第三章 酶第三章 酶

酶的分子结构及功能酶的分子结构及功能 酶促反应的特点及 酶的催化机理酶促反应的特点及 酶的催化机理 酶促反应动力学酶促反应动力学 酶的调节酶的调节 酶的命名与分类酶的命名与分类 酶与医学的关系酶与医学的关系

提问：什么是酶？ 酶是生物催化剂（酶是生物催化剂（ biocatalystbiocatalyst ）） 生物体内几乎一切生化反应几乎一切生化反应都需要酶的催化才能进行！ 性能远远超过人造催化剂。

第一节 酶的分子结构与功能 一、酶的分子组成 酶的物性——蛋白质的物理化学性质 AA. 按化学组成分 （简单蛋白、结合蛋白） 单纯酶（单纯酶（ simple enzymesimple enzyme ）） 结合酶（结合酶（ conjugated enzymeconjugated enzyme ））

B. 以蛋白质结构分类 单体酶（ monomeric enzyme ） 寡聚酶（ oligomeric enzyme ） 多酶体系（ multienzyme system ） 和多功能酶（ multifunctional enzyme ） 酶由一条肽链组成 酶为寡聚蛋白 几个独立的酶组合起来形成络合体，催化一个系列

反应

E 催化活力与辅助因子有关 很多酶都是结合蛋白

辅酶（维生素、 ATP ，结合松散） 辅助因子 辅基（金属离子，结合紧密）

结 合 酶（又称全酶） = 酶蛋白 + 辅助因子

为什么要与辅助因子结合呢？ 弥补氨基酸基团催化强度的不足

1. 改变并稳定活性中心或改变底物化学键稳定性（底物—酶的催化对象）

多肽链

金属离子（铁、镍、铜等）

什么氨基酸侧链？

＋＋

酸性、碱性－ SH

羧肽酶

Zn 离子

2. 协助活性中心基团快速转移（进出） 见第十八章 维生素 酶的催化功能由酶蛋白决定 F. 容易失活 蛋白质容易变性

NADPH— 脱氢酶的辅酶

过氧化氢酶

二、酶的 活性中心（ active center ） 存在于酶分子中的一个必需基团比较集中，能与底物特异结合并将底物转化为产物的区域，称为酶的活性中心 与酶的活性密切相关的基团称为酶的必需基团 （ essential group ） 催化基团（ catalyti

c group ） 必需基团 结合基团（ binding

group ）

第二节 酶促反应的特点与机制 提问：催化剂的共性是什么？ 答案：①机理：降低反应活化能，提高反应速度，不改变平衡点 ②只起催化作用，本身不消耗； 一、 酶促反应的特点 生物大分子 除极个别 RNA 为催化自身反应的酶外，其余所有的酶都是蛋白质。

（一） 高效性 反应速度是无酶催化的反应速度 108~1020或普通人造催化剂催化的 107~1013倍；； 且绝无副反应； （二）高度特异性 单一类物质（相对特异） 例如 羧肽酶（催化蛋白质 C端氨基酸水解脱落的酶） 单一物质（绝对特异）（如苹果酸脱氢酶等等） 单一物质单一立体构型（立体异构特异） 如 β- 葡萄糖氧化酶 ？

酶的催化双氧水裂解

（三）酶促反应的可调节性 常温、常压、中性 提问：如果没有活力调节会怎样？ 浪费（物、能）、产废 例 酶原的激活 （胰蛋白酶、凝血酶、胰岛素、脑肽） 原——原材料 调整的本质—？ 酶的活性中心的改变（有－无、优－差）

二、 酶的催化机理 中间产物机制、诱导契合机制 以前称为学说，现已证明确实存在，故而成为机制 2.1 中间产物机制

形成中形成中间产物间产物

（要求 S 的自由能低）

无酶参与 S→P （要求 S 的自由能高） 有酶参与下有酶参与下 E + S →ES ES →E + P

ES ES 中间产物中间产物中间产物的催化机理中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述

一定时间内到同一地点马拉松

坐车

2.2 诱导契合机制

A. 靠近定向

酶与底物靠酶与底物靠近近 定定向向 酶与底物相互诱导变酶与底物相互诱导变形形 契合形成中间产物契合形成中间产物 产物脱产物脱离离

靠近靠近电性吸引、疏水作用

定定向向

底物底物 酶酶

B. 诱导契合

诱导诱导互补性结构变化

契合契合

活性中心催化基团进行催化

能否契合—专一性的由来

C. 产物脱离

酶复原－催化剂

普通化学反应—随机碰撞（受浓度、碰撞角度影响） 相当于——社会上的自由恋爱 酶的活性中心—相当于“婚姻介绍所” 邻近效应提高了酶的活性（“婚介”）中心底物的浓度

（—非婚男女集中） 定向排列缩短了底物与催化基团间（“男女”）的距离 提高反应速度（成功率） 108倍

2.3 与酶高效性有关的因素 A. 邻近效应与定向排列

B. 诱导“电子云形变”:E

A : B

:

A- : B+

:

这样的共价键易于被酶活性中心酸碱催化或共价催化

电子云形变

C ＋ =O －

靠近

羧肽酶催化中的电子云形变 定向极性专一性契合区

H2+N ＝C精氨酸

C 端确认区注意＋

C. 酸碱催化、共价催化 酶活性中心提供 HH++或提供 HH++ 受体受体使敏感键断裂的机制称酸碱催化。酸催化 ( － OH 、－ NH3

+ 、＝ NH+ 、 -COOH 、－SH)

A- : H+

EH E-HH22OO

EH + OH-

+ H+ AH + B+

碱催化 ( 失电子态 )

A- : B+

+ E-COO- A- + E-COOH

E-COO- + H+

碱催化

＋

酸催化

A- : B+

酶活性中心亲电基团或亲核基团亲电基团或亲核基团参与底物敏感键断裂的机制称共价催化；

亲电基团—— Mg2+、 Mn2+ （有空轨道） 亲核基团——

¨+ -OH

( 有孤对电子 )

亲电催化2A- : B+ + Mg2+ A: Mg¨

A + 2B+

亲核催化

-̈OH -̈SH

A- + HO :B 中间产物不稳定，断裂，相互结合形成产物，酶复原。中间产物不稳定，断裂，相互结合形成产物，酶复原。（不同酶促反应中的催化因素影响大小不（不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。）同。）

－ OH 的亲核催化 ( 胰蛋白酶 )