酶的分類與命名

關于酶的分類與命名酶是生物催化劑

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(biocatalysts）

絕大多數(shù)的酶都是蛋白質。酶催化的生物化學反應，稱為酶促反應（Enzymaticreaction）。在酶的催化下發(fā)生化學變化的物質，稱為底物（substrate）。第2頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

1926年,JamesSummer由刀豆制出脲酶結晶確立酶是蛋白質的觀念，其具有蛋白質的一切性質。核酶的發(fā)現(xiàn)：

1981～1982年，ThomasR.Cech實驗發(fā)現(xiàn)有催化活性的天然RNA—Ribozyme。

L19RNA和核糖核酸酶P的RNA組分具有酶活性是兩個最著名的例子。

抗體酶（abzyme）：

1986年，RichardLerrur和PeterSchaltz運用單克隆抗體技術制備了具有酶活性的抗體（catalyticantibody）。第3頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)酶的分類與命名一酶的分類（一）根據(jù)酶的化學組成可將酶分為：

1單純蛋白酶類：只含有蛋白質成分

2結合蛋白酶類（全酶）：含有蛋白成分（酶蛋白）和非蛋白成分（輔助因子）

第4頁,共136頁，2024年2月25日，星期天全酶=酶蛋白+輔助因子輔助因子與酶蛋白結合比較疏松的小分子有機物與酶蛋白結合緊密的小分子有機物。金屬離子作為輔助因子。金屬離子輔酶輔基酶蛋白和輔助因子單獨存在均無催化活性，只有二者結合為全酶才有催化活性。酶蛋白決定酶催化專一性，輔助因子通常是作為電子、原子或某些化學基團的載體決定反應的性質。第5頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

某些小分子有機化合物與酶蛋白結合在一起并協(xié)同實施催化作用，這類分子被稱為輔酶（或輔基）。輔酶是一類具有特殊化學結構和功能的化合物。參與的酶促反應主要為氧化-還原反應或基團轉移反應。大多數(shù)輔酶的前體主要是水溶性B族維生素。許多維生素的生理功能與輔酶的作用密切相關。第6頁,共136頁，2024年2月25日，星期天輔酶在酶促反應中的作用特點

輔酶在催化反應過程中，直接參加了反應。每一種輔酶都具有特殊的功能，可以特定地催某一類型的反應。同一種輔酶可以和多種不同的酶蛋白結合形成不同的全酶。一般來說，全酶中的輔酶決定了酶所催化的類型（反應專一性），而酶蛋白則決定了所催化的底物類型（底物專一性）。第7頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

酶分子中的金屬離子

根據(jù)金屬離子與酶蛋白結合程度，可分為兩類：金屬酶和金屬激酶。在金屬酶中,酶蛋白與金屬離子結合緊密。如Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu3

、Zn2+、Mn2+、Co2

等。金屬酶中的金屬離子作為酶的輔助因子，在酶促反應中傳遞電子，原子或功能團。第8頁,共136頁，2024年2月25日，星期天金屬酶中的金屬離子與配體金屬離子配體酶或蛋白

Mn2

咪唑丙酮酸脫氫酶Fe2+/Fe3+

卟啉環(huán)，咪唑，血紅素，含硫配體氧化-還原酶，過氧化氫酶Cu+/Cu2+

咪唑，酰胺細胞色素氧化酶Co2+

卟啉環(huán)變位酶Zn2+-NH3，咪唑，（-RS）2

碳酸酐酶，醇脫氫酶Pb2

-SHd-氨基-g-酮戊二酸脫水酶Ni2

-SH尿酶第9頁,共136頁，2024年2月25日，星期天金屬激酶中的金屬離子

激酶是一種磷酸化酶類，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。其中的金屬離子與酶的結合一般較松散。在溶液中，酶與這類離子結合而被激活。如Na+、K+、Mg2+、Ca2+

等。金屬離子對酶有一定的選擇性,某種金屬只對某一種或幾種酶有激活作用。第10頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（二）根據(jù)酶蛋白結構特點可將酶分為單體酶：以一個獨立的三級結構為完整生物功能分子的最高結構形式的酶。寡聚酶：以一個獨立的四級結構為完整生物功能分子的最高結構形式的酶。

多酶復合體：由多種酶彼此鑲嵌成一個功能完整的具有特定結構的復合體,它們相互配合依次進行，催化連續(xù)的一系列相關反應。第11頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

（三）、酶的分類根據(jù)酶所催化的反應類型，按照國際系統(tǒng)分類方法，將酶分為六大類：第12頁,共136頁，2024年2月25日，星期天氧化-還原酶催化氧化-還原反應。主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如，乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。1氧化-還原酶OxidoreductaseAH2+B（O2）+BH2（H2O2，H2O）A第13頁,共136頁，2024年2月25日，星期天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。

例如，谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應。2轉移酶TransferaseA·X+BA+B·X第14頁,共136頁，2024年2月25日，星期天水解酶催化底物的加水分解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反應：3水解酶hydrolaseAOH+BHAB+H2O第15頁,共136頁，2024年2月25日，星期天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。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。

4裂合酶Lyase

ABA+B第16頁,共136頁，2024年2月25日，星期天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。

例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。

5異構酶Isomerase

AB常見的有消旋和變旋、醛酮異構、順反異構和變位酶類。第17頁,共136頁，2024年2月25日，星期天合成酶，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(lián)。A+B+ATP+H-O-H===A

B+ADP+Pi

例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。丙酮酸+CO2

草酰乙酸

6

合成酶LigaseorSynthetase

第18頁,共136頁，2024年2月25日，星期天核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一類特殊的RNA，能夠催化RNA分子中的磷酸酯鍵的水解及其逆反應。

7核酸酶（催化核酸）ribozyme

第19頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（一）習慣命名方法

（1）根據(jù)作用底物來命名，如淀粉酶、蛋白酶等。（2）根據(jù)所催化的反應的類型命名，如脫氫酶、轉移酶等。（3）兩個原則結合起來命名，如丙酮酸脫羧酶等。（4）根據(jù)酶的來源或其它特點來命名，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。二酶的命名第20頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（二）國際系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱包括底物名稱、構型、反應性質，最后加一個酶字。例如：習慣名稱:谷丙轉氨酶系統(tǒng)名稱:丙氨酸：

-酮戊二酸氨基轉移酶酶催化的反應:

谷氨酸+丙酮酸

-酮戊二酸+丙氨酸第21頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶的編碼乳酸脫氫酶

EC1.1.1.27第1大類，氧化還原酶第1亞類，氧化基團CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號每個酶都有一個有四個數(shù)字組成的編碼第22頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)酶催化作用的特性

酶是生物催化劑，與無機催化劑相比，二者有共性；但酶的化學本質是蛋白質，又在生物體內作用，因此酶的作用又有特性。

第23頁,共136頁，2024年2月25日，星期天一酶和一般催化劑的共性1.用量少而催化效率高；2.它能夠改變化學反應的速度，但是不能改變化學反應平衡。3.只能催化熱力學允許的反應，在反映前后不發(fā)生改變。第24頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二酶催化作用特性1．高效性2．專一性3．反應條件溫和4.酶的催化活性可調節(jié)控制第25頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二酶催化作用特性酶的催化作用可使反應速度提高106-1012倍。例如：過氧化氫分解

2H2O22H2O+O2用Fe+催化，效率為6*10-4mol/mol.S，而用過氧化氫酶催化，效率為6*106mol/mol.S。用

-淀粉酶催化淀粉水解，1克結晶酶在65C條件下可催化2噸淀粉水解。1．高效性第26頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

酶的專一性Specificity又稱為特異性，是指酶在催化生化反應時對底物的選擇性。根據(jù)專一性的不同又可分為：

（1)絕對專一性（2）相對專一性（3）立體異構專一性

2．專一性第27頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（1）絕對專一性有些酶對底物的要求非常嚴格，只作用于一個特定的底物。這種專一性稱為絕對專一性（Absolutespecificity)。第28頁,共136頁，2024年2月25日，星期天有些酶的作用對象不是一種底物，而是一類化合物或一類化學鍵。這種專一性稱為相對專一性(RelativeSpecificity)。包括族(group)專一性。如

-葡萄糖苷酶，催化由

-葡萄糖所構成的糖苷水解，但對于糖苷的另一端沒有嚴格要求。和鍵(Bond)專一性。如酯酶催化酯的水解，對于酯兩端的基團沒有嚴格的要求。（2）相對專一性第29頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（3）立體化學專一性酶的一個重要特性是能專一性地與手性底物結合并催化這類底物發(fā)生反應。例如，淀粉酶只能選擇性地水解D－葡萄糖形成的1，4－糖苷鍵I,光學專一性OpticalSpecificityStereochemicalSpecificity第30頁,共136頁，2024年2月25日，星期天幾何專一性有些酶只能選擇性催化某種幾何異構體底物的反應，而對另一種構型則無催化作用。如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成蘋果酸，對馬來酸則不起作用。geometricalspecificity第31頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶促反應一般在pH5-8水溶液中進行，反應溫度范圍為20-40

C。高溫或其它苛刻的物理或化學條件，將引起酶的失活。3．反應條件溫和第32頁,共136頁，2024年2月25日，星期天4.酶的催化活性可調節(jié)控制如抑制劑調節(jié)、共價修飾調節(jié)、反饋調節(jié)、酶原激活及激素控制等。某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關。第33頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)酶結構與功能的關系

酶的化學本質是蛋白質，同樣具有一、二、三級結構，有些酶還具有四級結構。作為生物催化劑，酶的結構又有一些特點。第34頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)酶結構與功能的關系一活性部位：酶分子中直接與底物結合，并催化底物發(fā)生反應的部位。酶活性中心包括兩個部位。酶活性中心結合中心：酶與底物結合的部位，決定酶的專一性催化中心：催化底物發(fā)生反應的部位，決定酶的催化效率、反映性質。第35頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共136頁，2024年2月25日，星期天主要包括：親核性基團：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基。必需基團：在酶分子中和酶的催化活性直接有關的基團，活性中心內外都有。第37頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酸堿性基團：門冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巰基等。必需基團：第38頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二變構酶亦稱別構酶，由兩個以上亞基組成，除了具有與底物結合的活性中心外，還具有與調節(jié)劑結合的調節(jié)中心。當酶與調節(jié)劑結合后，酶蛋白的構象發(fā)生變化，從而引起酶活性的變化。第39頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶的別構（變構）效應示意圖效應劑別構中心活性中心第40頁,共136頁，2024年2月25日，星期天一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調節(jié)（別構）部位；具有別構效應。指酶和一個配體（底物，調節(jié)物）結合后可以影響酶和另一個配體（底物）的結合能力。相同（均為底物）：同促效應（homotropiceffect）不同（效應調節(jié)物）：異促效應（heterotropiceffect）根據(jù)配體結合后對后繼配體的影響根據(jù)配體性質正協(xié)同效應（positivecooperativeeffect）負協(xié)同效應（negativecooperativeeffect）動力學特點：不符合米曼方程雙曲線。別構酶的特點第41頁,共136頁，2024年2月25日，星期天別構酶與非調節(jié)酶動力學曲線的比較第42頁,共136頁，2024年2月25日，星期天別構酶舉例：天冬氨酸轉氨甲酰酶，簡稱ATCase第43頁,共136頁，2024年2月25日，星期天三酶原及酶原的激活

1酶原：酶無活性的前體。2酶原的激活：從無活性的酶原轉變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程。4酶原激活的本質：：酶原的激活實質上是酶活性部位形成或暴露的過程。3激活劑：能使無活性的酶原激活的物質。第44頁,共136頁，2024年2月25日，星期天胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖

第45頁,共136頁，2024年2月25日，星期天胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶胰蛋白酶對各種胰臟蛋白酶的激活作用

胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶第46頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

四同工酶(isoenzyme)

能催化相同的化學反應，但在蛋白質分子的結構、理化性質和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。乳酸脫氫酶（LDH)MMMMMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4HLDH5LDH4LDH3LDH2LDH1骨肌型心肌型第47頁,共136頁，2024年2月25日，星期天乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖

多肽亞基mRNA四聚體結構基因a

b乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點樣線第48頁,共136頁，2024年2月25日，星期天不同組織中LDH同工酶的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點第49頁,共136頁，2024年2月25日，星期天同工酶在各學科中的應用

(1)遺傳學和分類學：提供了一種精良的判別遺傳標志的工具。(2)發(fā)育學：有效地標志細胞類型及細胞在不同條件下的分化情況，以及個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關系。(3)生物化學和生理學：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動力學、底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構性等性質的差異，從而解釋它們代謝功能的差別。（4）醫(yī)學和臨床診斷：體內同工酶的變化，可看作機體組織損傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標志。第50頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)酶的催化作用機理第51頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

酶促反應：E+S===ES===ES*

EP

E+P

反應方向,主要取決于反應自由能變化

H

。而反應速度快慢,則主要取決于反應的活化能Ea。

（一）活化能降低

催化劑的作用是降低反應活化能Ea,從而起到提高反應速度的作用一酶作用高效率的機制

第52頁,共136頁，2024年2月25日，星期天反應過程中能的變化第53頁,共136頁，2024年2月25日，星期天一酶作用高效率的機制

（二）中間產物學說

在酶催化的反應中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復合物。當?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學變化后，中間復合物再分解成產物和酶。

E+S====E-S

P+E

許多實驗事實證明了E－S復合物的存在。E－S復合物形成的速率與酶和底物的性質有關。第54頁,共136頁，2024年2月25日，星期天E+SP+EES能量水平反應過程

G

E1

E2

酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。第55頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

酶催化作用的本質是酶的活性中心與底物分子通過短程非共價力(如氫鍵,離子鍵和疏水鍵等)的作用，形成E-S反應中間物，其結果使底物的價鍵狀態(tài)發(fā)生形變或極化，起到激活底物分子和降低過渡態(tài)活化能作用。第56頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

在酶促反應中，底物分子結合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應速度；另一方面，由于活性中心的立體結構和相關基團的誘導和定向作用，使底物分子中參與反應的基團相互接近，并被嚴格定向定位，使酶促反應具有高效率和專一性特點。1鄰基效應和定向效應(三)與酶作用高效性有關的因素

第57頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

鄰近定向效應第58頁,共136頁，2024年2月25日，星期天2與反應過渡狀態(tài)結合作用

按SN2歷程進行的反應，反應速度與形成的過渡狀態(tài)穩(wěn)定性密切相關。在酶催化的反應中，與酶的活性中心形成復合物的實際上是底物形成的過渡狀態(tài)，所以，酶與過渡狀態(tài)的親和力要大于酶與底物或產物的親和力。第59頁,共136頁，2024年2月25日，星期天3張力學說這是一個形成內酯的反應。當R＝CH3時，其反應速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應基團之間產生一種立體排斥張力，從而使反應基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。

第60頁,共136頁，2024年2月25日，星期天4酸－堿催化酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反應一般都是廣義的酸－堿催化方式。廣義酸－堿催化是指通過質子酸提供部分質子,或是通過質子堿接受部分質子的作用，達到降低反應活化能的過程。第61頁,共136頁，2024年2月25日，星期天廣義酸基團廣義堿基團（質子供體）（質子受體）酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團。第62頁,共136頁，2024年2月25日，星期天5.共價催化

催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡產物，使反應活化能降低，從而提高反應速度的過程，稱為共價催化。酶中參與共價催化的基團主要包括His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。

第63頁,共136頁，2024年2月25日，星期天6金屬離子催化作用

金屬離子可以和水分子的OH-結合，使水顯示出更大的親核催化性能。

提高水的親核性能

第64頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

電荷屏蔽作用電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個重要功能。多種激酶(如磷酸轉移酶)的底物是Mg2+－ATP復合物。

第65頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

電子傳遞中間體

許多氧化-還原酶中都含有銅或鐵離子，它們作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。

第66頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二酶作用專一性的機制

酶分子活性中心部位，一般都含有多個具有催化活性的手性中心，這些手性中心對底物分子構型取向起著誘導和定向的作用，使反應可以按單一方向進行。酶能夠區(qū)分對稱分子中等價的潛手性基團。(a)“三點結合”的催化理論。認為酶與底物的結合處至少有三個點，而且只有一種情況是完全結合的形式。只有這種情況下，不對稱催化作用才能實現(xiàn)。第68頁,共136頁，2024年2月25日，星期天鎖鑰學說第69頁,共136頁，2024年2月25日，星期天鎖鑰學說：認為整個酶分子的天然構象是具有剛性結構的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結合如同一把鑰匙對一把鎖一樣第70頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

誘導契合學說第71頁,共136頁，2024年2月25日，星期天誘導契合學說該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀.第72頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)酶促反應動力學

定義：酶促反應動力學是研究酶促反應速度以及各種條件下對酶反應速度的影響。

第73頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

在低底物濃度時,反應速度與底物濃度成正比，為一級反應。底物濃度增大與速度的增加不成正比,為混合級反應.

當?shù)孜餄舛冗_到一定值，幾乎所有的酶都與底物結合后，反應速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。一底物濃度對酶促反應速度的影響(一)V-S曲線第74頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共136頁，2024年2月25日，星期天1913年，德國化學家Michaelis和Menten根據(jù)中間產物學說對酶促反映的動力學進行研究，推導出了表示整個反應中底物濃度和反應速度關系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反應速度（二）米氏方程第76頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)中間產物學說，酶促反應分兩步進行:米氏方程的推導：第77頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共136頁，2024年2月25日，星期天米氏方程Km即為米氏常數(shù)，Vmax為最大反應速度當反應速度等于最大速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。（三）米氏常數(shù)的意義及測定第79頁,共136頁，2024年2月25日，星期天米氏常數(shù)Km的意義不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。第80頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

米氏常數(shù)的測定

基本原則：將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax第81頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測定：第82頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶的Km在實際應用中的意義

鑒定酶：通過測定Km，可鑒別不同來源或相同來源但在不同發(fā)育階段，不同生理狀態(tài)下催化相同反應的酶是否是屬于同一種酶。判斷酶的最適底物。（天然底物）計算一定速度下底物濃度。了解酶的底物在體內具有的濃度水平。判斷反應方向或趨勢。判斷抑制類型。第83頁,共136頁，2024年2月25日，星期天從米氏方程中求得：當反應速度達到最大反應速度的90%，則90%V=100%V[S]/(km+[S])v=——————Vmax·[S]km+[S]即[S]=9km在進行酶活力測定時，通常用4km的底物濃度即可。計算一定速度下底物濃度第84頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二pH的影響在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常稱此pH為最適pH。第85頁,共136頁，2024年2月25日，星期天pHv最適pH（optimumpH）pH穩(wěn)定性：在一定pH范圍內酶是穩(wěn)定pH對酶作用的影響機制：1.環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；2.影響酶活性基團的解離；3.影響底物的解離。第86頁,共136頁，2024年2月25日，星期天三溫度的影響一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。另一方面,溫度升高,酶的高級結構將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。在最適溫度條件下,反應速度最大。第87頁,共136頁，2024年2月25日，星期天高溫兩種不同影響：1.溫度升高，反應速度加快；2.溫度升高，酶熱變性速度加快。Tv最適溫度低溫影響：1.溫度降低，酶活性降低

2.溫度過低,酶無活性但不變性第88頁,共136頁，2024年2月25日，星期天四激活劑對酶作用的影響

凡能提高酶活力的物質都是酶的激活劑。如Cl-是唾液淀粉酶的激活劑。第89頁,共136頁，2024年2月25日，星期天金屬離子：K+、Na+、Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+Co2+、Fe2+陰離子：

Cl-、Br有機分子還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA-

這些離子可與酶分子上的氨基酸側鏈基團結合，可能是酶活性部位的組成部分，也可能作為輔酶或輔基的一個組成部分起作用第90頁,共136頁，2024年2月25日，星期天一般情況下，一種激活劑對某種酶是激活劑，而對另一種酶則起抑制作用；對于同一種酶，不同激活劑濃度會產生不同的作用。應用激活劑時應注意第91頁,共136頁，2024年2月25日，星期天五抑制劑對酶活性的影響使酶的活性降低或喪失的現(xiàn)象，稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。酶的抑制劑一般具備兩個方面的特點：a.在化學結構上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。b.能夠與酶以非共價或共價的方式形成比較穩(wěn)定的復合體或結合物。第92頁,共136頁，2024年2月25日，星期天抑制劑類型和特點

競爭性抑制劑可逆抑制劑非競爭性抑制劑反競爭性抑制劑

非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑第93頁,共136頁，2024年2月25日，星期天抑制劑與酶的必需基團以共價鍵結合，引起酶活力喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。（一）不可逆抑制第94頁,共136頁，2024年2月25日，星期天1、非專一性不可逆抑制劑

抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而引起酶失活。類型：第95頁,共136頁，2024年2月25日，星期天2、專一性不可逆抑制劑

這類抑制劑選擇性很強，它只能專一性地與酶活性中心的某些基團不可逆結合，引起酶的活性喪失。第96頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（二）可逆抑制抑制劑與酶蛋白以非共價方式結合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結合的情況，又可以分為三類第97頁,共136頁，2024年2月25日，星期天1竟爭性抑制某些抑制劑的化學結構與底物相似，因而能與底物竟爭與酶活性中心結合。當抑制劑與活性中心結合后，底物被排斥在反應中心之外，其結果是酶促反應被抑制了。第98頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

+IEIESP+EE+S競爭性抑制作用

實例：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸第99頁,共136頁，2024年2月25日，星期天競爭性抑制作用特點：1）競爭性抑制劑的結構與底物結構十分相似，二者競爭酶的結合部位。4）Vmax不變，Km增大[S]vV/2km2）抑制程度取決于I和S的濃度以及與酶結合的親和力大小。km′無I有I3）可以通過增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第100頁,共136頁，2024年2月25日，星期天2非竟爭性抑制酶可同時與底物及抑制劑結合，引起酶分子構象變化，并導至酶活性下降。抑制劑與活性中心以外的基團結合，不與底物競爭美的活性中心，所以稱為非競爭性抑制劑。如某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調控部位中的-SH基團作用，改變酶的空間構象，引起非競爭性抑制。第101頁,共136頁，2024年2月25日，星期天非競爭性抑制作用

+IEI+SESIESP+EE+S+I實例：重金屬離子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）金屬絡合劑（EDTA、F-、CN-、N3-）第102頁,共136頁，2024年2月25日，星期天非競爭性抑制特點：1）、抑制劑與底物結構不相似，抑制劑與酶活性中心以外的基團結合。2）、Vm下降，Km不變3）、非竟爭性抑制不能通過增大底物濃度的方法來消除。非競爭性抑制可用下式表示：第103頁,共136頁，2024年2月25日，星期天非競爭性抑制作用：底物和抑制劑同時與酶結合，但形成的EIS不能進一步轉變?yōu)楫a物。S+EESE+P+I↑↓EI+I↑EIS+[S]E+Pv=———————————V1+[I]/ki·[S]km+[S][S]v無IV/2km有I(′)第104頁,共136頁，2024年2月25日，星期天3、反競爭性抑制作用

酶只有在與底物結合后，才能與抑制劑結合，引起酶活性下降。ESIESP+EE+S+I第105頁,共136頁，2024年2月25日，星期天反競爭性抑制特點：1）抑制劑與酶和底物的復合物結合。2）Km和Vm下降3）底物濃度增加，抑制作用加強。反競爭性抑制：第106頁,共136頁，2024年2月25日，星期天有無抑制劑存在時酶促反應的動力學方程

第107頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)、酶活力測定第108頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

又稱為酶活性，一般把酶催化一定化學反應的能力稱為酶活力。通常以在一定條件下酶所催化的化學反應速度來表示。因此酶活力可用單位時間內單位體積中底物的減少量或產物的增加量表示，單位為濃度\單位時間等。酶是蛋白質，種類多，結構復雜多樣，一般對酶的測定，不是直接測定其酶蛋白的濃度，而是測定其催化化學反應的能力，這是基于在最優(yōu)化條件下，當?shù)孜镒銐颍ㄟ^量），在酶促反應的初始階段，酶促反應的速度（初速度）與酶的濃度成正比（即V=K［E］），故酶活力測定的是化學反應速度，一定條件下可代表酶活性分子濃度一、酶活力第109頁,共136頁，2024年2月25日，星期天2.酶活力的測定(1)測一定時間內產物生成量(2)測定完成一定量反應所需時間測定時確定三種量：①加入一定量的酶；②一定時間間隔；③物質的增減量。第110頁,共136頁，2024年2月25日，星期天測定酶活力常有以下幾種方法：在一個反應體系中，加入一定量的酶液，開始計時反應，經一定時間反應后，終止反應，測定在這一時間間隔內發(fā)生的化學反應量（終止時與起始時的濃度差），這時測得的是初速度。在一定條件下，加入一定量底物（規(guī)定），再加入合適量的酶液，測定完成該反應（底物反應完）所需的時間，（非初速度，為一平均速度）。動態(tài)連續(xù)測定法。在反應體系中，加入酶，用儀器連續(xù)監(jiān)測整個酶促反應過程中底物的消耗或產物的生成?？焖俜磻粉櫡?。近年來，追蹤極短時間（10-3s以下）內反應過程的方法和裝置已經應用。其代表有停流法（stopped-flow）和溫度躍變法（temperaturejump）。第111頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶活力測定方法：反應計時。反應計時必須準確。反應體系必須預熱至規(guī)定溫度后，加入酶液并立即計時。反應到時，要立即滅酶活性，終止反應，并記錄終了時間。終止酶反應，常使酶立刻變性，最常用的方法是加入三氯乙酸或過氯酸使酶蛋白沉淀，也可用SDS使酶變性，或迅速加熱使酶變性。有些酶可用非變性法來停止反應或用破壞其輔因子來停止反應。反應量的測定。測底物減少量或產物生成量均可。在反應過程中產物是從無到有，變化量明顯，極利于測定，所以大都測定產物的生成量。

具體物質量的測定，據(jù)被測定物質的物理化學性質通過定量分析法測定。常用的方法有：光譜分析法：酶將產物轉變?yōu)椋ㄖ苯踊蜷g接）一個可用分光光度法或熒光光度法測出的化合物?；瘜W法：利用化學反應使產物變成一個可用某種物理方法測出的化合物，然后再反過來算出酶的活性。放射性化學法：用同位素標記的底物，經酶作用后生成含放射性的產物，在一定時間內，生成的放射性產物量與酶活性成正比。

第112頁,共136頁，2024年2月25日，星期天二酶活力單位：是衡量酶活力大小的計量單位,規(guī)定條件（最適條件）下一定時間內催化完成一定化學反應量所需的酶量。據(jù)不同情況有幾種酶活力單位或又稱酶單位。(一）國際單位：

1、國際單位U（Unit）：在最佳條件或某一固定條件下每分鐘催化生成1μmol產物所需要的酶量為一個酶活力單位。1U=1μmol/min2、“Katal”單位：指在一定條件下1秒鐘內轉化1mol底物所需的酶量。1Kat=1mol/sKat和U的換算關系：1Kat=6×107U，1U=16067nKat第113頁,共136頁，2024年2月25日，星期天

以上的酶單位定義中，如果底物（S）有一個以上可被作用的化學鍵，則一個酶單位表示1分鐘使1μmol有關基團轉化的酶量。如果是兩個相同的分子參加反應，則每分鐘催化2μmol底物轉化的酶量稱為一個酶單位。在“U”和“kat”酶活力單位的定義和應用中，酶催化底物的分子量必須是已知的，否則將無法計算。

第114頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第115頁,共136頁，2024年2月25日，星期天比活力（比活性）：每單位（一般是mg）蛋白質中的酶活力單位數(shù)（酶單位/mg蛋白）。實際應用中也用每單位制劑中含有的酶活力數(shù)表示（如：酶單位/mL（液體制劑），酶單位/g（固體制劑）），對同一種酶來講，比活力愈高則表示酶的純度越高（含雜質越少），所以比活力是評價酶純度高低的一個指標。在評價純化酶的純化操作中，還有一個概念就是回收率。

回收率=某純化操作后的總活力/某純化操作前的總活力［總活力=比活力×總體積（總重量）］

三比活力第116頁,共136頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)酶工程簡介一、化學酶工程

天然酶

固定化酶

化學修飾酶

人工模擬酶二、生物酶工程

克隆酶

突變酶

新酶

將酶學和工程學相結合，產生了酶工程(enzymeengineering)這樣一個新的領域。酶工程主要研究酶的生產、純化、固定化技術、酶分子結構的修飾和改造以及在工農業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和理論研究等方面的應用。第117頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（一）天然酶的分離純化1、基本原則：提取過程中避免酶變性而失去活性；防止強酸、強堿、高溫和劇烈攪拌等；要求在低溫下操作，加入的化學試劑不使酶變性，操作中加入緩沖溶液.2、基本操作程序：選材：微生物（微生物發(fā)酵物:胞內酶，胞外酶），動物（動物器臟：消化酶，血液：SOD酶，尿液：尿激酶等）,植物（木瓜蛋白酶，菠蘿蛋白酶等）。抽提：加入提取液提取。胞內酶先要進行細胞破碎（機械研磨，超聲波破碎，反復凍融或自溶等），分離：先進行凈化處理（過濾，絮凝，離心脫色），再采用沉淀法分離（鹽析法，有機溶劑沉淀法，超離心等）。純化：可采用離子交換層析，凝膠過濾，液相色譜，親和色譜和超濾等方法。第118頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（二）固定化酶固定化酶是通過吸附、耦聯(lián)、交聯(lián)和包埋等物理或化學的方法把酶連接到某種載體上，做成仍具有酶催化活性的水不溶性酶。作用特點：穩(wěn)定性提高，易分離，可反復使用，提高操作的機械強度。第119頁,共136頁，2024年2月25日，星期天固定化酶

將水溶性酶用物理或化學方法處理，固定于高分子支持物(或載體)上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形式，稱固定化酶(immobilizedenzyme)。包埋法吸附法共價偶聯(lián)法交聯(lián)法第120頁,共136頁，2024年2月25日，星期天溴化氰亞氨碳酸基偶聯(lián)法OHOHBrCNH2OOOC=N-EO-CO-NH-EOHO-C-NH-ENHOHH2N-E（多羥基載體）O-CONH2OH（惰性）OOC=NH（活潑）O—C—NOH第121頁,共136頁，2024年2月25日，星期天戊二醛交聯(lián)法

OHC(CH2)3CHO戊二醛H2N-EN

-HC=N-E-N=CH（CH2）3-CH=N-

E-NCHCH第122頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（三）化學修飾酶：功能基團的化學修飾酶酶蛋白側鏈的化學修飾酶分子內或間的交聯(lián)反應優(yōu)點：提高穩(wěn)定性，增強催化效率（三）化學修飾酶：第123頁,共136頁，2024年2月25日，星期天（四）人工模擬酶酶的模擬：根據(jù)酶作用的原理摸擬酶的活性中心和催化機理，用化學方法制備結構較簡單,高效、高選擇性、穩(wěn)定性能好的新型催化劑,可以是無機化合物、有機化合物或小肽。第124頁,共136頁，2024年2月25日，星期天酶模型是人工合成的一類具有酶的某些屬性的有機化合物。雖然它的分子比較小，結構比較簡單，但是含有酶所具有的主要活性基團以及與酶的活性中心相似的空間結構，能夠模擬酶的某些關鍵性功能。目前研究得比較多的主要是水解酶和單加氧酶模型。第125頁,共136頁，2024年2月25日，星期天