2011奥赛辅导生物化学10生化酶

一.酶的概念：活细胞产生酶是活细胞产生的，具有催化作用的特殊的有机物。多数在活细胞内发挥作用，称胞内酶。少数酶被分泌到细胞外发挥作用，称胞外酶。如：人和动物消化道中以及某些细菌所分泌的水解淀粉、脂肪和蛋白质的酶。（一）大多数酶是蛋白质：1.单纯酶：（简单蛋白质）如：脲酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等水解酶。2.结合酶：（结合蛋白）这种酶除含蛋白质外，还含有对热稳定的非蛋白小分子，前者称酶蛋白(脱辅酶)，后者称辅因子。二者单独存在时无活力，只有二者结合为一个完整分子时才有活力，叫全酶。全酶＝酶蛋白＋辅因子二.酶的化学本质：辅因子有的酶辅因子是金属离子有的是小分子有机化合物作为酶活性部位的组成或帮助形成酶活性所必需的构象称辅酶或辅基作为电子、原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程有的酶两者都需要辅酶和辅基：辅酶：和酶蛋白结合较松，用透析法可以除去的有机小分子。酶的专一性是酶蛋白决定的没有本质区别，只是和酶蛋白结合的牢固程度不同。辅基：和酶蛋白结合较紧，用透析法不易除去的有机小分子。一种辅酶常可和多种不同的酶蛋白结合而组成具有不同专一性的全酶（二）单体酶、寡聚酶和多酶复合物：单体酶：只有一条肽链构成的酶。如：溶菌酶、核糖核酸酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、羧肽酶A寡聚酶：几个或多个亚基组成的酶。已知的寡 聚酶多为糖代谢酶。多酶复合物：几个酶嵌合而成的复合物。一般由2～6个功能相关的酶组成。如：丙酮酸脱氢酶复合物、脂肪酸合成酶复合物（三）核酶和抗体酶：核酶：大多数酶是蛋白质，而少数RNA有生物催化功能，把RNA酶称核酶。抗体酶：既是抗体又具有催化功能的蛋白质称为抗体酶，也称催化性抗体。它的化学本质是免疫球蛋白，但在某些区域被赋予了酶的属性。三.酶的结构和功能的关系：（一）酶的活性中心和必需基团：1.必需基团：酶分子中有许多基团，但并不是所有基团都与酶的活性有关。其中有些基团若经化学修饰（如氧化、还原、酰化、烷化等）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团与酶活性密切相关，称为必需基团。组氨酸（His）的咪唑基常见的必需基团：半胱氨酸（Cys）的巯基天冬氨酸、谷氨酸（Asp、Glu）的侧链羧基等丝氨酸（Ser）的羟基2.活性中心（活性部位）①概念：指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。②酶活性中心的组成：单纯酶：是由一些氨基酸残基的侧链基团组成结合酶：辅酶或辅基上某一部分结构往往也是活性部位的组成部分③活性中心与必需基团：活性中心的基团都是必需基团。但必需基团还包括活性中心以外的基团，它们是维持酶空间构象必需的。故酶除活性中心外，其它部分并非可有可无。④活性中心：分两类：结合基团：参与和底物结合，它决定酶的专一性催化基团：直接参与催化反应，它决定酶的催化能力底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心（二）同工酶：是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。分布：存在与同一个体的不同组织中，甚至同一组织同一细胞中。同工的原因：它们的活性部位在结构上相同或非常相似。实例：乳酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶(10年联赛)17．同工酶具有以下哪个特性?(1分)A．具有相同的蛋白质分子结构

B．理化性质相同

C．催化相同的化学反应

D．免疫性能相同四．酶的特性：（一）酶的一般催化剂特性：1．酶在催化反应时，反应前后酶的数量和性质不变。2．酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应发生。3．酶只能使反应加快达到平衡，而不能改变达到平衡时反应物和产物的浓度。1．高效性：酶催化反应速度比一般无机催化剂大107～1013倍。（二）酶的特性：如：CO2＋H2O碳酸酐酶H2CO3是已知催化反应最快的酶之一，每一个酶分子每秒钟能催化6×105个CO2分子与H2O结合成H2CO3。2.专一性：酶对它作用的底物有高度选择性。一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的特异性(专一性)的分类：（根据底物结构选择的严格程度）绝对特异性：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性：作用于立体异构体中的一种。(19年联赛)19．以下关于酶的描述，哪些是不正确的?(2分)A．大多数酶的化学本质是蛋白质

B．所有的酶都必须结合辅基或辅酶才能发挥催化作用

C．都具有立体异构专一性

D．能显著地改变化学反应速率五．酶的催化机理：（一）活化分子、活化能、酶的催化作用：1.活化分子（激活态或过渡态）在一个反应体系中，任何反应物分子都有进行反应的可能，但并非全部反应物分子都进行反应。因为各反应物所含的能量高低不同，只有那些含能量达到或超过某一数值（此反应的能阈）的分子，才能进行反应。这些分子称活化分子。2.活化能：使一般分子（常态）变为活化分子（激活态）所需的能量。即分子激活态与常态的能量差。3.酶的催化作用：降低反应的活化能，能使本来不够活化水平的分子也成为活化分子，从而增加了活化分子的数目。激活态非催化反应所需活化自由能催化反应所需活化自由能反应物产物反应过程自由能非催化过程和催化过程自由能的变化（二）中间产物学说：1.中间产物学说：目前认为酶降低反应活化能的原因是酶参与了反应。设一反应：S（底物）P

（１）（产物）如此反应有酶参与时：S

＋

E

SE E

＋

P

（2）（酶） （中间产物）反应（1）只一步进行，此反应能阈高，故活化能就高。

反应（2）是两步反应，此反应能阈低，故活化能就低。通过酶和反应物形成中间产物，改变了反应途径，降低了反应活化能，但反应结果是一样的。2.对中间产物学说的解释：目前有两种解释：锁钥学说不足：不能解释可逆反应另外发现,酶和底物结合时,酶分子上某些基团常发生明显变化。诱导契合学说底物和酶的活性部位原来并非完全吻合，但酶的活性部位有一定的柔性。当底物和酶相遇时，可诱导酶构象发生变化，使它们相互吻合。诱导契合学说更合理六.

影响酶作用的因素：（一）酶反应速度的测量：（1）测量单位时间内底物的消耗量两种方法：（2）测量单位时间内产物的生成量（二）酶促反应的速度：指的是酶促反应的初速度。由于在反应进行中，随时间的延长使底物浓度降低，产物生成增大逆反应，产物抑制等因素的干扰会导致反应速度逐渐下降。而反应初期以上因素还来不及起作用。（三）酶浓度对酶作用的影响：条件：底物足够过量，其他条件固定，不含抑制剂。曲线：酶促反应速度和酶浓度成正比。反应速度V酶浓度E（四）底物浓度对酶作用的影响:条件：酶浓度一定，其他条件固定不变。曲线：反应速度V底物浓度S最大反应速度VKm

1

V2底物浓度很低时，反应速度随底物浓度增加急剧增加，两者成正比。随底物浓度的升高，反应速度增加幅度不断下降。底物浓度增大到某值以后，反应速度不再增加，酶被底物饱和。米氏方程：是根据中间产物学说推导的能表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的公式VVmax×［S］Ｋm＋［S］米氏常数的测定及意义：米氏常数Km＝反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。单位：mol/L或mmol/L不同酶促反应的Km可差异很大。一个酶在一定条件下,对某底物有一定的Km值。故可通过测定Km值来鉴别酶。m

mK可表示酶与底物的亲和力。K大表示酶与底物的亲和力弱，Km小表示酶与底物的亲和力强。底物浓度S最大反应速度VKm12

V反应速度V底物浓度S最大反应速度VKm

1

V2米氏方程对底物浓度和反应速度关系的解释：根据方程：VVmax×［S］底物浓度很低时，ＫmＫm＋［S］[S],方程式分母中[S]可忽略不计。反应速度与底物浓度成正比，符合一级反应。底物浓度很高时，

[S]

Ｋm,方程式分母中Ｋm可忽略不计。反应速度达最大，符合零级反应。反应速度V一级反应零级反应（反应速率与底物浓度无关，底物总是过量的，反应速率决定于酶浓度）例1.如果有一酶促反应，其［S］＝1/2Km，则V值应等于多少VmaxA.0.25

B.0.33

C.0.50

D.0.67例2.根据米氏方程，有关[S]与Km之间关系的说法不正确的是A.当[S]<<Km时，V与[S]成正比；

B.当[S]＝Km时，V＝VmaxC.当[S]

＞＞Km时，反应速度与底物浓度无关。D.当[S]=2/3Km时，V=25％Vmax（五）pH值对酶作用的影响：最适pH值过酸、过碱：酶变性失活pH改变（偏离最适pH）最适pH时，酶分子活性中心的解离基团的解离状态最适于酶与底物结合最适pH时，底物分子的某些基团的解离状态才适合与酶结合（六）温度对酶作用的影响：温度对酶作用有两种不同的影响。和一般化学反应相同，酶反应在一定温度范围内，其速度随温度升高而加快。化学本质为蛋白质和核酸的酶，遇热易变性失活。绝大多数的酶在60℃以上失活。温度对反应速度的影响是两种相反作用综合的结果:低温范围内，前一种作用占主要地位，故随温度升高，反应速度加快。温度达到一定限度时，尽管温度升高使反应速度加快，但此时活性酶浓度下降，故后一种作用占主要地位。激活剂：凡是能提高酶活力的物质都称为酶的激活剂。常见：一些金属离子或其他无机离子例：Cl－是唾液淀粉酶的激活剂RNA酶需Mg2＋脱羧酶需要Mg2＋、Mn2＋、Co2＋醛缩酶需要Mn2＋应用：在制备这些酶的过程中，极易丢失无机离子，使酶活力下降。因此必须及时补充。如：经透析过的唾液淀粉酶活力不高，若加入少量NaCl，酶活力大大增加。（七）激活剂对酶作用的影响：（八）抑制剂对酶作用的影响：抑制剂：由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶未变性，而引起酶活力的降低或丧失称为抑制作用。凡能引起抑制作用的物质都称为抑制剂，用I来表示。抑制剂对酶的抑制作用分两类：1.不可逆抑制：抑制剂通过共价键与酶活性中心的必需基团结合，使酶失活。这种结合，结合后不能用透析法等除去抑制剂而恢复酶的活力。如：有机磷化合物能与许多酶活性中心丝氨酸残基上的－OH结合，使酶失活。又如：有机汞、有机砷化合物与半胱氨酸残基的—SH结合，使酶失活。2.可逆抑制：抑制剂与酶结合为可逆反应。用透析法等可除去抑制剂使酶恢复活力。可逆抑制又可分为两类：①竞争性抑制：抑制剂常与底物结构相似，它与底物竞争酶的活性中心，从而降低了酶与底物结合的机会。琥珀酸脱氢酶如：琥珀酸

反丁烯二酸和琥珀酸结构相似的草酸、丙二酸、草酰乙酸、戊二酸均是此酶的竞争性抑制剂特点：抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；

Vmax不变，表观Km增大。②非竞争性抑制：抑制剂可以与酶活性中心以外的部位可逆结合，这种结合不影响酶对底物的结合。但酶—底物—抑制剂不能进一步释放出产物。如:重金属如Ag2+、Hg2＋、Pb2＋等对酶的抑制作用。特点：抑制程度取决于抑制剂的浓度；

Vmax降低，表观Km不变。七.

酶的调节：（一）酶原的激活：酶原：某些酶，特别是消化酶，最初合成和分泌时，没有催化活性。是酶的前体。酶原的激活：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。酶原激活的机理：酶原在特定条件下一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心缬天天天天赖缬天天天天赖异缬甘SS组46丝183S

S缬异甘组丝SS活性中心S

S胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的生理意义：避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。别构酶由于其本身结构及性质的特点，能调节酶反应速度，是调节酶中较为重要的一类。1.别构酶的结构特点：①有多个亚基②有四级结