酶（生物化學課件）

第二章酶重點：見《思考題》代謝、代謝的調控酶的結構、酶活性的調控第二章酶一.酶的概念1.酶是活細胞產生的生物催化劑99％以上蛋白質酶RNADNA酶促反應2.底物：酶作用的物質（反應物）A+BC+D酶底物二.酶的作用特點1.與一般化學催化劑一樣：（1）只催化熱力學上允許進行的反應；（2）縮短反應達到平衡態(tài)的時間；不改變反應的平衡點。生命體內的物質：性質不活潑，反應速度慢；只有在酶的催化下反應才能快速完成。2.酶作為催化劑的特性：（1）催化效率極高Fe3+2H2O22H2OO2+過氧化氫酶2H2O22H2OO2+6×10-4mol/(mol?s)6×106mol/(mol?s)酶的催化效率比一般催化劑大106～1013倍。催化效率比Fe3+高1010倍（2）對底物的高度專一性①相對專一性：②絕對專一性：③立體異構專一性：催化一類反應催化單一反應屬②的一種D-（-）-乳酸L-（+）-乳酸附：立體異構體的重要區(qū)別：生物學作用不同L-乳酸脫氫酶只能催化L-乳酸脫氫酶的“立體異構專一性”二.酶的作用特點3.對環(huán)境極為敏感4.酶活性的可調控性酶的活性酶的含量絕大多數酶的本質是蛋白質機體本身存在調控機制第二節(jié)酶的命名與分類二.酶的分類1.根據所催化反應的類型，分為6大類。（1）氧化還原酶（2）轉移酶（3）水解酶（4）裂解酶（5）異構酶（6）合成酶一.酶的命名2.系統(tǒng)命名法乳酸脫氫酶編號：E.C.1.1.1.27第1大類：氧化還原酶第1亞類第1亞亞類序號酶學委員會P24，p26如：葡萄糖磷酸轉移酶E.C.2.7.1.1酶學委員會轉移酶類磷酸轉移酶類以羥基作為受體的磷酸轉移酶類D-葡萄糖作為磷酸基的受體1.習慣命名法：底物+反應類型如：P24（1）乳酸脫氫酶（2）蛋白（水解）酶（3）胃蛋白（水解）酶胰蛋白（水解）酶木瓜蛋白（水解）酶木瓜蛋白酶屬于哪一大類酶？第二節(jié)酶的命名與分類二.酶的分類1.根據所催化反應的類型，分為6大類。（1）氧化還原酶（2）轉移酶（3）水解酶（4）裂解酶（5）異構酶（6）合成酶木瓜蛋白酶屬于哪一大類酶？1.習慣命名法：底物+反應類型如：P24（1）乳酸脫氫酶（2）蛋白（水解）酶（3）胃蛋白（水解）酶胰蛋白（水解）酶木瓜蛋白（水解）酶木瓜蛋白酶屬于哪一大類酶？二.酶的分類2.根據酶的組成分類（1）單純酶：1條或多條多肽鏈組成（2）結合酶酶蛋白輔助因子常含維生素及其衍生物全酶＝酶蛋白＋輔助因子金屬離子小分子有機化合物①小分子有機化合物輔酶：與酶蛋白結合疏松，可用透析方法除去。輔基：與酶蛋白結合緊密，

不可用透析方法除去。常含維生素及其衍生物②金屬離子

金屬離子與酶蛋白結合牢固。酶蛋白不與金屬離子結合，但必須加入金屬離子才有活性。與金屬離子結合的酶金屬酶：金屬激活酶：金屬離子：Mg2+、Cu2+

、Zn2+等③全酶＝酶蛋白＋輔助因子（i）酶蛋白：（ii）輔助因子：作為電子、質子、基團的載體識別底物，決定酶促反應的特異性3.根據酶的分子特點分類（1）單體酶：（2）寡聚酶：（3）多酶復合體：由一條多肽鏈組成由多個亞基組成由多個酶組成由多個相關的酶組成，可提高反應效率第三節(jié)酶的作用機制一.酶的活性中心（一）活性部位和必需基團（二）酶原激活（一）活性部位和必需基團酶的活性中心1.活性中心：酶分子中直接與底物結合，并催化底物發(fā)生化學反應的部位。2.必需基團：與酶活性有關的基團（1）活性中心內的必需基團：（2）活性中心外的必需基團：維持酶的空間構象的基團結合基團：參與底物結合的基團催化基團：參與催化反應的基團1.酶的活性中心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（1）在一級結構上可能相距甚遠3.形成酶活性中心的必需基團：（2）但在空間結構上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間構象的區(qū)域即：酶的活性中心跟底物結合，并將底物轉化為產物…-COO-…-NH3+…-SH+H3N-甘-…-谷-丙-…-賴-天冬…--絲-精-…-谷-半-COO-…-COO-…-COO-…-NH3+…-OH…-CH3（1）在一級結構上可能相距甚遠（2）但在空間結構上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間構象的區(qū)域即：酶的活性中心跟底物結合，并將底物轉化為產物3.形成酶活性中心的必需基團：在某些酶的活性中心，結合基團與催化基團并非有嚴格分工，而是兩種功能兼而有之。結合基團：參與底物結合的基團催化基團：參與催化反應的基團4.活性中心位于酶分子表面呈口袋狀，易與底物接觸。立體異構專一性（二）酶原的激活1.酶原：沒有活性的酶的前體2.酶原激活：（1）定義：無活性的酶原在一定條件下，轉變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程，稱為酶原的激活。2.酶原激活：如：（2）實質：酶活性中心形成或暴露的過程。胰蛋白酶原胰蛋白酶N端切下6肽（2）實質：酶活性中心形成或暴露的過程。胰蛋白酶原胰蛋白酶N端切下6肽胰蛋白酶原的激活過程（2）實質：酶活性中心形成或暴露的過程。胰蛋白酶原胰蛋白酶N端切下6肽

酶原激活的機理酶原分子構象發(fā)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2.酶原激活：（3）意義：①酶以酶原形式儲存，可有效保護自身②酶以酶原形式儲存，需要時通過級聯(lián)反應快速動員起來，使機體快速適應環(huán)境變化。級聯(lián)放大現象→機體快速適應環(huán)境變化。級聯(lián)放大現象→機體快速適應環(huán)境變化凝血酶原酶復合物(Xa，Ca2+，Ⅴa，PF3)形成凝血酶原(Ⅱ)凝血酶(Ⅱa)纖維蛋白原(Ⅰ)纖維蛋白(Ⅰa)(溶膠狀態(tài))(凝膠狀態(tài))如：凝血過程瀑布效應級聯(lián)放大現象→機體快速適應環(huán)境變化2.酶原激活：（3）意義：①酶以酶原形式儲存，可有效保護自身②酶以酶原形式儲存，需要時通過級聯(lián)反應快速動員起來，使機體快速適應環(huán)境變化。級聯(lián)放大現象→機體快速適應環(huán)境變化。二.酶作用的專一性機制酶：降低反應的活化能（一）中間產物學說1.對任何化學反應：A+BC+DA+BA…BC+D

反應物過渡態(tài)產物產物（P）底物（S）（一）中間產物學說A+BC+D酶A+B+EA…BS+EESP+EC+D+E（二）誘導契合學說1.“鎖和鑰匙學說”（1）內容：底物的結構必須與酶活性中心的結構非常吻合→二者緊密結合，形成中間產物。1.“鎖和鑰匙學說”酶底物酶－底物（2）缺點：不能解釋可逆反應乳酸丙酮酸乳酸脫氫酶2H酶底物酶－底物產物2.誘導契合學說（1）內容：當底物與酶接近時，可誘導酶的空間構象發(fā)生相應的改變，從而使二者進一步互補結合。如同戴手套手：底物手套：酶的活性中心（2）誘導契合學說比較好地解釋了酶作用的專一性、反應的可逆性。酶底物酶－底物產物2.誘導契合學說2.誘導契合學說：能解釋可逆反應酶底物酶－產物產物2.誘導契合學說：

能解釋酶作用的專一性、反應的可逆性L-乳酸丙酮酸L-乳酸脫氫酶2HD-乳酸L-乳酸脫氫酶酶的立體異構專一性×鎖－鑰學說誘導契合假說2.誘導契合學說（1）內容：當底物與酶接近時，可誘導酶的空間構象發(fā)生相應的改變，從而使二者進一步互補結合。如同戴手套手：底物手套：酶的活性中心（2）誘導契合學說比較好地解釋了酶作用的專一性、反應的可逆性。三.酶作用的高效性機制1.酶反應的過渡態(tài)學說互補：酶＋底物的過渡態(tài)實驗：底物過渡態(tài)類似物與酶的結合能力比底物緊密102～106倍。2.鄰近效應與定向效應（1）鄰近效應：底物密集到酶的活性中心（2）定向效應：酶、底物之間嚴格定向（二）酶促反應的機制1.鄰近效應與定向排列2.多元催化3.表面效應(surfaceeffect)第四節(jié)影響酶促反應速率的因素

——酶促反應動力學一.酶促反應速率：以“初速率（V0或V）”表示酶的催化活力。三.酶濃度對酶促反應的影響酶濃度越高，反應速率V越大。0[E]V[S]與V之間的關系曲線二.底物濃度對酶促反應的影響底物濃度很低底物濃度低底物濃度稍髙底物濃度高底物濃度很高5支試管：酶濃度、溫度、pH一樣（1）（2）（3）（4）（5）V1V2V3V4V50[S]V12345.....制得相對平滑的曲線10個酶分子底物2～3底物5～6底物≈10底物≈20底物100二.底物濃度對酶促反應的影響1.底物濃度與酶促反應速率的關系圖6-8[S]與V之間的關系曲線2.米氏方程式：Km：米氏常數為底物濃度與反應速度之間的關系式。（1）底物濃度很低時，Km>>[S]，反應速度與底物濃度成正比地增加。當底物濃度較低時：反應速度與底物濃度成正比。[S]VVmax[ES]∝[S]（2）底物濃度繼續(xù)增加，反應速度繼續(xù)增加，但增速趨緩。隨著底物濃度的增高：反應速度不再成正比例加速。[S]VVmax不再是[ES]∝[S]（3）底物濃度很高時，[S]>>Km

，反應速度不再隨底物濃度增加而增加。當底物濃度高達一定程度：反應速度不再增加，達最大速度。[S]VVmax[S]增加，[ES]不再增加三.底物濃度對酶促反應的影響1.底物濃度與酶促反應速率的關系圖6-8[S]與V之間的關系曲線3.米氏常數Km的意義化簡，得Km

＝[S]∴米氏常數Km的含義：反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度。（1）當時，Km（2）Km值可以近似表示酶與底物的親和力：①

Km越大，酶與底物的親和力越?。虎?/p>

Km越小，酶與底物的親和力越大。①

Km越大，酶與底物的親和力越小②

Km越小，酶與底物的親和力越大（2）Km值可以近似表示酶與底物的親和力：①

Km越大，酶與底物的親和力越?。虎?/p>

Km越小，酶與底物的親和力越大。①

Km越大，酶與底物的親和力越小∴米氏常數Km的含義：反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度。②

Km越小，酶與底物的親和力越大∴米氏常數Km的含義：反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度。②

Km越小，酶與底物的親和力越大∴米氏常數Km的含義：反應速率為最大反應速率一半時的底物濃度。（3）米氏常數Km是酶的特征性常數之一。（1）只與酶的結構、酶所催化的底物有關，與酶的濃度無關。（2）不同的酶的Km值不同，同一種酶有不同底物時，Km值也不同，其中，Km值最小的底物稱為酶的最適底物。蔗糖酶的最適底物是蔗糖Km值最小的底物稱為酶的最適底物。

蔗糖酶蔗糖葡萄糖＋果糖Km＝28mmol/L

蔗糖酶棉子糖葡萄糖＋果糖-半乳糖Km＝350mmol/L（4）Vmax值Vmax值：酶被底物完全飽和時的反應速度。與酶的濃度成正比。當底物濃度高達一定程度：反應速度不再增加，達最大速度。[S]VVmaxVmax值與酶的濃度成正比。四.溫度對酶促反應速率的影響1.在一定溫度范圍內，溫度每升高10oC，反應速度約增加1倍。2.高溫易使酶失活。綜合結果：圖2-33.酶的最適溫度：酶表現出最大活力時的溫度。單位時間內催化完成的反應最多3.酶的最適溫度：酶表現出最大活力時的溫度。（1）酶的最適溫度不是酶的特征常數：單位時間內催化完成的反應最多的溫度37oC60oC98oC37oC60oC98oCt=0.5mint=3min最適溫度：98oC

最適溫度：60oC

3.酶的最適溫度：酶表現出最大活力時的溫度。（1）酶的最適溫度不是酶的特征常數：反應時間延長，其最適溫度下降。單位時間內催化完成的反應最多的溫度37oC60oC98oC37oC60oC98oCt=3mint=20min最適溫度：37oC

最適溫度：60oC

只要酶沒有變性，就是溫度越高，反應速度就越快，酶的活性就越高。（1）酶的最適溫度不是酶的特征常數：單位時間內催化完成的反應最多的溫度37oC60oC98oC37oC60oC98oCt=3mint=20min最適溫度：37oC

最適溫度：60oC

反應時間延長，其最適溫度下降。酶變性需要一定的時間最適溫度：60oC

只要酶沒有變性，就是溫度越高，反應速度就越快，酶的活性就越高。37oC60oC98oC37oC60oC98oCt=0.5mint=3min最適溫度：98oC

反應時間延長，其最適溫度下降。98oC，酶0.5min滅活60oC，酶3min滅活37oC，酶不被滅活98oC，酶0.5min滅活60oC，酶3min滅活37oC，酶不被滅活只要酶沒有變性，就是溫度越高，反應速度就越快，酶的活性就越高。（1）酶的最適溫度不是酶的特征常數：反應時間延長，其最適溫度下降。單位時間內催化完成的反應最多的溫度37oC60oC98oC37oC60oC98oCt=3mint=20min最適溫度：37oC

最適溫度：60oC

嚴謹表述：多長時間內的最適溫度（2）不同酶的最適溫度不同：動物體內的酶的最適溫度：35～40oC

植物體內的酶的最適溫度：40～50oC

微生物體內酶的最適溫度：可達90oC長時間作用的4.低溫時，酶的活性很低，但酶的結構一般沒有被破壞。

食品：低溫冷藏保鮮如水果的“后熟”包括一系列的反應，室溫下：1d完成4oC下：30d或更長時間才完成五.pH對酶作用的影響1.過酸、過堿使酶失活與酶的必需基團、底物的解離狀態(tài)有關，與酶蛋白的等電點（pI）無關。（圖2-4）2.酶的最適pH：酶表現出最大活力時的pH。3.不同酶的最適pH各不相同。（2）非必需激活劑：使酶活性增加的物質。六.激活劑對酶促反應的影響1.激活劑：凡能提高酶活性的物質。實為“輔助因子”書上的“激活劑”（1）必需激活劑：使無活性的酶變?yōu)橛谢钚缘拿傅奈镔|。如：金屬激活酶中的金屬離子如：Cl-對于唾液淀粉酶七.抑制劑對酶促反應的影響酶的抑制劑：凡能使酶活性下降或消失，但不引起酶蛋白水解或變性的物質。重點：抑制機理、特點大多數毒物、抗生素是酶或蛋白質的抑制劑。（1）抑制劑與酶活性中心上的必需基團共價結合，不能用透析等方法除去。

RR酶-CH2OH+X-P=O→酶-CH2O-P=O+HXRR（一）不可逆抑制作用如：重金屬離子（如Cu2+,Hg2+）與酶活性中心的巰基（-SH）結合抑制劑與酶活性中心上的必需基團共價結合，不能用透析等方法除去。（一）不可逆抑制作用（二）可逆抑制作用抑制劑與酶或酶－底物復合物通過非共價鍵結合，可用透析等方法除去。1.競爭性抑制作用抑制劑（I）與酶作用的底物（S）結構相似，可與底物共同競爭酶的活性中心。丙二酸琥珀酸延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶

COOHCH2COOHCH2CH2COOHCOOH

琥珀酸丙二酸抑制劑（I）與酶作用的底物（S）結構相似，可與底物共同競爭酶的活性中心。1.競爭性抑制作用E+SEIESE+PI+解除抑制方法：增大底物濃度結合均可逆2.非競爭性抑制作用抑制劑（I）與酶活性中心外的必需基團結合，使ESI復合物不能發(fā)生反應，從而抑制酶活性。E+SEIESE+PI+ESII++S抑制劑（I）與酶活性中心外的必需基團結合，使ESI復合物不能發(fā)生反應，從而抑制酶活性。抑制作用：共價鍵非共價鍵與酶活性中心結合，I與底物結構相似與酶活性中心以外的必需基團結合不可逆抑制作用可逆抑制作用競爭性抑制作用非競爭性抑制作用HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(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)第五節(jié)酶的活力測定一.酶活力單位時間內酶催化某一化學反應的能力二.酶活力單位在一定條件下，一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需要的酶量為一個單位。習慣單位：各自定義某生產廠家定義的“α-淀粉酶的活力單位”：某條件下，每小時催化1g可溶性淀粉液化所需要的酶量為1個單位（1U）。比活力：2000U/g酶蛋白該條件下，每小時催化1Kg可溶性淀粉液化,需要

g酶蛋白。0.5第六節(jié)食品加工中重要的酶一.水解酶類（一）淀粉酶1.α-淀粉酶（1）內切酶，水解α-1,4-糖苷鍵1.α-淀粉酶（1）內切酶，水解α-1,4-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵α-1,4-糖苷鍵α-1,6-糖苷鍵（2）水解過程分支糊精短鏈糊精短鏈糊精①迅速降解為短鏈的糊精——“液化”①迅速降解為短鏈的糊精——“液化”短鏈糊精分支糊精②緩慢水解為α-麥芽糖、少量葡萄糖等②緩慢水解為α-麥芽糖、少量葡萄糖等α-麥芽糖葡萄糖分支糊精異麥芽糖（2）水解過程①迅速降解為短鏈的糊精——“液化”②緩慢水解為α-麥芽糖、少量葡萄糖等（3）廣泛分布于動植物、微生物①唾液淀粉酶②地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶：耐高溫（最適溫度為92oC或更高）③米曲霉的α-淀粉酶：耐酸胰腺、麥芽、唾液、微生物2.β-淀粉酶（1）外切酶，水解α-1,4-糖苷鍵（2）水解產物β-麥芽糖