• 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、大量的氧化还原酶、转氨酶等需要等计量反 应物的辅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
S
能 量 水 平
E+S
E1
ES
E2
所需的自
G
由能，单
位J/mol。
P+ E
反应过程
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本 课 件 由 西 华 大 学 生 物 工 程 学 院 车 振 明 制 作
• 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底 物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键 和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间 物。
• 其结果使底物的价键状态发生形变或极 化，起到激活底物分子和降低过渡态活 化能作用。
2.酶活力的表示方法
活力单位：规定条件（最适条件）下
，一定时间内催化完成一定化学反应量所
需的酶量。
国际单位（U）:指在最适条件下，1分
钟内催化1微摩尔(umol)底物的酶量，或是
转化1微摩尔(umol)底物中的有关基团的酶
量。
1Kat = 6×107 U
Katal：指在最适条件下，每秒钟催化
1mol底物转化所需的酶量。简称Kat。
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3、影响酶催化的有关因素
(1)底物与酶的靠近及定向 (2) “张力”和“形变” (3) 酸碱催化 (4) 共价催化 (5) 金属离子催化作用
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3、影响酶催化的有关因素
(1)底物与酶的靠近及定向
• 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活 性中心，一方面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；
3.活性中心
Ser195, His57, Asp102，构成一个氢键
体系, His57成为桥梁。
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（二）作用机理 1.通过电荷转移，使Ser有更强的亲核力； 2. 放出产物P1,N末端； 3. 形成产物P2， C 末端；
底物 结合底物
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形 成 共 物价
复 21合
ES
His57 质子供体
2）亲电催化
亲电基团：Zn2+ 、Fe3+ 、Mg2+ 等
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(5) 金属离子催化作用
提高水的亲核性能
• 金属离子可以和水分子的OH-结合，使 水显示出更大的亲核催化性能。
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电荷屏蔽作用
❖ 电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。 • 多种激酶(如磷酸转移酶)的底物是Mg2+-ATP复合
• 酶促反应：E + S === ES EP
E + P
• 反应方向, 即化学平衡方向,主要取决于反应自
由能变化H。
• 而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能
Ea。
• 催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到
提高反应速度的作用
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活化能：
在一定温 度下， 1mol底物 全部进入 活化状态
入过渡态。
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(3) 酸碱催化：
一般都是广义的酸－碱催化方式。
广义酸－碱催化是指通过质子酸提
供部分质子,或是通过质子碱接受部分
质子的作用，达到降低反应活化能的
过程。
+
-COOH3,,
-N -SHH,
-CO - O..2 ,, ---S N,H
+
OHHN NH
O- :N NH
• 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。
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临近效应
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定向效应
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(2) “张力”和“形变”
底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变 化的酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力” 甚至“形变” ，从而促使酶－底物中间产物进
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注意： 以上的酶单位定义中，如果底物（S） 有一个以上可被作用的化学键，则一 个酶单位表示1分钟使1μmol有关基 团转化的酶量。如果是两个相同的分 子参加反应，则每分钟催化2μmol底 物转化的酶量称为一个酶单位。 在“U”和“kat”酶活力单位的定 义和应用中，酶催化底物的分子量必 须是已知的，否则将无法计算。
物。
O
O
O
-O
POPO
-
-
O 2+ O
PO O-
CH2
O
A
Mg
H HH
H OH OH
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1.1.6.酶催化机理的实例
(一)E的特点
胰凝乳蛋白酶: (EC3.4.4.5)
1.241个AA残基组成，分子量25000
2.专一性
AA－AA－AA－AA1 AA2－AA－AA－AA
N端
芳香族AA
C端
广义氢的供体
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广义氢的受体
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组氨酸的咪唑基：
（1） pI值约为6.7-7.1，在接近中性的 条件下，一半以广义酸的形式存在，另 一半以广义碱的形式存在，因而它既能 作为质子供体，又能作为质子受体，有 效地进行酸碱催化。
（2）咪唑基供出和接受质子的速度很
快，其半衰期短，小于0.1毫微秒。所
以许多酶活性中心都有组氨酸残基。
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酶分子中可作为酸碱催化的功能基团
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(4) 共价催化
某些酶在催化过程中，能通过共价 键与底物结合成不稳定的酶-底物复 合物，这个中间产物很容易变成过渡 中间物，反应的活化能大大降低。
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1）亲核催化
指酶分子中具有非共用电子对的 亲核基团攻击底物分子中具有部分正 电性的原子，并与之作用形成共价键 而产生不稳定的过渡态复合物，活化 能降低。
的有机溶剂。
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1.3.酶活力的概念及其测定
（一）酶活力的概念及表示方法
1.概念： 检测酶含量及存在，很难直接用
酶的“量”（质量、体积、浓度）来 表示，而常用酶催化某一特定反应的 能力来表示酶量，即用酶的活力表示 。
酶催化一定化学反应的能力称酶活 力，酶活力通常以最医学适PPT 条件下酶所催25
酶学基础（三）
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1.1.5 酶促反应的机制 1. 酶－底物复合物的形成
(1)中间产物学说：
E+S k1
ES k2
E+P
k-1
(2) 酶与底物结合特点：
1）可逆的、非共价的结合；
2）底物只与酶的活性中心结合；
3）酶与底物结合是通过一种
C-N键断裂
氨基产 物释放
R-NH2
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水 亲 核 攻 击
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羧基产 物释放
四面体中间 物的瓦解
H2O
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胰凝乳蛋白 酶催化反应 的详细机制
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后续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；