生物化学课件：生物化学-酶

酶

1酶的概念、命名及分类

2酶的化学本质*3酶的结构及功能的关系*4酶促反应的速度和影响因素*5酶的调节

6酶的分离提纯及活力测定

7酶工程简介

总结1一、酶的概念

（一）酶的生物学意义

6CO2+6H2O+能量C6H12O6+6O2↑植物动物N2+3H2

500℃,300大气压Fe2NH3N2+3H22NH3某些微生物酶的化学本质及催化特点由活细胞产生的,具有高度专一性和高效催化作用的蛋白质及核酸2（二）酶是生物催化剂

1．酶与一般催化剂的共同点（1）用量少而催化效率高（2）能加快化学反应的速度，但不改变平衡点，反应前后本身不发生变化如CO2+H2O H2CO3

3（3）降低反应所需的活化能4例2H2O2→2H2O+O2

反应活化能非催化反应75.24kJ/mol钯催化反应48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol（4）反应过程中本身不被消耗52．酶作为生物催化剂的特殊点（1）高的催化效率以摩尔为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高107～1013倍，比非催化反应高108～1020倍。例2H2O2→2H2O+O2

1molH2O2酶能催化5×106molH2O2的分解1molFe3+只能催化6×10-4molH2O2的分解6（2）高的专一性（3）温和的反应条件（4）酶活性的可调节性如酶浓度的调节、激素调节、反馈调节、抑制剂和激活剂的调节、别构调节、酶的共价修饰调节、酶原活化等。（5）酶的不稳定性，其催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。7概念：酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶仅能作用于一类物质，或者一类分子结构相似的物质，或一定的化学键,催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的专一性是酶的特性之一。酶作用的专一性专一性结构专一立体异构专一绝对专一相对专一键专一基团专一旋光异构专一几何异构专一（顺反异构专一）8绝对专一性脲酶琥珀酸脱氢酶++一种酶只催化一种底物CH2COOHCH2COOHCHCOOHCHCOOH29相对专一性脂肪酶消化道蛋白酶一种酶可作用于一类化合物或一种化学键催化脂肪水解酯类水解催化肽键水解10立体异构专一性底物具有立体异构体时，酶仅作用于其中的一种。L-乳酸脱氢酶

L-乳酸

D-乳酸11（三）酶的化学本质

1．大多数酶是蛋白质JamesBatchellerSumnerJohnHowardNorthrop

1925年，美国化学家萨姆纳首次从刀豆中提纯了脲酶，并证明是一种蛋白质。美国化学家诺思谱把一系列酶提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了1946年诺贝尔奖。12ThomasR.CechUniversityofColoradoatBoulder,USA

近年来，一些研究结果表明，某些RNA分子也有催化活性。

1982年美国科罗拉多大学的T.R.Cech等人发现四膜虫的rRNA前体在完全无蛋白质存在的情况下能进行自我拼接，得到成熟的rRNA产物，因此首次提出了RNA具有酶活性的概念。2．某些RNA有催化活性 13SidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA

1983年，耶鲁大学的S.Altman发现核糖核酸酶P至少能催化六种tRNA前体的加工。真正发挥催化活性的是核糖核酸酶P中的RNA成分，而其中的蛋白质成分是非活性的。酶的化学本质不完全是蛋白质，某些RNA分子也具有催化活性。这类RNA被称为ribozyme（核酶）。Cech和Altman因此获得1989年的诺贝尔奖。143．有些DNA也有催化活性

1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦具有催化活性。DNA15抗体：特异性地结合抗原且帮助巨噬细胞摄入，摧毁抗原。

抗体酶：既是抗体又具有催化功能的蛋白质称为“抗体酶(abzyme)”。因为它是具有催化活性的抗体；故又称为“催化性抗体(catalyticantiboy)”

4.抗体酶161986年美国《Science》周刊发表了来自Lerner和Schultz的有关具有酶催化性质的抗体研究报告。意义：利用抗体酶专一性地破坏病毒蛋白质以及清除体内“垃圾”如血管凝快等。可用于可卡因吸毒患者的治疗和减轻癌症治疗的副作用。在制药工业，立体专一性的抗体酶有助于解决令人头痛的对映体拆分的难题。7117（四）酶的组成1．单纯蛋白质酶类，如脲酶等水解酶，只由氨基酸组成，此外不含其它成分。2.结合酶类 全酶=酶蛋白

+辅助因子（辅酶、辅基或金属离子）两者单独存在时，均无催化活力，只有两者结合成完整的分子，才有催化活力。一种酶蛋白需与特殊的辅酶相结合，才能成为有活性的酶；同一辅酶可以与不同的蛋白相结合！因此，决定酶催化专一性的是酶的蛋白质部分！辅助因子决定催化反应的种类！18根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类：金属酶和金属激酶。（1/3的酶需要金属离子作为辅助因子）在金属酶中,酶蛋白与金属离子结合紧密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu3

、Zn2+、Mn2+、Co2

等。金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应中传递电子，原子或功能团。19金属酶中的金属离子与配体

金属离子配体

酶或蛋白

Mn2

咪唑丙酮酸脱氢酶Fe2+/Fe3+卟啉环，咪唑，血红素，含硫配体氧化-还原酶，过氧化氢酶Cu+/Cu2+咪唑，酰胺细胞色素氧化酶Co2+卟啉环变位酶Zn2+-NH3，咪唑，（-RS）2碳酸酐酶，醇脱氢酶Pb2

-SHd-氨基-g-酮戊二酸脱水酶Ni2

-SH尿酶20金属激酶中的金属离子激酶是一种磷酸化酶类，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。其中的金属离子与酶的结合一般较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+等。金属离子对酶有一定的选择性,某种金属只对某一种或几种酶有激活作用。211.稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象；2.构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心；3.连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。金属离子的作用22二、酶的命名及分类1,根据其催化底物来命名；2,根据所催化反应的性质来命名；3,结合上述两个原则来命名；4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。（一）酶的命名1、习惯命名法23系统名称包括底物名称、构型、反应性质，

2、国际系统命名法：明确标明酶的底物及催化反应性质G-6-P→F-6-PG-6-P异构酶底物

反应性质酶（1）标明底物和催化反应的性质一个底物参加反应24（2）两个底物参加反应时应同时列出，中间用冒号（:）分开。如其中一个底物为水时，水可略去。例1：丙氨酸+α-酮戊二酸→谷氨酸+丙酮酸丙氨酸:α-酮戊二酸氨基转移酶例2：脂肪+H2O→脂酸+甘油脂肪水解酶

253.系统分类法及编号

1．分类:根据催化反应的性质分6大类酶

1.氧化还原酶类oxidoreductase

2.转移酶类transferase

3.水解酶类hydrolase

4.裂合酶类lyase

5.异构酶类isomerase

6.连接酶类ligase/synthetase2626

每一个酶的分类用4个阿拉伯数字的编号表示，数字中用“·”隔开，前面冠以EC（为EnzymeCommission）。酶的编号：EC1.1.1.1酶学委员会(EnzymeCommission)大类亚类亚亚类编号

大类：酶催化反应的类型

亚类：被催化基团或键的性质

亚亚类：进一步说明催化基团或键的特点2727乳酸脱氢酶EC1.1.1.27第1大类，氧化还原酶第1亚类，氧化基团CHOH第1亚亚类，H受体为NAD+/NADP+该酶在亚亚类中的流水编号2828根据酶催化反应的类型水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。反应通式：AB+H2OAOH+BH例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：(1)水解酶hydrolase29氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。反应通式：AH2+BA+BH2如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。(2)氧化-还原酶Oxidoreductase（最大类）30转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。反应通式：AR+BA+BR

例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(3)转移酶Transferase31裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。反应通式：AR+BA+BR

主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸水合酶催化的反应。(4)裂合酶Lyase32异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。反应通式：AB

例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5)异构酶Isomerase33合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2

草酰乙酸

合酶是指催化不与ATP等核苷三磷酸分解相伴的合成反应的酶。反应形式多为与裂解相反的加成反应。

合成酶是与分解ATP释能相偶联，催化由两种物质(双分子)合成为一种物质反应的酶。(6)合成酶LigaseorSynthetase34核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。(7)核酸酶（催化核酸）ribozyme35

单体酶肽链寡聚酶多酶复合体多酶体系多功能酶酶的其它分类方法361、单体酶只有一条肽链的酶。一般都为水解酶，如胰凝乳酶、溶菌酶、核糖核酸酶等。与单纯酶的区别：单纯酶可以是多条肽链。2、寡聚酶由两个以上亚基组成的酶。如醛缩酶、已糖激酶、过氧化氢酶等糖酵解中的酶都是寡聚酶。3、多酶复合体催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接而形成的复合体37丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成丙酮酸脱氢酶是1个定位在线粒体中的多酶复合体.它是由3种酶:丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)、二氢硫辛酸脱氢酶(E3)和调节它的活性的丙酮酸脱氢酶激酶38脂肪酸合成酶由7种酶和一个酰基携带蛋白构成39三、酶的结构与功能的关系A结合部位Bindingsite酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。（一）酶分子的结构特点40酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应的性质。B催化部位catalyticsite41酶分子上具有一定空间构象的部位，是酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位，称为酶的活性中心。酶的活性中心的特点：1、活性中心仅占据整个酶体积的很小一部分；2、是一个具有三维构型的实体；3、底物和酶的活性中心的结合力很弱；4、诱导适应过程；5、含有催化基团和结合基团。42酶的活性中心酶的活性中心43活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物维持酶活性中心应有的空间构象所必需。活性中心外的必需基团必需基团44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45主要包括：亲核性基团：丝氨酸的羟基,半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。酶活性中心的必需基团46酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。活性部位的基团都是必需基团，但是必需基团还包括那些在活性部位以外的，对维持空间构象必须的基团！47酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。C别构部位Regulatorysite48

处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。这个过程实际上就是酶的活性部位形成或暴露的过程。酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变。（二）酶原的激活49

酶原激活的机制为：酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使催化活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。酶原激活的生理意义在于：保护自身组织细胞不被酶水解消化。

50

酶原激活的机理: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5151胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活52赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS肠激酶胰蛋白酶原活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶5353（a）锁钥学说

认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样刚性模式：EmilFisher提出四、酶作用专一性假说54（b）诱导契合学说该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.柔性学说：Koshland提出55底物结合在酶的活性中心，导致底物分子之间相互靠近，使底物的有效浓度在活性中心附近得以极大升高。

底物结合在酶的活性中心，指反应物的反应基团

之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。1、邻近效应和定向效应（作用基团相互邻近并定向）酶促反应的机制56Distortion(形变)某些基团电子云密度改变，产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变。

Induced-fit（诱导—镶嵌）

促使底物进一步转换成过渡态。大大降低反应活化能。572.

底物的形变和诱导契合57

向反应物提供H+或接受H+以稳定过渡态，加速反应酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH)A-:H+EHE-H2OEH+OH-+H+AH+B+碱催化(失电子态)A-:B++E-COO-A-+E-COOH

E-COO-+H+3.酸碱催化5858——酶活性中心亲电/亲核基团参与S敏感键断裂的机制。酶中参与共价催化的基团主要包括His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羟基等。4.共价催化5959亲电催化指的是酶活性部位的催化基团在催化反应过程中汲取底物的电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物；亲核催化是酶活性部位的催化基团在反应过程中向底物供给电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物。

60605.金属离子催化61

结合底物为反应定向。

电荷屏蔽作用。

电子传递中间体，可逆的改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应。

616.活性部位微环境的影响活性部位是一个疏水环境，介电常数较低，带电基团之间的作用力较强，有助于催化基团与底物的作用。62627.多原催化和协同效应在实际催化中，上述多种因素可以同时起作用。

6363五、酶促反应动力学KineticsofEnzyme-CatalyzedReaction

64酶催化反应动力学也称酶促反应动力学（kineticsofenzyme-catalyzedreactions），是研究酶促反应速度以及影响此速度的各种因素的科学。在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要酶促反应动力学提供相关的实验证据；为了找到最有利的反应条件从而提高酶催化反应的效率以及了解酶在代谢过程中的作用和某些药物的作用机制等，也需要我们掌握酶促反应动力学的相关规律。因此，对于酶促反应动力学的研究既有要的理论意义又具有相当的实践价值。65酶促反应动力学研究各种因素对酶促反应速度的影响。影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。66单底物、单产物反应酶促反应速度用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度研究前提67酶活力测定时需注意：1选择反应的最适温度，根据不同的底物和缓冲液选择反应的最适pH。2速度要快，取反应的初速度。3底物浓度要足够大（一般在10Km以上）使酶被底物饱和，以充分反应待测酶的活力68在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。（一）底物浓度对酶促反应速度的影响69（一）米氏方程式中间产物学说E+Sk1k2k3ESE+P70

71※1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米氏方程式，简称米氏方程式(Michaelisequation)。vVmax[S]Km+[S]＝72米氏方程式推导基于两个假设：①反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。②［S］超过［E］，［S］的变化可忽略不计。73当v=Vmax/2时Km＝[S]1.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]VmaxVmax[S]VmaxV[S]KmVmax/2（二）Km与Vmax的意义74

2.Km可近似表示酶对底物的亲和力；当K2>>K3时，Km≈Ks

Km越小，酶与底物的亲和力越大。75

3.可用于判断反应级数：

当[S]<0.01Km时，反应为一级反应当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应当0.01Km<[S]<100Km时，为混合级反应764.

Km是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一组同工酶）的Km值，来判断是否为不同的酶。5.

Km可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存在时，通过测定酶在不同底物存在时的Km值，Km值最小者，即为该酶的最适底物。6.

可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：77米氏常数的应用价值Km是酶的一个特征性常数：也就是说Km的大小只与酶本身的性质有关，而与酶浓度无关。Km值还可以用于判断酶的专一性和天然底物，Km值最小的底物往往被称为该酶的最适底物或天然底物。Km可以作为酶和底物结合紧密程度的—个度量指标，用来表示酶与底物结合的亲和力大小。已知某个酶的Km值，就可以计算出在某一底物浓度条件下，其反应速度相当于Vmax的百分比。Km值还可以帮助我们推断具体条件下某一代谢反应的方向和途径，只有Km值小的酶促反应才会在竞争中占优势。787.Vmax

Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，一定酶浓度下，酶对特定底物的Vmax也是一个常数。Kcat

当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数,叫做酶的转换数。可用来比较每单位酶的催化能力。

79（三）Ｋm值与Ｖmax值的测定双倒数作图法(doublereciprocalplot)，又称为林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法Vmax[S]Km+[S]v=（林－贝氏方程）两边同取倒数80

双倒数作图法81（二）pH的影响在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH。唾液精氨酸酶胃蛋白酶最适pH是酶的特性之一82（三）温度的影响一方面是温度升高,酶促反应速度加快。另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,反应速度最大。83一般来说，动物细胞内的酶最适温度一般为35～40℃，植物细胞中的酶最适温度较动物细胞中稍高，通常在40～50℃之间，而微生物中的酶最适温度差别则较大，如用于进行PCR反应的TaqDNA聚合酶的最适温度可高达70℃。84（四）激活剂对反应速度的影响凡是能提高酶活性的物质都称为激活剂(activator)，而激活剂中大部分是无机离子或简单的有机化合物。作为激活剂的金属离子主要包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+及Fe2+等离子，无机阴离子主要包括Cl-、Br-、I-、CN-、PO4-等。如Mg2+可以作为多种激酶及合成酶的激活剂，Cl-可以作为唾液淀粉酶的激活剂。

85（五）抑制剂对酶活性的影响使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。86

抑制剂的作用方式a.不可逆抑制抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。87

抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用。酶的不可逆抑制作用包括非专一性抑制（如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制）和专一性抑制（如路易士气对巯基酶的抑制）两种。

88

非专一性不可逆抑制剂主要包括以下六大类：a) 有机磷化合物。b) 有机汞、有机砷化合物：抑制含巯基的酶。c) 重金属盐：能使酶蛋白变性而失活。d) 烷化剂：与酶必需基团中的巯基、氨基、羧基、咪唑基和硫醚基等结合，从而抑制酶活性。e) 硫化物、氰化物和CO：这类物质能通过与酶中金属离子形成较为稳定络合物的形式，来抑制酶的活性。f) 青霉素（Penicillin）：青霉素可通过与糖肽转肽酶活性部位丝氨酸羟基共价结合的方式，使糖肽转肽酶失活，导致细菌细胞壁合成受阻，从而损害细菌生长。89a.有机磷化合物(敌百虫、敌敌畏、农药1605，1059等)临床上用解磷定来治疗有机磷农药中毒。作用机理与酶活性中心Ser结合PROR’OOX+HOEPROR’OOOE+HX胆碱酯酶90（二巯基丙醇）b.金属离子（如重金属As、Hg、Ag等）解毒：二巯基丙醇91

专一性不可逆抑制剂可以分为Ks型和Kcat型两大类。a) Ks型不可逆抑制剂：具有与底物相类似的结构。(结合基团暴露）b) Kcat型不可逆抑制剂：该类抑制剂不但具有与天然底物相类似的结构，而且抑制剂本身也是酶的底物，这类不可逆抑制剂的特点是专一性极高，因此也被称为自杀性底物（suicidesubstrate）。（结合基团隐藏）92b.可逆抑制抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类类可逆抑制作用包括竞争性、反竞争性、非竞争性抑制几种类型。

93化学结构与底物相似，能与底物竟争与酶活性中心结合。底物被排斥在反应中心之外，酶促反应被抑制。竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。(1)竞争性抑制94竞争性抑制95竞争性抑制琥珀酸延胡索酸草酸盐草酰乙酸丙二酸戊二酸96(2)非竞争性抑制酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。97非竞争性抑制98(3)反竞争性抑制

抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，使酶的催化活性降低，称酶的反竞争性抑制。99可逆抑制作用的动力学特征1.竞争性抑制100⑴竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物；⑵抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同；⑶抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小；⑷动力学参数：Km值增大，Vm值不变，反应速度V减小。竞争性抑制的特点

101

2.非竞争性抑制102非竞争性抑制的特点：⑴非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；⑶抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；⑷动力学参数：Km值不变，Vm值降低，反应速度V减小。

103

3.反竞争性抑制104反竞争性抑制的特点：⑴反竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似；⑵抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；⑶必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；抑制程度随底物浓度的增加而增加；⑷动力学参数：Km减小，Vm降低，反应速度V减小。105为了方便理解和记忆，我们现将无抑制剂和有抑制剂等不同情况下的米氏方程和Vmax及Km的变化总结归纳在表中。106八、酶的调节

生物体内的各种生理活动均以一定的物质代谢为基础。为了适应某种生理活动的变化，需要对一定的代谢活动进行调节。

通过对酶的催化活性的调节，就可以达到调节代谢活动的目的。

可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。

107酶结构的调节

酶结构的调节是通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性的调节方式。酶结构的调节是一种快速调节方式。1081.变构调节（别构调节）

某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构象发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度，这种调节作用就称为变构调节(allostericregulation)。具有变构调节作用的酶就称为变构酶。凡能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物就称为变构剂。别构激活剂别构抑制剂109a．变构调节的机制：变构酶一般是多亚基构成的聚合体，一些亚基为催化亚基，另一些亚基为调节亚基。当调节亚基或调节部位与变构剂结合后，就可导致酶的空间构象发生改变，从而导致酶的催化活性中心的构象发生改变而致酶活性的改变。

110b．协同效应：当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的协同效应。如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同效应。如果是同种配体所产生的影响，则称为同促协同效应。如果是不同配体之间产生的影响则称为异促协同效应。

111S形曲线（正协同）表观双曲线（负协同效应）别构酶的动力学112112别构酶经加热或用化学试剂等处理，可引起别构酶解离，失去调节活性。脱敏后表现为米氏酶动力学双曲线脱敏作用113113c.变构调节的方式：变构酶通常为代谢途径的起始关键酶，而变构剂则为代谢途径的终产物。因此，变构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，最常见的为负反馈调节。

114ATP别构激活剂CTP别构抑制剂天冬氨酸转氨甲酰酶115ATP115反馈抑制合成代谢途径中，当代谢终产物积累超过机体需要时，终产物会特异性地抑制关键酶的活性，与酶的调节位点结合，引起酶构象改变，使其活性中心不再结合底物，反应停止使途径中随后的反应速度减慢甚至停止。这种通过酶的别构效应对代谢反应进行调节的方式成为反馈抑制。116d．变构调节的特点：⑴酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；⑵酶的变构仅涉及非共价键的变化；⑶调节酶活性的因素为代谢物；⑷非耗能过程；⑸

无放大效应。

1172.共价修饰调节

酶蛋白分子中的某些氨基酸残基共价结合某种基团，改变酶蛋白构象。从而导致酶活性的改变，称为共价修饰调节。共价修饰调节也是体内快速调节代谢活动的一种重要的方式。可逆的共价修饰，使酶处于活性/非活性的互变状态，从而调节酶的活性。最常见的共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化，-SH--S-S-，乙酰化-脱乙酰化，腺苷化-脱腺苷化等。

118主要是SerThr磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶激酶119119共价修饰调节的特点：⑴酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；⑵有共价键的变化；⑶受其他调节因素（如激素）的影响；⑷一般为耗能过程；⑸

存在放大效应。

120在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶(isoenzyme)。同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。

同工酶121乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，在体内共有五种分子形式:即LD1（H4），LD2（H3M），LD3（H2M2），LD4（HM3）和LD5（M4）。

122123心肌中以LD1含量最多，在骨骼肌中含量最多的是LD5123生理及临床意义在代谢调节上起着重要的作用；用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶谱的变化1酶活性心肌梗死酶谱正常酶谱肝病酶谱2345124124六、酶的制备及活力测定

目的：研究酶的理化性质。包括结构与功能、生物学作用对酶鉴定。

纯酶：作为生化试剂及用作药物的酶(纯度高)

125（一）酶活力与酶反应速度

1.酶活力：也称酶活性，指酶催化一定化学反应的能力。

其大小可用在一定条件下，它所催化的某一化学反应的反应速度来表示，两者呈线性关系。所以测定酶的活力就是测定酶的反应速率。

酶反应速度：用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。单位：浓度/单位时间49126产物浓度酶反应速度曲线时间用初速度来测定制剂中酶的含量。斜率=浓度/时间=

酶活力的测定测定酶活力时应注意几点（1）测定酶反应速度时，应使[S]>>[E]。（2）酶的反应速度一般用单位时间内产物的增加量来表示。（3）应测反应初速度,底物浓度变化在起始浓度5%以内。（4）测酶活力时应使反应温度、pH、离子强度和底物浓度等因素保持恒定。50127酶反应的速度不停在变

)初速度酶促反应速度逐渐降低

酶反应进程曲线随着酶催化的反应进行，反应速度会变慢，这是由于产物的反馈作用、酶的热变性或副反应引起的。但是，在反应起始不久，在酶促反应的速度曲线上通常可以看见一段斜率不变的部分，这就是初速度。51128酶活力单位（U）：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量（U/g，U/ml）。习惯单位（U）:底物(或产物)变化量/单位时间国际上对酶活力单位的规定在最适的反应条件（25℃）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物所需的酶量定为一个酶活力单位，即

1IU=1μmol/min在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat单位，即

1kat=1mol/s1Kat=60×106IU

2、酶的活力单位52129

3.酶的比活力：

代表酶的纯度，比活力用每mg蛋白质所含的酶活力单位数表示，对同一酶来说，比活力愈大，表示酶的纯度愈高。用IU/mg蛋白、Kat/mg蛋白表示。比活力大小可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。

比活力=活力IU/mg蛋白=总活力IU/总蛋白mg53130该法要求酶的底物或产物在紫外或可见光部分光吸收不同。优点：简便、迅速、准确；一个样品可多次测定；可检测到10-9mol/L水平的变化。例:人血清乳酸脱氢酶活力的测定L-乳酸+NAD+丙酮酸+NADH+H+

乳酸脱氢酶4.酶活力的测定方