反應中，凡能與酶結合而使酶的催化活性下降或消失，但又不引起酶變性的物質稱為酶的抑制劑（inhibitor，I）。七、抑制劑對酶活性可表現出可逆或不可逆性抑制作用抑制劑可與酶活性中心內或活性中心外的必需基團結合，從而抑制酶的活性。根據抑制劑與酶是否共價結合及抑制效果的不同，將抑制劑對酶的抑制作用分為可逆性抑制劑（reversibleinhibitor）和不可性逆抑制劑（irreversibleinhibitor）。115

區別于酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性116可逆性抑制劑

一類抑制劑與酶的調節部位結合，使酶發生變構，從而對酶發揮抑制作用（別構抑制作用）。

一類抑制劑通過與游離酶或/和酶-底物復合物可逆地結合而影響酶的催化活性。

k1k2k3+kiEII+S+ESESE+PESI+Iki'可逆性抑制作用的抑制劑可以與游離酶結合，形成二元復合物EI；也可以與ES結合，形成三元復合物ESI。

（一）可逆性抑制劑與酶非共價結合

1171．競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性中心

定義：抑制劑與底物的結構相似或部分相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶-底物復合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

+++EESIESEIEP118有競爭性抑制劑存在的米氏方程式

V=Vmax[S]Km+[S](1+[I]ki)雙倒數方程式是

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1+[I]ki)反應模式+E+SESE+PIEIkik1k2k3SI119競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數作圖

*特點抑制程度取決于抑制劑與酶的相對親和力及底物濃度；I與S結構類似，或部分相似，競爭酶的活性中心；動力學特點：Vmax不變，表觀Km增大。[I]1V1[S]0Km1Km1(1+)[I]kiVmax1--120*舉例

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸121磺胺類藥物的抑菌機制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸1222．非競爭性抑制劑不影響酶對底物的親和力

+

S－S+

S－S+ESIEIEESEPk1k2k3+kiEII+ESESE+P+Iki+SESI*反應模式非競爭性抑制劑與酶活性中心外的某個部位結合，表現為非競爭性抑制作用（non-competitiveinhibition）。123非競爭性抑制的米氏方程式的雙倒數形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1+[I]ki)(1+[I]ki)*特點抑制劑與酶活性中心外的必需基團結合，底物與抑制劑之間無競爭關系；抑制程度取決于抑制劑的濃度；動力學特點：Vmax降低，表觀Km不變。[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0非競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數作圖

1243．反競爭性抑制劑只與酶-底物復合物結合

++ESESESIEPk1k2k3+ESESE+P+IkiESI*反應模式125反競爭性抑制作用的米氏方程式的雙倒數形式

VmaxKm[S]V1=1Vmax1+(1+[I]ki)[I]1V1[S]Km1(1+)[I]kiVmax1Vmax0(1+)[I]kiKm反競爭性抑制作用V對[S]的雙倒數作圖

*特點：a)抑制劑只與酶-底物復合物結合；抑制程度取決于抑制劑的濃度及底物的濃度；動力學特點：Vmax降低，表觀Km降低。126各種可逆性抑制作用的比較127（二）不可逆性抑制劑與酶共價結合不可逆性抑制作用的抑制劑

基團特異性抑制劑（group-specificinhibitor）底物類似物（substrateanalog）自殺性抑制劑（suicideinhibitor）

1281．基團特異性抑制劑與酶分子中特異的基團共價結合

一些酶活性中心的催化基團是絲氨酸殘基上的羥基，這些酶稱為羥基酶。

如膽堿酯酶和絲氨酸蛋白酶

有機磷化合物羥基酶失活的酶酸CH3CHN+HONROPR'OOOE+NROPR'OOOCHCH3N++EOH

解磷定失活的酶有機磷-解磷定復合物活化的酶

129半胱氨酸殘基上的巰基是許多酶的必需基團。低濃度的重金屬離子(Hg2+、Ag2+、Pb2+等)及As3+等可與巰基酶分子中的巰基結合，使酶失活。

路易士氣巰基酶失活的酶酸失活的酶BAL巰基酶BAL與砷劑結合物1302．底物類似物可共價地修飾酶的活性中心

與基團特異性抑制劑不同，底物類似物與底物的結構相似，可特異地與酶的活性中心共價結合，不可逆地抑制酶的活性。此類抑制劑可作為親和標記物，用來定性酶活性中心的功能基團。

TPCK對胰凝乳蛋白酶活性中心組氨酸咪唑環的親和標記

131

酶的自殺性抑制劑可以作為酶的底物與酶活性中心相結合，生成酶-底物復合物，并接受酶的催化作用。然而，經催化后的中間產物不游離出產物，而是轉化為酶的抑制劑，進一步與酶活性中心共價結合，對酶產生抑制作用。

E+SESE·IE-I

3．自殺性抑制劑是經過修飾的酶的底物132+

酶-底物復合物無活性酶中被修飾的FAD

N，N-二甲基丙炔酰胺自殺性抑制劑N,N-二甲基丙炔酰胺在被單胺氧化酶氧化后，由于填加1個質子，使之與酶的輔基FAD結合生成穩定的烷化物，從而酶被抑制。單胺氧化酶通過其輔基FAD氧化N,N-二甲基丙炔酰胺(N,N-dimethylpropargylamine)：

133酶促反應動力學一、酶促反應初速率用于酶促反應動力學研究二、研究影響酶促反應速率的因素：

底物濃度、酶濃度、溫度、PH、

激活劑及抑制劑134第四節酶活性的調節RegulationofEnzymeActivities135酶活性的調節一、別構效應劑的調節二、共價修飾三、酶原激活136酶的調節1.酶活性調節：

抑制抑制劑激活激活劑雙重調節別構調節共價修飾多形性調節酶原的激活同工酶2.酶含量調節：調節合成：誘導、阻遏調節降解137一、調節酶的催化活性隨著對環境信號的反應而變化調節酶（regulatoryenzyme）

對環境因素的作用表現出催化活性增高或降低、或酶量的增多或減少，進而能影響和調整反應途徑反應速率的酶。

機體通過改變調節酶的活性或誘導、阻遏酶的生物合成，可實現細胞代謝水平的調節；物質代謝的整體調節和激素水平的調節最終也都是通過影響酶促反應速率實現的。

138二、別構酶通過構象的改變影響酶促反應速率（一）別構效應劑與別構酶結合引發酶的構象改變別構調節(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結合，使酶構象改變，從而改變酶的催化活性，此種調節方式稱別構調節。139別構酶（allostericenzyme）：能發生別構效應的酶別構效應劑（allostericeffector）

：能引起酶發生構象改變的化合物調節部位（regulatorysite）：別構效應劑與酶結合的部位別構酶也有兩種構象形式，緊縮態(tensestate,T

state)和松馳態(relaxedstate,Rstate)。T態和R態對底物的親和力或催化活性不同，別構效應劑就是通過引起酶R態與T態的互變，改變酶的催化速率。

140（二）別構效應劑可引起別構酶分子中各亞基間的協同作用

亞基的構象改變可以相互影響，發生協同效應。（cooperativity）

正協同效應（positivecooperativity）

后續亞基的構象改變增加其對別構效應劑的親和力，使效應劑與酶的結合越來越容易。

負協同效應（negativecooperativity）

后續亞基的構象改變降低酶對別構效應劑的親和力，使效應劑與酶的結合越來越難。141同種協同效應（homotropiccooperativity）

別構效應劑引起的構象改變增加或降低后續亞基對同種別構效應劑的親和力。

異種協同效應（heterotropiccooperativity）

別構效應劑引起的構象改變增加或降低后續亞基對他種別構效應劑的親和力。

142別構效應劑引起的構象改變增加酶對底物的親和力，這種現象（屬于異種正協同效應）稱為別構激活作用（allostericactivation）。此別構效應劑稱為別構激活劑（allostericactivator）

引起酶對底物親和力降低的現象（屬于異種負協同效應）稱為別構抑制作用（allostericinhibition）。此別構效應劑稱為別構抑制劑（allostericinhibitor）143（三）別構酶的動力學特性不遵守米-曼氏動力學

正協同效應的底物濃度-反應速率曲線為S形曲線

負協同效應的底物-速率曲線外形類似矩形雙曲線，但不是矩形雙曲線

144三、一些調節酶可在催化方向相反的兩種酶的作用下發生共價修飾（一）磷酸化與去磷酸化是最多見的共價修飾方式

共價修飾(covalentmodification)或化學修飾(chemicalmodification)

酶分子中的某些基團可在其他酶的催化下，共價結合某些化學基團；同時又可在另一種酶的催化下，將此結合上的化學基團去掉，從而影響酶的活性。

145酶的共價修飾種類：

1.磷酸化（phosphorylation）和去磷酸化（dephosphorylation）

2.甲基化（methylation）和去甲基化（demethylation）

3.腺苷化（adenylation）和去腺苷化（deadenylation）

4.尿苷化(uridylation)

和去尿苷化（deuridylation）

磷酸化和去磷酸化修飾是最常見的共價修飾

146

酶的磷酸化與脫磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白147（二）共價修飾可引起級聯放大效應

在一個連鎖反應中，一個酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價修飾而激活，引起原始信號的放大，這種多重共價修飾的連鎖反應稱為級聯反應（cascadereaction）。

級聯反應的主要作用是產生快速、高效的放大效應。

148四、一些酶只有通過對其前體剪切后才有活性酶原(zymogen)有些酶在細胞內合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質稱為酶原。酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉化的過程。149

酶原激活的原理酶原分子構象發生改變形成或暴露出酶的活性中心

一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下150賴纈天天天天甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶活性中心胰蛋白酶原的激活過程151消化蛋白酶原的激活

酶原激活因子激活途徑胃蛋白酶原H+或胃蛋白酶胃蛋白酶+六肽胰蛋白酶原腸激酶、胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶+2個二肽彈性蛋白酶原胰蛋白酶彈性蛋白酶+幾個肽段羧基肽酶原胰蛋白酶羧基肽酶+幾個肽段152胰腺1

245SSSS胰蛋白酶11516

245SSSS11316

245SSSSSer14-Arg15，Thr147-Asn148酶原-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶194Ile16轉180°Asp194Met192內表，Gly193伸長Ser195，His57移位Asp192146149-胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶153

酶原激活的生理意義避免細胞產生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環境中發揮作用，保證體內代謝正常進行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉變成有活性的酶，發揮其催化作用。154酶活性的調節一、別構效應劑的調節二、共價修飾三、酶原激活155第五節酶與醫學EnzymesandMedicalSciences156酶與醫學一、酶與疾病的發生、診斷及治療二、酶用于生物化學分析三、酶工程157一、酶與疾病的發生、診斷及治療密切相關（一）許多疾病與酶的質和量的異常相關1．酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一

酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸羥化酶缺乏引起苯丙酮酸尿癥。

2．酶原異常激活和酶活性異常改變可引起疾病胰腺炎因胰蛋白酶在胰腺中被激活。

3．一些疾病可以引起酶活性的改變

嚴重肝病時可因肝合成的凝血因子減少而影響血液凝固。

158（二）體液中酶的活性可作為疾病的診斷指標

2.惡性腫瘤可因腫瘤組織的增殖加快，其標志酶釋放入血增多，有助于對該組織腫瘤的診斷。

前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高。

組織器官損傷可使其組織特異性的酶釋放入血，有助于對此組織器官疾病的診斷。

急性肝炎時，血清中丙氨酸轉氨酶活性升高。

3.有些酶的清除和排泄障礙也可造成血清含量升高。

肝硬化時血清堿性磷酸酶活性升高。

4.酶的誘導合成增多也可以從血清中檢測出來，用于協助診斷和預后判斷。

膽管阻塞時膽汁返流可刺激肝合成堿性磷酸酶增多。

159（三）酶作為藥物可用于疾病的治療

1.有些酶作為助消化的藥物

消化腺分泌功能不良所致的消化不良可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以糾正。

3.有些酶具有溶解血栓的療效鏈激酶、尿激酶及纖溶酶等溶解血栓，用于治療心、腦血管栓塞等。

胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等可加強傷口的凈化、抗炎和防止漿膜粘連等。在某些外敷藥中加入透明質酸酶可以增強藥物的擴散作用。2.有些酶用于清潔傷口和抗炎160（四）有些藥物通過抑制或激活體內某種酶的活性起治療作用一些藥物通過抑制某些酶的活性，糾正體內代謝紊亂。如抗抑郁藥通過抑制單胺氧化酶而減少兒茶酚胺的滅活，治療抑郁癥。洛伐他汀通過競爭性抑制HMG-CoA還原酶的活性，抑制膽固醇的生物合成，降低血膽固醇。給新生兒服用苯巴比妥可誘導肝細胞UDP-葡萄糖醛酸基轉移酶的生物合成，減輕新生兒黃疸，防止出現膽紅素腦病。161二、酶作為試劑可用于生物化學分析（一）有些酶可作為酶偶聯測定法中的指示酶或輔助酶

當有些酶促反應的底物或產物不能被直接測定時，可偶聯另一種或兩種酶，使初始反應產物定量地轉變為可測量的某種產物，從而測定初始反應的底物、產物或初始酶活性。這種方法稱為酶偶聯測定法。若偶聯一種酶，這個酶即為指示酶（indicatorenzyme）；若偶聯兩種酶，則前一種酶為輔助酶（auxiliaryenzyme），后一種酶為指示酶。162葡糖氧化酶法測定血糖時，過氧化物酶為指示酶。163（二）有些酶可作為酶標記測定法中的標記酶酶聯免疫吸附測定（enzyme-linkedimmunosorbentassays，ELISA）法就是利用抗原-抗體特異性結合的特點，將標記酶與抗體偶聯，對抗原或抗體做出檢測的一種方法。常用的標記酶：辣根過氧化物酶堿性磷酸酶葡萄糖氧化酶β-Ｄ-半乳糖苷酶164（三）多種酶成為基因工程常用的工具酶多種酶已常規用于基因工程操作過程中。例如，Ⅱ型限制性內切核酸酶、DNA連接酶、逆轉錄酶、DNA聚合酶等。165三、酶工程是對酶進行改造的新型應用技術酶工程（enzymeengineering）是利用化學的和基因工程方法對酶的結構、理化性質進行改造，或研發新的酶分子，使之具有更高的催化效率、高度穩定性，更容易提取與純化，便于工業、農業和醫藥衛生等領域應用的一門技術。

酶工程方法

化學工程

通過基因重組技術對酶進行修飾、改造或再設計

166（一）有些酶可通過化學工程手段進行改造

1．固定化酶是固相酶

固定化酶（immobilizedenzyme）是將水溶性酶用物理或化學方法處理，將其固定于有機或無機物的介質上，或包埋于某種膜中，使之成為不溶于水的、穩定的、可以反復使用的固態酶。

固定化酶可以裝柱，這樣，固定化酶不但具有酶的高催化效率和高特異性，而且還具有類似離子交換層析和親和層析的優點，反應自動化、連續化、管道化。

1672．抗體酶是具有酶活性的抗體

抗體酶（abzyme）是人工制造的具有催化活性的單克隆抗體。

根據酶底物的過渡態與酶的活性中心密切結合并易于生成產物的特性，設計出過渡態分子的類似物，并以此作為抗原，接種于動物體內使之產生相應的抗體。該抗體既然能與過渡態類似物相互適應并結合，也就有可能具有催化過渡態反應的酶活性。這種具有酶活性的抗體，稱為抗體酶或催化性抗體（catalyticantibody）。

1683．對酶活性中心必需基團的化學修飾可改變酶的催化性質

通過對酶活性中心的某一必需基團的化學修飾，改變酶的催化性質。這種酶即保持酶蛋白的理化性質和穩定性，又可使其具有人們預想的催化目的。

1694．模擬酶是人工合成的具有催化作用的非蛋白質有機化合物

利用有機合成的方法合成的具有底物結合部位和催化部位的非蛋白質有機化合物稱為模擬酶（mimicenzyme）。

模擬酶具有天然酶的高效、特異催化作用。由于模擬酶是小分子的穩定的化合物，應用方便。同時，模擬酶還克服了天然酶提取純化的復雜性、耗材多、產量低、酶的不穩定性、生物大分子在應用上的抗原性等許多不便。

170（二）基因工程是對酶一級結構的修飾酶的基因工程是利用重組DNA技術對酶一級結構的修飾，以發現催化活性更高、更穩定的可以大量生產的酶。

酶的基因工程方法

理論性再設計（rationalredesign）

直接演化（directedevolution）

在準確了解和掌握酶的結構、功能和催化機制的基礎上，采用定點突變改變酶蛋白的氨基酸序列。

171酶與醫學一、酶與疾病的發生、診斷及治療二、酶用于生物化學分析三、酶工程172第六節催化性核酸CatalyticNucleicAcids173催化性核酸一、核酶是具有催化活性的RNA二、脫氧核酶是人工合成的具有催化活性的DNA三、核酶和脫氧核酶的應用174一、核酶是具有催化活性的RNA具有催化活性的RNA稱為核酶（ribozyme）。

根據核酶的分子大小，可將核酶分為小分子核酶和大分子核酶

。1981年，托馬斯.塞克發現

RNA有自身催化作用。175（一）小分子核酶主要有錘頭核酶、發夾核酶1.錘頭核酶（hammerheadribozyme）

A：順式催化錘頭核酶的二級結構B：反式催化核酶的二級結構C：反式催化核酶的三級結構

A發現于植物類病毒、擬病毒

176錘頭核酶的組成部分：由高度保守的核苷酸組成的催化核心（catalyticcore）

三個雙螺旋莖（I、II和III）對剪切點的識別序列UH（H為除G以外的核苷酸）

反式催化的錘頭核酶的雙螺旋莖I和III是與底物特異結合而形成的互補鏈。

177錘頭核酶催化轉酯化反應的機制剪切點核苷酸糖基2-OH對鄰近的磷酸二酯鍵進行親核攻擊，產生二個產物，其一含有2,3-環磷酸。178核酶的催化反應也具有米-曼氏動力學行為

在底物RNA的含量超過核酶含量時，如果核酶每個莖與底物RNA分子形成6個堿基對，其kcat=12min1，Km=0.020.2mmol/L。

179核酶對RNA的剪切作用

核酶通過與底物RNA的堿基互補形成酶-底物復合物，進而轉化成酶-底物過渡態復合物，最后斷裂成二個產物。

1802.發夾核酶（hairpinribozyme）

來自煙草斑紋病毒衛星RNA、I型菊苣黃色花斑病毒發夾核酶催化連接反應活性是剪切反應活性的10倍；相反，錘頭核酶催化剪切反應的活性是其連接反應活性的100倍。

發夾核酶底物（-5~+9與核酶結合）（1~50）1813.其他小分子核酶肝炎病毒核酶(hepatitisdeltavirusribozyme)瓦庫德衛星核酶(VarkudSatelliteribozyme,VSribozyme)

182（二）大分子核酶主要有組I內含子、組II內含子和RNA酶P核酶

1.組I和組II內含子剪接hnRNA

組I內含子（groupIintron）和組II內含子（groupIIintron）發現于細菌和高等植物、真菌和藻類的細胞器中。

這些內含子在hnRNA成熟過程中，進行分子內部的自我剪切去除，并將剩余的外顯子連接在一起，形成成熟的mRNA。

1832.核酸酶P核酶是核酸酶P的RNA亞基

核酸酶P是內切核酸酶，催化生成5’成熟的tRNA。

細菌核酸酶P的RNA亞基（稱核酸酶P核酶，RNasePribozyme）具有催化活性，而堿性的蛋白質部分的作用是穩定陰離子的核酸酶P核酶的構象、幫助核酶與底物的結合。

184核酶已鑒定的數量生物來源催化反應的類型組I內含子>1000真核生物（細胞核、線粒體、葉綠體）、細菌、噬菌體自身剪接的轉酯化作用（3-OH）組II內含子>700真核生物（細胞器）、細菌自身剪接的轉酯化作用（3-OH）類組I內含子6耐格蟲屬水解（3-OH）核酸酶P核酶>300真核生物（核、細胞器）、原核生物水解（3-OH）錘頭核酶11植物類病毒和衛星RNA；蠑螈自身剪切的轉酯化作用（2,3-環磷酸）發夾核酶4植物類病毒和衛星RNA自身剪切的轉酯化作用（2,3-環磷酸）肝炎病毒核酶2人肝炎病毒自身剪切的轉酯化作用（2