生物化學酶的發現1酶的分子組成及結構3酶的概念2一、酶的發現1783年斯巴蘭讓尼1836年施旺結論：胃液中有消化肉的物質1930-1936年J.H.Northrop1926年J.B.Sumner結論：酶的化學本質是蛋白質1982年T.R.Cech1983年S.Altman結論：少數RNA也具有生物催化作用二、酶的概念

酶（Enzyme，E）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生物催化劑。酶是活細胞產生的一類具有催化功能的生物分子，所以又稱為生物催化劑。

化學本質：絕大多數的酶都是蛋白質。目前將生物催化劑分為兩類:酶和核酶（脫氧核酶）（一）酶的分子組成（二）酶的分子結構三、酶的分子組成及結構酶單純酶結合酶（全酶）酶蛋白

(蛋白質部分)輔助因子

(金屬離子或小分子有機化合物)輔酶(與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法去除)輔基(與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法去除)1.按化學組成分類（一）酶的分子組成酶蛋白A輔助因子酶蛋白B酶蛋白CTip1酶蛋白與底物結合，決定反應的專一性和高效率。Tip2輔助因子直接對電子、原子或某些化學基團起傳遞作用，決定反應的類型酶蛋白和輔助因子單獨存在時均無活性，只有全酶才有活性。單體酶：一條或多條共價相連的肽鏈寡聚酶：兩個或兩個以上的亞基

多酶復合體：幾種酶非共價鍵嵌合2.按分子特點分類（一）酶的分子組成單體酶人類核糖核酸酶H2的結構示意圖寡聚酶蘋果酸脫氫酶結構示意圖多酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體結構示意圖1、酶的活性中心(activecenter)（二）酶的分子結構與底物特異性結合特定空間結構的區域將底物轉化為產物又稱活性部位酶的活性中心常位于酶蛋白分子表面，含有較多疏水氨基酸殘基，形成疏水性“裂縫”或“口袋”，形成了利于酶促反應發生的疏水環境。Bindingofasubstratetoanenzymeatthe

activesite已糖激酶的活性中心酶活性中心的特點在酶分子整個體積中只占很小的一部分是一個三維實體，是酶分子表面的一個裂隙或裂縫底物通過較弱的鍵結合到酶分子上形成酶和底物的復合物（ES）(有利于產物形成)?；钚灾行挠薪Y合底物的專一性,酶活性中心具有柔性或可運動性2、必需基團(essentialgroup)（二）酶的分子結構指酶分子中氨基酸殘基側鏈的化學基團中，一些與酶活性密切相關的化學基團。如Ser的羥基，His的咪唑基，Cys的巰基，Asp、Glu的側鏈羧基等活性中心與必需基團有什么關系呢？底物活性中心外的必需基團結合基團催化基團活性中心必需基團活性中心內的必需基團活性中心外的必需基團結合基團（與底物相結合）催化基團（催化底物變成產物）（維持酶活性中心的空間結構）生物化學

酶促反應相關概念1

酶促反應特點和機制2一、酶促反應相關概念產物P反應生成的物質底物S酶作用的物質酶活力酶所具有的催化能力酶促反應

酶催化的生物化學反應二、酶促反應的特點和機制化學催化劑酶共同點在反應前后沒有質和量的變化只能催化熱力學上能進行的化學反應能加速可逆反應的進程，不改變平衡點都能降低反應的活化能不同點酶具有高效的催化效率酶具有高度的專一性酶具有高度不穩定性酶活性的可調控性酶具有高效的催化效率酶的催化效率通常比非催化反應高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應溫度。酶比一般催化劑更有效地降低反應的活化能?；罨?Activationenergy)分子由常態轉變為活化狀態所需的能量。在一定溫度下1mol底物全部進入活化態所需要的自由能。75.3648.997.12無催化劑膠態鈀過氧化氫酶活化能（kJ/mol）催化劑

不同催化劑存在下，過氧化氫分解反應的活化能

據計算，在25℃時活化能每減少4.184KJ/mol，反應速度可增高5.4倍。酶促反應活化能的改變反應總能量改變酶促反應活化能非催化反應活化能

一般催化劑催化反應的活化能能量反應過程底物產物酶具有高度的專一性只能作用于特定結構的底物專一性

絕對專一性立體異構專一性

相對專一性作用于一類化合物或一種化學鍵作用于立體異構體中的一種形成酶-底物復合物誘導契合假說：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。專一性產生原因：酶底物復合物E+SE+PES酶具有高度的不穩定性酶的化學本質：蛋白質——易受環境影響高溫、強酸、強堿、高壓、有機溶劑、紫外線、劇烈震蕩等，易引起變性失活。生物化學底物濃度酶濃度溫度抑制劑激活劑影響酶促反應的因素PH12是指單位時間內底物的消耗量或產物的生成量酶促反應速度研究這些因素對酶促反應速度的影響時，測定的是初速度，即初始底物濃度被消耗5%以內的速度，簡稱初速度酶促反應動力學研究的是酶促反應速度及其影響因素研究某一因素對酶促反應速度的影響時，應保持其他因素不變，只改變被研究因素與酶促反應速度的關系酶的活性大小用酶促反應速度來衡量。用國際單位（IU或U）來表示一、底物濃度的影響矩形雙曲線關系底物濃度遠遠大于酶濃度31單底物、單產物反應反應速度取其初速度，即反應剛剛開始，產物的生成量極少，逆反應可不予考慮2酶反應速度與底物濃度的關系曲線反應速度與底物濃度成正比反應速度不再成正比例加速反應速度不再增加,達最大速度當底物濃度較低時：反應速度與底物濃度成正比；反應為一級反應。較低的底物濃度EEEEEEEEEEEE隨著底物濃度的增高：反應速度不再成正比例加速；反應為混合級反應。EEEEEEEEEEEE中等的底物濃度當底物濃度高達一定程度：

反應速度不再增加，達最大速度；反應為零級反應較高的底物濃度EEEEEEEEEEEE酶促反應模式——中間產物學說

k1k3E+SESE+Pk2k4中間產物米－曼氏方程式1913年Michaelis和Menten提出反應速度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[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應速度Vmax：最大反應速度Ｋm：米氏常數米氏常數（Km）酶反應速度與底物濃度的關系曲線Km：當酶反應速度達到最大反應速度的一半時的底物濃度，單位mol/L。即：意義：(1)Km是酶的特征性常數之一；

Km只與酶的性質有關,與酶的濃度無關(2)Km可近似表示酶對底物的親和力（反比）(3)同一酶對于不同底物有不同的Km值。測定Km值可以確定最合適底物或天然底物。雙倒數作圖法三、溫度對反應速度的影響0V

[E]

[S]>>[E]酶濃度對反應速度的影響

當[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速度與酶濃度成正比。三、溫度對反應速度的影響酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對淀粉酶活性的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應速度升高；溫度升高10oC,反應速度增加一倍由于酶的本質是蛋白質，溫度升高到一定程度，可引起酶的變性，從而反應速度降低酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對淀粉酶活性的影響

最適溫度酶促反應速度最快時的環境溫度最適溫度人體內大多數酶的最適溫度35~40℃不是一個固定不變的常數高溫低溫貯存生物制品、菌種等臨床上的低溫麻醉應用殺菌消毒四、pH對反應速度的影響酶活性改變解離狀態蛋白質的極性基團輔助因子荷電狀態底物的解離狀態0酶活性pHpH對某些酶活性的影響246810胃蛋白酶最適pH最適pH最適pH：酶催化活性最大時的環境pH。環境過酸、過堿使酶變性失活選擇合適的緩沖液可以保持酶的相對穩定和保持高活性使酶由無活性變為有活性或使酶活性增加的物質23激活劑1無機離子小分子有機物生物大分子五、激活劑對反應速度的影響凡能使酶的催化活性下降或喪失，而不引起酶蛋白變性的物質六、抑制劑對反應速度的影響抑制劑（inhibitor，I）1不可逆性抑制與酶共價結合2可逆性抑制與酶非共價結合（一）不可逆性抑制抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結合，使酶失活。不能用透析、超濾等方法去除。+PR1OR2OXOOHEPR1OR2OOEO+HX有機磷化合物羥基酶失活的酶酸乙酰膽堿（神經遞質）水解膽堿酯酶乙酸+膽堿羥基酶抑制劑（有機磷農藥中毒）解毒藥物：解磷定、氯磷定等解磷定+羥基酶復活OHE失活的羥基酶PR1OR2OOEO+磷?；饬锥ǎǘ┛赡嫘砸种埔种苿┡c酶和（或）酶－底物復合物以非共價鍵疏松地結合而引起酶活性的降低或喪失。結合可逆，迅速達到平衡，能用透析，超濾等辦法除去抑制劑而使酶復活。按抑制劑與酶的結合方式不同，分為：競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制可逆性抑制（一）競爭性抑制抑制劑與底物的結構相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙底物與酶的結合，減少了酶的作用機會，降低了酶的活性，這種抑制作用稱為競爭性抑制作用ESIES????++EI→E+PKi例:丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用

競爭性抑制曲線

1抑制劑與底物結構相似I與S競爭同一種酶的活性中心結合（非共價）2抑制程序取決于［I］/［S］的比例3Vm不變，Km增加4競爭性抑制的特點SO2NHRH2N磺胺類藥物H2NCOOH對氨基苯甲酸+磺胺類藥物IFH2ES二氫蝶呤谷氨酸對氨基苯甲酸FH2合成酶FH2FH4核酸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）非競爭性抑制有些抑制劑與酶活性中心外的必需基團相結合，不影響酶與底物的結合，酶和底物的結合也不影響酶與抑制劑的結合。底物和抑制劑之間無競爭關系。但酶-底物-抑制劑復合物(ESI)不能進一步釋放出產物。這種抑制作用稱作非競爭性抑制作用。ESES????++E→E+PKiII+S??ESI??+KiIVmaxVmax（變?。o抑制劑加非競爭性抑制劑Km（不變）抑制劑無抑制劑1/Vmax非競爭性抑制曲線

1抑制劑與底物結構不相似I與E在活性中心外的部位結合2抑制取決于抑制劑的絕對濃度，不管底物濃度有多高，不能用增加底物的方法去除抑制3Vm不變，Km增加4非競爭性抑制的特點（三）反競爭性抑制有些抑制劑與酶-底物中間復合物（ES）結合形成酶-底物-抑制劑復合物(ESI)，不能進一步釋放出產物。這種抑制作用稱作反競爭性抑制作用。ESES??+→E+PES??+KiIIVmaxVmax（變?。o抑制劑加反競爭性抑制劑KmKm'（變小）反競爭性抑制曲線

無抑制劑1/Vmax抑制劑1抑制劑與底物結構不相似I與ES復合物結合，使中間復合物ES的量下降2反競爭性抑制劑不僅不排斥E和S的結合，反而增加了二者的親和力，但產物的量減少3Vm減少，Km增加4反競爭性抑制的特點抑制類型與I結合的成分VmaxKm競爭性抑制E不變增大非競爭性抑制E及ES減小不變反競爭性抑制ES減小減小三種可逆性抑制作用的比較

生物化學

酶的命名1

酶的分類2（一）習慣命名方法——推薦名稱（二）國際系統命名法——系統名稱一、酶的命名（一）習慣命名方法——推薦名稱命名原則來源底物催化類型酶+++命名原則——來源+底物+催化類型+酶（血清）

乳酸

脫氫

酶尿液淀粉（水解）酶胃蛋白（水解）酶（血清）丙酮酸脫羧酶（二）國際系統命名法——系統名稱底物構型反應類型酶命名原則習慣名稱:谷丙轉氨酶系統名稱:丙氨酸：α-酮戊二酸氨基轉移酶酶催化的反應:

谷氨酸+丙酮酸α-酮戊二酸+丙氨酸二、酶的分類

1961年，國際酶學委員會（EnzymeCommittee,EC）根據酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類，分別用編號1、2、3、4、5和6表示。水解酶類轉移酶類裂合酶類酶氧化還原酶類異構酶類合成酶類酶分類（一）氧化還原酶類

氧化還原酶催化氧化還原反應，催化氫的轉移或電子傳遞

AH2+BA+BH2

主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)

例如：乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應（二）轉移酶類轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移到另一個底物的分子上

AR+BA+BR根據R分類：轉移碳基、酮基或醛基、?；⑻腔?、烴基、含氮基、含磷基和含硫基的酶

例如：谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應（三）水解酶類水解酶催化底物的加水分解反應AB+H2OAOH+BH主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等例如：脂肪酶催化的脂的水解反應（四）裂合酶類裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應ABA+B主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等例如：延胡索酸水合酶催化的反應（五）異構酶類異構酶催化各種同分異構體的相互轉化，即底物分子內基團或原子的重排過程。

AB例如：6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應

（六）合成酶類又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N以及C-S鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯

A+B+ATPAB+ADP+Pi例如：丙酮酸羧化酶催化的反應丙酮酸+CO2

草酰乙酸

生物素生物化學酶與疾病發生1酶與疾病治療3酶與疾病診斷2酶與醫學的關系一、酶與疾病的發生研究表明，許多疾病的發病機制或病理生理變化，都直接或間接地與酶相關，由于各種先天或后天的原因導致酶的質和量