第八章酶8.1概述8.1.1酶的化学本质酶是生物催化剂，是一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。

酶分子的组成与结构：据酶蛋白结构特征分类单体酶寡聚酶多酶复合体只有一条具有活性部位的多肽链，即仅由单一的三级结构蛋白质构成。

——通常为水解酶类。

由多个具有三级结构的亚基聚合而成，亚基聚合时有活性，解聚后失活。

由几种功能相关的酶靠非共价键嵌合而成的复合体。

金属离子小分子有机化合物酶蛋白-决定反应专一性辅助因子-决定反应性质仅由蛋白质组成，水解---氨基酸单纯蛋白酶：结合蛋白酶（全酶）据酶分子组成分类酶的辅助因子（决定酶促反应的类型）根据与酶蛋白结合牢固程度划分：辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析法除去辅助因子辅基：与酶蛋白结合紧密，用透析法不能除去从化学本质上划分：金属离子：稳定酶分子构象；参与传递电子；辅助因子在酶与底物间起连接作用；降低反应的静电斥力维生素B族衍生物8.1.2酶的专一性酶的催化效率：和一般化学催化剂相比，酶具有下列的共性和特点。

共性：①具有很高的催化效率，但酶本身在反应前后并无变化。

②不改变化学反应的平衡常数。

③降低反应的活化能。

特有的性质：①高效性：反应速度是普通催化剂的107～1013；②反应条件温和：pH5-8，20-40°C；③酶活力条件可控：生成与降解量的调节，催化效力的调节，改变底物浓度对酶进行调节等；④专一性（specificity），即酶只能催化一种化学反应或一类相似的化学反应，酶对底物有严格的选择。

根据专一程度的不同可分为以下4种类型。

键专一性：这种酶只要求底物分子上有合适的化学键就可以起催化作用，而对键两端的基团结构要求不严。

❑基团专一性：有些酶除了要求有合适的化学键外，而且对作用键两端的基团也具有不同专一性要求。

如胰蛋白酶仅对精氨酸或赖氨酸的羧基形成的肽键起作用。

❑绝对专一性：这类酶只能对一种底物起催化作用，如脲酶，它只能作用于底物—尿素。

大多数酶属于这一类。

❑立体化学专一性：很多酶只对某种特殊的旋光或立体异构物起催化作用，而对其对映体则完全没有作用。

如D-氨基酸氧化酶与dl-氨基酸作用时，只有一半的底物（D型）被分解，因此，可以此法来分离消旋化合物。

利用酶的专一性还能进行食品分析。

酶的专一性在食品加工上极为重要。

8.1.3酶的命名与分类三种原则来命名的：一是根据酶作用的性质，例如水解酶、氧化酶、转移酶等；二是根据作用的底物并兼顾作用的性质，例如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等；三是结合以上两种情况并根据酶的来源而命名，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

酶的系统命名法EC. X. X. X. Xα-淀粉酶（习惯命名）的系统命名为α- l,4 - 葡萄糖-4葡萄糖水解酶，其数字为EC 3.2.1.1。

EC代表国际酶学委员会，第一个数字代表酶的6大分类，以1，2，3，4，5，6来分别代表如下六大酶类：①氧化还原酶类：指催化底物进行氧化还原反应的酶类。

例如，乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。

②转移酶类：指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。

如转甲基酶、转氨酸、己糖激酶、磷酸化酶等。

③水解酶类：指催化底物发生水解反应的酶类。

例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。

④裂解酶类：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物的酶类。

例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。

⑤异构酶类：指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。

例如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。

⑥连接酶类：指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。

例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸-tRNA连接酶等。

8.1.4酶的催化理论过渡态理论或中间产物理论1913年生物化学家Michaelic和Menten提出了酶中间产物理论。

他们认为：酶降低活化能的原因是酶参加了反应而形成了酶-底物复合物（enzyme-substrate complex）。

这个中间产物不但容易生成（也就是这种中间产物的生成较原底物只要较少的活化能），而且容易分解出产物，释放出原来的酶，这样就把原来能阈较高的一步反应变成了能阈较低的两步反应。

这个理论的关键是认为酶参与了底物的反应，生成了不稳定的中间主产物，因而使反应沿着活化能较低的途径迅速进行。

锁和钥匙学说（lock-and-key model theory）1948年Emil Fischer提出锁和钥匙模型（lock-and-key model）。

该模型认为，底物的形状和酶的活性部位被认为是彼此相适合（图7-1a），像钥匙插入它的锁中，认为两种形状是刚性的（rigid）和固定的（fixed），当正确组合在一起时，正好互相补充。

诱导契合学说（induced-fit theory）1958年Daniel E. Koshland Jr. 提出了诱导契合模型（induced-fit model），底物的结合在酶的活性部位诱导出构象的变化（图7-1b）。

该模型的要点是：当底物与酶的活性部位结合量，酶蛋白的几何形状有相当大的改变；催化基团的精确定向对于底物转变成产物是必需的；底物诱导酶蛋白几何形状的改变使得催化基团能精确地定向结合到酶的活性部位上去。

8.1.5酶活力一、定义指酶催化一定化学反应的能力二、表示方法酶活力的大小可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的反应速率来表示，即酶催化的反应速率越快，酶的活力就越高。

三、单位1）国际单位 1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定：在特定条件下（温度可采用25℃或其他选用的温度，pH 值等条件均采用最适条件），每1min 催化1μmol 的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位。

（2）比活力 是酶纯度的一个指标，是指在特定的条件下，每mg 蛋白或RNA 所具有的酶活力单位数。

即：酶比活力＝酶活力（单位）／mg （蛋白或RNA ）（3）酶的转换数与催化周期 酶的转换数Kcat 是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，即是每摩尔酶每分钟催化底物转变为产物的摩尔数，是酶的一个指标。

一般酶的转换数在103 min-1。

转换数的倒数称为酶的催化周期。

催化周期是指酶进行一次催化所需的时间，单位为毫秒（ms ）或微秒（μs ）。

8.2酶催化反应动力学8.2.1影响酶催化反应速度的因素8.2.1.1底物浓度的影响①在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。

②当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应()()()()mol IU mol mol K cat μ酶微摩尔数酶活力单位分钟酶摩尔数底物转变摩尔数=⋅⨯=min速度达到最大值（Vmax ），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。

单分子酶促反应的米氏方程及Km−→−1k SE +−−←-1k ES −→−2k E P +[][]S K S V v m +=m ax 121k k k K m +=-米氏方程: 米氏常数:米氏常数的测定基本原则：将米氏方程变化成直线方程，再作图求出Km 。

例：双倒数作图法（Lineweaver-Burk 法）（1）概念：Km 值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。

（2）Km 值愈小，酶与底物亲和力愈大。

亲和力大表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。

（3）Km 是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物和反应条件(温度、pH 、有无抑制剂等)有关，与酶的浓度无关。

各种酶的 Km 值大致在 10-1～10-6 M 之间。

对大多数的酶促催化反应来说，在适宜的温度、pH值和底物浓度一定的条件下，反应速度至少在初始阶段与酶的浓度成正比，这个关系是测定未知试样中酶浓度的基础。

下图表明乳脂中脂肪酸的形成速度是乳脂酶浓度的函数。

如果令反应继续下去，则速度将下降8.2.1.3温度的影响温度对酶反应的影响是双重的：①随着温度的上升，反应速度也增加，直至最大速度为止。

②在高温时有一个温度范围，在该范围内反应速度随温度的增高而减小。

高温时酶反应速度减小，这是酶本身变性所致。

在一定条件下每一种酶在某一温度下才表现出最大的活力，这个温度称为该酶的最适温度（optimum temperature）。

最适温度是上述温度对酶反应的双重影响的结果。

一般来说，动物细胞的酶的最适温度通常在37~50℃，而植物细胞的酶的最适温度较高，在50~60℃以上。

1.最适pH ：表现出酶最大活力的pH值2.pH稳定性：在一定的pH范围内酶是稳定的3.pH对酶作用的影响机制：环境过酸、过碱使酶变性失活；影响酶活性基团的解离；影响底物的解离。

为什么在最适pH值下酶的催化作用最大，可能有以下3种原因：①氢离子与氢氧根离子浓度对基团的解离，而且它还能控制活性中心和酶构象中有关区域的变化。

②使底物与酶发生综合变化。

③影响酶分子结构的稳定性。

8.2.1.5水分活度的影响⏹一般而言，酶活力随Aw的升高而增大。

⏹食品原料中的水分含量必须低于1%～2%，才能抑制酶活力8.2.1.6激活剂对酶的影响⏹使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。

⏹其中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物。

⏹如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等；⏹激活剂对酶的作用具有一定的选择性，使用不当，会适得其反，激活剂之间有时存在拮抗现象。

⏹激活剂的浓度有一定的范围，超出此范围，会得到相反的效果。

8.2.2酶的抑制作用和抑制剂凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂（inhibitor）。

类型：不可逆抑制剂可逆抑制剂应用：研制杀虫剂、药物研究酶的作用机理，确定代谢途径非专一性不可逆抑制剂不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂竞争性抑制剂可逆抑制剂非竞争性抑制剂反竞争性抑制剂1、非专一性不可逆抑制剂抑制剂作用于酶分子中的一类或几类基团，这些基团中包含了必需基团，因而引起酶失活，如：重金属对疏基酶的抑制2、专一性不可逆抑制剂这类抑制剂选择性强，只能专一性地与酶活性中心的某些基团不可逆结合，引起酶的活性丧失，实例：有机磷杀虫剂3、竞争性抑制剂特点：Km增大，Vm不变；抑制作用的强弱取决于底物与抑制剂浓度的相对比例；底物浓度增加到足够大，抑制作用可解除，实例：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用和磺胺药物的药用机理。

4、非竞争性抑制剂特点：Km不变，Vmax变小。

实例：重金属离子（Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+）5、反竞争性抑制剂特点：Km变小，Vmax变小。

8.3固定化酶一、定义：所谓固定化酶，是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。