第五章 酶 化 学

5.1 酶的概述 酶（ enzyme ）：是一类由生物细胞产生的，

绝大部分是以蛋白质为主要成分的生物催化剂。

1878 年， W•Kuhne 提出“酶”这个名称。 1897 年， Hans Buchner 和 Eduard Buchner 成功

地用不含细胞的酵母提取液实现了发酵。 1926 年， Sumner 第一次从刀豆中提出了脲酶结晶，

并证明具有蛋白质性质。

1995 年， Jack W. Szostak 研究室首先报道了具有 DNA 连接酶活性 DNA 片段，称为脱氧核酶(deoxyribozyme) 。

1982 年 ,Cech 发现 RNA 有催化功能 ( 核酶）。1983 年 ,Altman 发现 RNaseP 有催化功能。1986 年， Lernen 等得到具有酶催化活性的抗

体－抗体酶。

5.1.1 酶的命名和分类 1. 习惯命名法

根据底物命名 : 如淀粉酶 , 蛋白酶等 根据催化反应的类型命名 : 如氧化酶 , 脱氢酶等 有的酶结合上述两个原则命名 : 如琥珀酸脱氢酶等 加上酶的来源或酶的其他特点 : 如胃蛋白酶等

2. 国际系统命名法 系统名称：明确标明酶的底物名称、类型、反应性质和

一个酶字。 如：丙氨酸 + α- 酮戊二酸 → 谷氨酸 + 丙酮酸

习惯名称：谷丙转氨酶 系统名称： L- 丙氨酸： α- 酮戊二酸氨基转移酶

3. 国际系统分类法 EC 大类•亚类•亚 - 亚类•在一定亚 - 亚类中

的编号 ↙ 酶催化反应的类型

↘ 底物中被作用的基团或键的特点

如 : EC1.1.1.27

六大类酶

1. 氧化还原酶2. 转移酶3. 水解酶4. 裂合酶5. 异构酶6. 连接酶

乳酸脱氢酶

(1). 氧化 - 还原酶 （ Oxidoreductase ） 如，乳酸 (Lactate) 脱氢酶催化乳酸的脱氢反应

CH3CHCOOH

OH

NAD+ H+CH3CCOOH

O

NADH

(2). 转移酶（ Transferase ） 如 : 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应

CH3CHCOOH

NH2

HOOCCH2CH2CCOOH

OHOOCCH2CH2CHCOOH

NH2

CH3CCOOH

O

(3). 水解酶 （ hydrolase ） 如 : 脂肪酶 (Lipase) 催化的脂的水解反应

H2OCOOCH2CH3R RCOOH CH3CH2OH

(4). 裂合酶 （ Lyase ） 如 :

AB A+B

(5). 异构酶 （ Isomerase ） 如 :6- 磷酸葡萄糖异构酶催化的反应

(6). 连接酶（合成酶）（ Ligase or Synthetase ）

如 : 丙酮酸羧化酶催化的反应CH3 C COOH

O

+ CO2 + H2O + ATP C COOH

O

HOOC CH2 + ADP + Pi

OH

O H

H

O HH

O HH

O H

C H2

H

OP

G-6-P F-6-P

磷酸葡萄糖 异构酶

H

C H2O H

H

C H2

O H H

H O H

OOP

4. 酶的组成分类 (1)根据酶的组成成份分

酶简单酶类

结合酶类酶蛋白

辅助因子全酶

辅助因子有机化合物

金属离子

辅酶— 与酶蛋白结合疏松

辅基— 与酶蛋白结合紧密

在催化反应中，酶反应的专一性及高效率取决于酶蛋白；

辅助因子的作用辅助因子的作用

参与酶的活性中心，维持酶分子发挥催化作用所必需的构象在酶蛋白与底物之间起桥梁作用中和阴离子，降低反应中的静电斥力传递电子、质子或一些基团

辅酶或辅基辅酶或辅基

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+ 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 Ni2 -SH 尿酶

(2) 根据酶分子的特点分为三类 ①单体酶：一般由一条多肽链组成，较少，一般都是催化水解反应的酶，如溶菌酶、胰蛋白酶等。

②寡聚酶：由两个或两个以上亚基组成，亚基间通过非共价键相连。如磷酸化酶等 a。

③多酶体系：由几种酶彼此嵌合形成的复和体。如脂肪酸合成酶复合体。

5.1.2 酶的催化特性

酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的特征：

用量少而催化效率高； 能加快化学反应的速度，而其本身在反应前后没有结构

和性质的改变； 只缩短反应达平衡所需时间，不能改变反应的平衡点。

不同于一般化学催化剂的特点： 1. 催化效率高

中间产物学说：在酶促反应中，酶与底物先络合成一个中间物，然后中间物再进一步分解，成为产物和游离态酶。

活化能：分子由常态变为活化状态所需的能量。

E + S →ES →E + P

2. 酶的作用具有高度专一性

专一性类型

旋光异构专一性

几何异构专一性立体构型专一性

结构专一性绝对专一性

相对专一性基团专一性

键专一性

O C

NH2

NH2

+ H2O 2NH3 + CO2

ÄòËØ

ëåø

O C

NH

NH2

+ H2O

¼×»ùÄòËØ

CH3 ëåø

绝对专一性如脲酶

相对专一性

基团专一性：如 a－ D- 葡萄糖苷酶；

键专一性：如酯酶。

立体构型专一性：①旋光异构专一性，如 L-氨基酸氧化酶；②几何异构专一性，如延胡索酸水化酶（反－丁烯二酸）

HOOCCH=CHCOOH H2O HOOCCH2CHCOOH

OH

③酶能区分从有机化学观点来看属于对称分子中的两个等同的基团，只催化其中的一个基团。

CH2OH

CH

CH2OH

HO

14

+ ATP甘油激酶

CH2

CH

CH2OH

HO

14

O P

+ ADP

3. 酶的高度不稳定性：易受环境变化的影响

4. 酶的催化活性受到调节控制

调节方式：反馈调节、共价修饰调节、抑制剂调节、激素控制等。

5. 酶的催化活性与辅酶、辅基和金属离子有关

5.2 酶的结构和功能 5.2.1 酶的活性部位

即酶的活性中心，指酶分子中能同底物结合并起催化反应的空间部位。

1 ．结合部位 Binding site

酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。

活性中心结合部位：与底物特异结合的部位

催化部位：直接参加催化反应的部位

酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。

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。

2 ．催化部位 catalytic site

酶活性中心的共同特点：①活性中心只占酶体积很小一部分；②是一个具有特定三维空间结构的实体，这样才能使构成活性中心的氨基酸在空间结构上相互靠近；③酶与底物的结合取决于活性中心原子的精致排列，活性中心的构象不是刚性的，与底物结合时可发生变化，变得与底物互补；④底物靠许多弱键与酶活性中心结合；⑤活性中心处于酶表面的一凹穴中，形成疏水区，底物分子大多结合在这一凹穴中。

酶分子中存在着一些可以与非底物的化学物质结合的部位，这些物质可引起酶分子空间构象的变化，从而影响酶的反应速率，对酶起激活或抑制作用。

3 ．调控部位 Regulatory site

必需基团：酶表现催化所必需的部分。

4.酶的必需基团

必需基团活性中心内的必需基团

活性中心外的必需基团：维持酶分子的空间构象

结合部位

催化部位

H2N CH C

CH2

OH

O

OH

OH

H2N CH C

CH2

OH

O

SH

SH

H2N CH C

CH2

OH

O

N

NH

N

NH

必需基团主要包括：

酸、碱性基团：

H2N CH C

CH2

OH

O

CH2

C

OH

O

H2N CH C

CH2

OH

O

C

OH

O

COOH

H2N CH C

CH2

OH

O

CH2

CH2

CH2

NH2

NH2H2N CH C

CH2

OH

O

OH

OH

5.2.2 酶的催化机制

1. 酶作用专一性的学说

锁钥结合学说

1894 年 Fischer 提出

诱导契合学说1959 年 Koshland 提出

2. 决定酶作用高效率的机制 （ 1 ）邻近效应和轨道定向学说

在酶促反应中，一方面底物分子结合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度。另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。

酶的催化作用机制 邻近与定向

靠近靠近 定定向向

底物 酶

（ 2 ）底物构象改变学说（底物形变或张力学说）

R

C

R

CH2 OH

O

OH

H2O R

R

O

O

HH

Sreric strain

这是一个形成内酯的反应。当 R＝ CH3 时，其反应速度比 R＝ H 的情况快 315 倍。由于 -CH3 体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。

（ 3 ）共价催化 : 中间产物学说

在一些酶的催化反应中，酶与底物形成了一个反应活性很高的酶－底物中间复合物，从而使反应活化能大大降低，反应速度加快。

（ 4 ）酸碱催化 酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断裂的机制称酸碱催化。

广义酸基团 广义碱基团（质子供体） （质子受体）

-COOH, -NH 3, -SH,+

OH NHN H+

-COO , -NH 2, -S , - .. -

O- NHN:

酶分子中可以作为广义酸、碱的基团

His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。

（ 5）微环境效应

某些酶的活性中心相对的说是非极性的，因此，酶的催化基团被低介电环境所包围，在某些情况下，还可能排除高极性的水分子，这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力，从而有助于加速酶的反应。

不同的酶，起主要影响的因素可能不同，可以受一种或几种因素的影响。

5.2.3 酶原的激活（ zymogen activation ） 使酶原转变为有活性酶的过程称为酶原激活。 如：胰蛋白酶的激活

缬 天 天 天天 赖 异异 缬 甘 组SS

SS丝丝

SSSS

肠激酶

缬 天 天 天天 赖异异甘 组 S

S丝丝缬

SS

胰蛋白酶原

胰蛋白酶

活性中心活性中心

酶原的生理意义

（ 1）保护细胞本身不受酶的水解破环；

（ 2）保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用

（ 3）酶原还可以视为酶的贮存形式

5.3 酶促反应的动力学 5.3.1 底物浓度对酶反应速度的影响

1.米氏方程 1913 年， Michaelis 和 Menten 根据酶 - 底

物中间产物学说，提出酶促反应的基本原理，推导出米氏方程。

v =vmax [S]Km + [S]

E + S ES P + Ek1

k4

k3

k2

k1([E] - [ES]) [S]d[ES]

dt =ES的形成速度：

k2 [ES] + k3[ES]d[ES]

dt =ES的分解速度：

k2 [ES] + k3[ES]=k1([E] - [ES]) [S]

[ES]=

([E] - [ES]) [S]k1

k2 + k3

k1

k2 + k3令 Km =[ES]

= Km (米氏常数）([E] - [ES]) [S]

[ES] =[E][S]

Km + [S]

v = vmax 时，[E] = [ES]

vmax = k3 [ES] = k3 [E]

[E][S]Km + [S]

酶的反应速度与[ES]成正比，因此 v = k3 [ES]

即： v = k3

[E][S]Km + [S]v

vmax =

k3

k3 [E]

v =vmax [S]Km + [S]

v =vmax [S]Km + [S]

(v - vmax)([S] + Km) = - vmaxKm

£¾£¾[S] Km , v =vmax[S]

[S] = vmax 零级反应

一级反应

£¾£¾

[S] Km , v =vmaxKm

[S]

vmax [S]Km + [S]

vmaxv = 12

vmax时， 2 =

Km = [S] 米氏常数

2. 米氏常数（ Km ）的意义和应用 米氏常数（ Km ）：酶促反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。（ mol/l ）

重要意义： Km值是酶的特征常数

不同的酶， Km值不同 , 一般在 1×10-8～ 10-1 mol/l

vmax [S]Km + [S]

vmaxv = 12

vmax时， 2 =

最适底物 :同一种酶，如果有几种底物，就有几个 Km值，其中， Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。

判断酶和底物的亲和力的大小 Km值越大，酶和底物的亲和力越小。

应用：通过Km 来确定酶反应要达到某种速度应使用的底物浓度。

当过氧化氢酶的 Km值为 0.025摩尔 /升，底物过氧化氢浓度为 100 毫摩尔 /升时，求在此浓度下过氧化氢酶被底物饱和的百分数。

3. 米氏常数的求法

双倒数作图法（ Lineweaver-Burk 法）

4.4. 两种不同模式的双底物反应两种不同模式的双底物反应

序列反应 (sequential)

乒乓反应 (ping-pong)

有序反应

随机反应

5.3.2 酶浓度的影响

当 [S]>>[E]时，[E]与 v呈正比关系。

5.3.3 pH对酶反应速度的影响 最适 pH。 pH 影响酶或底物的解离；影响底物的极性基团。

胃蛋白酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶过氧化氢酶过氧化氢酶精氨酸酶精氨酸酶延胡索酸酶延胡索酸酶RNARNA 酶酶

胃蛋白酶

木瓜蛋白酶

胰蛋白酶

胆碱酯酶

5.3.4 温度对酶反应速度的影响

最适温度

影响酶的稳定性、酶或底物反应基团的解离、 ES的形成和分解

5.3.5 激活剂的影响 能提高酶的活性，加速酶促反应进行的物质为激活

剂（ activator ）。 1. 无机离子

金属离子： K+ 、 Na+ 、Mg2+ 、 Zn2+ 、 Fe2+ 、 Ca2+ 等。

阴离子： Cl- 、 Br- 、 I- 等

2. 中等大小的有机分子 如：还原型谷胱甘肽； EDTA 等。

3. 生物大分子激活剂（酶原激活）

5.3.6 抑制剂对酶反应的影响

失活作用 抑制作用 酶抑制剂（ inhibitor ）

抑制作用的类型 不可逆抑制作用 可逆抑制作用

常见的不可逆抑制剂 重金属离子、有机汞、有机砷化合物

ESH

SHHg2++ E

S

SHg + 2 H+

有机磷化合物 + E OHRO

PO

X

R'O

ROP

O

O

R'O

E+ HX

ÓлúÁ×»¯ºÏ Îï Á×õ£»¯Ã¸ Ëá

E OH

ORP

O OR'

N

CH3

CHNOH+

N

CH3

CHNO+

½âÁ׶¨

ôÇ»ùø

氰化物

神经毒剂

与含铁卟啉的酶（如细胞色素氧化酶）中的 Fe2+ 结合，使酶失活而抑制细胞呼吸。

可逆抑制作用可逆抑制剂

竞争性抑制剂非竞争性抑制剂

反竞争性抑制剂

1竞争性抑制

竟争性抑制

例： 磺胺类药物对二氢叶酸合成酶的竞争性抑制

Glu +

H2N COOH

+¶þÇâµûßÊ

FH2ºÏ ³ÉøFH2 FH4

H2N SO2NHR

»Ç°· Ò©

°±¼×µûßÊ

PABA

FH2»¹ Ô Ã¸

E + S ES E + P

EI

I+

k1

k2

k3

ki1

ki2Ki =ki1ki2

[E] = [Ef] + [ES] + [EI]

[Ef] + [ES] + [EI]

vmax = k3[E] v = k3[ES]

vmaxv

[E][ES]

=

即： vmaxv = [ES]

Km =[Ef] [S]

[ES][Ef] =

Km[S] [ES]

Ki =[Ef] [I]

[EI][EI] = [Ef] [I]

Ki

vmaxv =

Km[S] [ES] + [ES] + Km

Ki[I][S][ES]

[ES]

1v

Kmvmax

( 1 +[I]Ki

) 1[S] +

1vmax

=

竞

争

性

抑

制

1v

Kmvmax

( 1 +[I]Ki

) 1[S] +

1vmax

=

（ 1 ）有 [I]， Km 增加，Km/Vmax 增加， Vmax不变。

（ 2 ） Km 随着 [I] 增加而增加。

（ 3 ）抑制程度与 [I]成正比，与 [S]成反比。

特点

2非竞争性抑制

非竟争性抑制

非

竞

争

性

抑

制

1v

Kmvmax

( 1 +[I]Ki

) 1[S] +

1vmax

= ( 1 +[I]Ki

)

（ 1 ）有 [I]， Km不变，Vmax 减少， Km/Vmax 增加。

（ 2 ） Vmax 随着 [I] 增加而减少。

（ 3 ）抑制程度与 [I]成正比，与 [S] 无关。

特点

3 反竞争性抑制

反

竞

争

性

抑

制

1v

Kmvmax

1[S] +

1vmax

= ( 1 +[I]Ki

)

（ 1 ）有 [I]， Km和 Vmax 减少， Km/Vmax不变。

（ 2） Km、 Vmax 随着 [I] 增加而减少。

（ 3）抑制程度与 [I]和 [S]成正比。

特点

1v

Kmvmax

( 1 +[I]Ki

) 1[S] +

1vmax

=

1v

Kmvmax

( 1 +[I]Ki

) 1[S] +

1vmax

= ( 1 +[I]Ki

)

1v

Kmvmax

1[S] +

1vmax

= ( 1 +[I]Ki

)

可逆抑制作用

Km ↑ ， Vm 不变

Km 不变， Vm↓

Km ↓ ， Vm ↓

可逆性抑制作用的比较

5.4 酶的分离纯化和活力测定 5.4.1 酶分离纯化的一般原则

1. 酶的来源：动物、植物、微生物 2. 酶的抽提：

细胞破碎： 抽提：低温下用水或低盐缓冲液将酶溶出；

3. 酶的分离纯化： 注意事项：

低温下进行： 0～ 4℃ 防止重金属使酶失活：加少量 EDTA螯合剂。 防巯基被氧化失活：加少量巯基乙醇。 避免强酸强碱和过度搅拌。

5.4.2 酶活力的测定 酶活力（ enzyme activity ）：酶活性，指酶催

化一定化学反应的能力。 [P]

0 X 时 间 T

V0VX

产物浓度

酶的活力测定：测定酶所催化的化学反应的速度。可用单位时间内，单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示。

测定酶促反应的初速度

酶活力单位 表示酶活力的大小。 国际单位（ IU）：在最适条件下，每分钟催化 1微摩尔底物的酶量为一个酶活力单位，即国际单位。

katal单位： 1972 年酶学委员会提出一种新的酶单位

katal(简称 kat) ，即在确定的最适反应条件下每秒钟催化一摩尔底物变化所需要的酶量为 1kat单位。

1kat = 60×106 IU 1nkat = 0.06IU 1IU = 16.67nkat

酶的比活力比活力 = 酶单位 /毫克酶蛋白比活是表示酶制剂纯度的一个指标：比活越高，表明酶越纯

催化中心活性酶的转换数：当酶被底物完全饱和时，每单位时间内 (每秒钟 ) 每分子酶所能转换的底物分子数。

确定反应条件： 20℃、 pH=7 ，底物浓度 6g/L （过量），加入 2mg固体脂肪酶

确定活力单位：如 1U= 1g/h 测算反应初速度：作产物甘油随时间增加的曲线，量出反应初速度值 ，换算为脂肪的消耗速度。如 8g/h

换算活力： 8U 计算比活： 4U/mg 酶蛋白

酶活力测定实例

脂肪 脂肪酶 甘油 + 脂肪酸

1ug纯酶（M＝ 92000）在最适条件下，催化反应速率为 0.5umol/min ，

试计算：

酶的比活力；转换数500U/mg

0.5÷60 ÷ （ 1 ÷92000 ）＝ 766.67/s

测定酶活力时应注意几点

（ 1 ）应测反应的初速度

（ 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 ）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。

（ 4 ）测定酶反应速度时，应使 [S]>>[E]。

产物浓度[P]

(t)

酶活力的测定方法

（ 1 ）终点法 使酶促反应进行到一定时间后终止其反应，如加入强酸、 强碱、蛋白沉淀剂等，然后测定底物或产物的变化。 这种方法几乎适用于所有酶活力的测定，设备简单易行，但工作量大，有一定的误差。（ 2 ）动力学法： 连续测定酶反应中底物、产物的变化量，可直接测定酶反应的初速率。广泛应用的有两种：

①分光光度法：利用底物或产物在紫外或可见光部分光吸收的不同建立的方法。 如：脱氢酶的辅酶 NADH和 NADPH在 340nm 有光吸收，而氧化型则无此光吸收。可用分光光度计连续测定 340nm光吸收的变化来计算酶反应的初速率。

乳酸 + NAD+ 丙酮酸 + NADH + H+ 乳酸脱氢酶

优点：简便、迅速、准确，可检测到 10-9mol/L 水平的变化。

②荧光法：利用底物或产物有荧光变化而建立的方法。

酶分子中的 Tyr 、 Trp 、 Phe残基及一些辅酶、辅基如NADH、 NADPH、 FMN 、 FAD都能发荧光，用荧光光度计选择适当的激发光波长和荧光波长并记录不同时间内荧光强度的变化，可用单位时间内荧光强度的变化表示酶活性的水平。

主要的优点：灵敏度很高，可以检测 10-12mol/L 的样品。但干扰多，须严格控制实验条件，排除荧光干扰物质。

（ 3 ）酶偶联法： 将一些没有光吸收或荧光变化的酶反应与一些能引起光吸收或荧光变化的酶反应偶联，通过第二个酶反应的产物的光吸收或荧光变化来测定第一个酶的活力。

2P 2

E

1P 1

E S

P1无光吸收或荧光变化，偶联后 , P2 有光吸收或荧光变化。

例：测己糖激酶的活性

葡萄糖 + ATP 葡萄糖 -6- 磷酸 + ADP 己糖激酶

葡糖 -6- 磷酸 + NADP 葡萄糖酸 -6- 磷酸 + NADPH + H+ G-6-P 脱氢酶

5.5 重要的酶类 5.5.1 调节酶（ rugulatory enzyme ）

调节酶：指对代谢调节有特殊作用的酶类。分子中有明显的活性部位和调节部位。

调节酶别构酶

共价调节酶

别构酶是多聚体，一般是由 2 个或 2 个以上的多肽链（亚基）组成。别构酶分子上有与底物结合的活性部位和与非底物的调节物结合的别构部位，二者可位于同一亚基上，也有的位于不同的亚基上。

别构酶在结构上的特点：

（ 1 ）有多个亚基

（ 2 ）有四级结构

（ 3 ）有活性中心和调节中心

1. 别构酶（ allosteric enzyme ） ——变构酶

别构酶活性中心— — 结合底物

别构中心— — 结合调节物

别构效应别构激活作用— — 别构激活剂

别构抑制作用— — 别构抑制剂

调节物与酶分子中的别构中心结合引起酶蛋白构象的变化，影响了活性中心对底物的结合与催化作用，从而调节酶的反应速度。此效应称为酶的别构效应。

同促效应

异促效应调节物不同

1- 非调节酶：米氏曲线2- 正协同： S 形3- 负协同：双曲线

别构酶的作用动力学

协同效应正协同效应

负协同效应

区分米氏酶和别构酶： 可用饱和比值 Rs([S]90%Vm/[S]10%Vm) 来定量地区分三种酶： Rs 等于 81 为米氏酶，小于 81 则有正协同效应，大于 81 为负协同效应。 国际上更常用的是 Hill 系数法，以 log(v/(Vm-v))对log[S]作图，曲线的斜率为Hill 系数，米氏酶等于 1 ，正协同酶大于 1 ，负协同小于 1 。

别构酶调节酶活性的机制

认为所有亚基必须是相同的构象，一个亚基构象有了改变，其余亚基的构象都必须作同样的改变。

酶的亚基与配基结合后，亚基的构象是逐个的变化。

有些酶在细胞内另一种酶的催化下，酶蛋白肽链上的一些基团与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，以调节代谢途径，这一过程称为酶的共价修饰（ covalent modification ）或化学修饰（ chemical modification ）。

酶的共价修饰包括磷酸化与脱磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化，以及氧化型巯基与还原型巯基互变等

2.共价调节酶（ covalent regulatory enzyme ）

酶的化学修饰的特点（ 1）被修饰的酶一般都存在相对无活性和有活性的两

种形式

（ 2）化学修饰属于酶促共价修饰，即被修饰的酶是在另一种酶的催化下进行化学修饰

（ 3）磷酸化与脱磷酸化是最常见的酶促化学修饰反应

（ 4）磷酸化化学修饰的信息源主要是激素—第二信使系统，通过级联式的酶 -酶之间的催化反应，对激素的信号有放大作用 .

糖原磷酸化酶（葡萄糖）n + Pi （葡萄糖）n-1 + 1-磷酸葡萄糖

酶

酶磷酸化酶a：活性较高磷酸化酶b：活性较低

磷酸化酶a + 4H2O

4ATP + 2磷酸化酶b

2磷酸化酶b + 4Pi磷酸化酶磷酸酶

磷酸化酶激酶 4ADP + 磷酸化酶a

5.5.2 同工酶（ isoenzyme ） 同工酶：能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的

分子结构组成却有所不同的一组酶。

如：乳酸脱氢酶（ LDH ）同工酶

CH3-CHOH-COOH + NAD+ LDHCH3-CO-COOH + NADH + H+

乳酸 丙酮酸

LDH血清同工酶谱

5.5.3 多酶系统（ multienzyme system ）

酶 1

酶 2酶 3

酶 4酶 5

松散排列 簇式排列

酶 7

酶 2

酶 3

酶 1

酶 4

酶 6

酶 5

在完整细胞内的某一个代谢过程中，由几个酶组成的反应链体系称为“多酶系统”。

酶的聚集方式

5.5.4 固定化酶（ immobilized enzyme ）

固定化酶：经物理或化学方法的处理，将酶结合到特定的支持物上，并仍能发挥催化作用的酶制剂。

固定化（吸附、共价结合、交联、包埋）载体（海藻酸钙、琼脂、卡拉胶、壳聚糖）

制备固定化酶的方法1 ，吸附法：使酶吸附到惰性固体的表面，或吸附到离子交换剂上。

2，偶联法：使酶通过共价键连接到适当的不溶于水的载体上。

3，交联法：使酶分子间依靠双功能基团试剂交联聚合成网状结构。

4，包埋法：使酶包埋在凝胶的格子中或包埋在半透膜微胶囊中。

固定化酶的优点：1 ，酶的稳定性增加

2 ，提高了酶的利用率：酶可反复使用

3，有利于产物提纯：固相酶可反复洗涤，除去杂质，且反应后极易与产物分离，简化了产物的纯化步骤

4，简化生产工艺：如可将固相酶装入柱中或管道中，使反应过程管道化、连续化、自动化，适合于大规模的现代化工业生产。

5.6 酶工程简介 ( 一 ) 化学酶工程1.天然酶的合理应用 酶类在医药、食品、科研、化工领域的应用及新酶制剂的开发。2. 化学修饰酶 酶功能基的化学修饰，如酰化反应修饰天冬酰胺酶（抗白血病）可提高其稳定性。修饰 α胰凝乳蛋白酶的表面氨基，增强其亲水性，可提高其热稳定性；交联反应，如 α半乳糖苷酶 A经交联修饰后稳定性增强；大分子修饰作用，如用葡萄糖修饰 α 淀粉酶，用聚乙二醇修饰天冬酰胺酶，用肝素、葡萄糖或聚乙二醇修饰尿激酶均可提高其热稳定性。3.固定化酶 吸附法；偶联法；交联法；包埋法；固定化细胞。4.人工模拟酶 以 β环糊精为基础制成的胰凝乳蛋白酶人工模拟酶催化效率与天然酶相似，稳定性较天然酶好。

( 二 ) 生物酶工程1. 用基因工程生产酶 已有 200多种酶的基因克隆成功，有一些可以高效表达，一些已投入生产。2. 用蛋白质工程改造酶 用蛋白质工程改造酶，可以改变酶的催化活性、底物专一性、调节功能、对辅酶的要求，可以提高酶的稳定性。3.设计新的酶基因，合成自然界不曾有的新酶 已有明显进展，有广阔的发展前景。

自然界发现的酶有数千种，但工业上常用的酶只有数十种，而目前大量生产的仅有十余种。

其中 80％的工业酶是水解酶，主要用于降解自然界中的高聚物，如淀粉、蛋白质、脂肪等物质。

故蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工业应用的主要酶制剂。

蛋白酶可用于去污剂、奶制品业、皮革业等；

淀粉酶用于烘焙、酿造、淀粉糖化和纺织业，

脂肪酶用于去污剂、食品和精细化工工业等。

5.7 酶的应用

酶不仅广泛用于食品的制造与加工，而且在改善食品的品质和风味方面大有用场。风味酶的发现和应用，在食品风味的再现、强化和改变方面有广阔应用前景。

例如：用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜，可使被处理的蔬菜呈现出洋葱的风味；

用奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使这些食品增强奶油的风味。

一些食品在加工或保藏过程中，可能会使原有的风味减弱或失去，若在这些食品中添加各自特有的风味酶，则可使它们恢复甚至强化原来的天然风味。

酶在医药上的应用

酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。现已有不少药物都是由酶法生产的。

例如：用青霉素酰化酶合成各种新型的 β—内酰胺抗生素，包括青霉素和头孢霉素； 用 β—酪氨酸酶生产多巴 (DOPA) ； 用蛋白酶生产各种氨基酸和蛋白质水解液； 用核糖核酸酶生产核苷酸类物质； 用核苷磷酸化酶生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷 (阿糖腺苷 ) ； 用多核苷酸磷酸化酶生产聚肌苷酸 •聚胞苷酸 (聚肌胞 ) ； 用蛋白酶和羧肽酶将猪胰岛素转化为人胰岛素。

5.8 酶催化反应的某些缺点

1, 酶催化反应只能得到一种构型（ L- 型或 D-型）的光学产物；2 ，酶常常存在着底物或产物抑制现象，造成反应转化率降低，生产能力低等问题；3 ，极端的 pH、较高的温度和高盐浓度的反应体系都可能使酶钝化，失去部分甚至大部分催化活性；

4 ，大多数酶需要辅助因子存在才能表现催化活性，从而限制了它们在许多有机合成反应中的应用；

5 ，酶通常在水溶液中实施其催化活性，对于大多数有机化学反应来说，使用的溶剂是非水溶性的有机溶剂。

提 要

酶是生物催化剂。 酶根据其分子组成，可分为

简单酶类 结合酶类

分子结构 酶的催化活性与其分子的特殊结构密切相关。

酶的活性部位是指酶分子中能同底物结合并起催化反应的空间部位，包括结合部位和催化部位。

酶的特性 酶催化作用机制： 酶作用专一性的学说

锁钥结合学说 诱导契合学说

决定酶作用高效率的机制： 邻近效应和轨道定向学说 底物构象改变学说（底物变形或张力学说） 酸碱催化 共价催化（亲核或亲电子催化） 酶活性中心是低介电区域

酶促反应动力学 影响酶反应速度的因素主要有 6 个方面：底

物浓度、酶浓度、 pH、温度、激活剂和抑制剂。 米氏方程：

酶的抑制剂包括：不可逆抑制剂和可逆抑制剂； 可逆抑制包括：竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制。

酶活力的测定 测定酶活力一般选用以下条件：在最适

pH、最适温度、底物极大过量的条件下，测定酶反应的初速度。

一个酶的活力单位：在特定条件下，每分钟转变 1微摩尔分子底物的酶量；

比活力定义为：每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数。

重 要 酶 类

调节酶 别构酶、共价调节酶

同工酶 多酶体系 固定化酶

练 习 题1.辅酶与辅基的区别只在于它们与蛋白质结合的牢固程度不同，并无严格的界限。

2.米氏常数是与反应系统的酶浓度无关的常数。3.同工酶就是一种酶同时具有几种功能。4.竞争性抑制剂不影响酶对底物的 Km 。5.某一酶反应的最适 pH和最适温度都是恒定的，

是酶的特征常数。6. 蛋白质磷酸化和去磷酸化是可逆反应，该可逆反

应是由同一种酶催化完成的。

7. 核酶是核糖核酸酶的简称。

8. 酶蛋白和蛋白酶虽然称呼不同，其基本功能是相同的。

9. 酶的抑制剂可以引起酶活力下降或消失，但并不引起酶变性。

10. 用增加底物浓度的办法可以部分或全部解除酶的非竞争性抑制。

11.竞争性抑制剂与酶的结合位点，同底物与酶的结合位点相同。

12. 反竞争性抑制剂不会改变酶的最大反应速度。

13.若同一种酶有 n种底物就有 个 Km值，其中， Km值最 的底物一般称为该酶的 。

14.按米氏方程，当速度等于 0.9Vmax 和 0.1Vmax时，它们相应的底物浓度的比值 [S]0.9/[S]0.1 应为 。

15.当 [S]=0.25Km时，反应初速度与 Vmax 的比值为 。

16.双倒数作图法，横轴截距为 ，纵轴截距为 。

17. 酶原激活的本质是 的形成和暴露的过程。

18.米氏常数（ ） A 、随酶浓度增大而增大 B、随酶浓度增大而减小 C 、随底物浓度增大而减小 D 、是酶反应的特征常数

19.非竞争性抑制剂使（ ） A 、 Vmax 不变， Km 变大； B、 Vmax 变小， Km 不变； C 、 Vmax 变小， Km 变小

20. 酶催化的反应与无催化剂的反应相比，在于酶能（ ） A 、提高反应所需要的活化能； B、降低反应所需要的活化能； C 、促使正向反应速度提高

21.米氏常数是一个用来度量（ ） A 、酶和底物亲和力大小常数； B、酶促反应速度大小的常数；

C 、酶被底物饱和程度的常数； D 、酶稳定性常数

22. 酶反应速度对底物浓度作图，当底物浓度达到一定程度时，得到的是零级反应，对此，最恰当的解释是（ ） A 、形变底物与酶产生不可逆结合； B、酶与未形变的底物形成复合物； C 、酶的活性部位被底物饱和； D 、过多的底物与酶发生不利于催化反应的结合

23. 在酶的双倒数作图中，改变斜率，不改变横轴截距的抑制剂属于（ ） A 、非竞争性抑制剂； B、竞争性抑制剂； C 、反竞争性抑制剂

24. 酶原激活是由于（ ） A 、氢键断裂，改变酶分子构象； B、酶蛋白与辅助因子结合； C 、酶蛋白进行化学修饰； D 、切割肽键，酶分子构象改变

25. 乳酸脱氢酶经透析后，其活性大大降低或消失，原因是（ ） A 、酶蛋白变性； B、失去辅酶； C 、缺少底物与酶结合所需要的能量； D 、以上都不对

26. 酶的诱导契合学说是指： A 、酶原被其他酶激活； B、酶的绝对专一性； C 、酶改变底物构象； D 、酶改变抑制剂构象； E 、底物改变酶构象

解释下列名词： 米氏常数； 竞争性抑制作用； 别构酶和共价调节酶； 酶的活性部位与必需基团 同工酶 固定化酶

酶和无机催化剂的区别主要在哪几个方面？试就这几方面讨论酶的特性。

什么是酶的活性中心？有何特点？

简述关于酶催化机制的学说。

固定化酶：经物理或化学方法的处理，将酶结合到特定的支持物上或将酶包埋起来成为一种不溶于水的状态，而制成的一种酶制剂形式。

同工酶：能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构、组成及理化性质却有所不同的一组酶。

共价调节酶：指由于其他酶对其结构进行了共价修饰，

使其能在非活性与活性形式之间相互转变的酶。

别构酶：是调节酶的一种类型。酶分子上有活性部位和别构部位，当特异的调节物非共价的与别构部位结合时，引起酶分子构象变化，导致酶的催化活性改变，这类酶称为别构酶。

失活作用：由于酶蛋白变性引起酶活力丧失的作用。抑制作用：凡使酶活力下降但不引起酶蛋白变性的作用。