生物化学酶
第一节 酶的概念及化学本质
一、酶的发现和提出
※ 1878年，德国生理学家库恩（Kuhne） 首次提出了酶（Enzyme）这个词，它来自希腊 文，意思就是“在酵母中”。
※ 1897年，德国化学家毕希纳 （Buchner） 兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，用其汁液成功实 现了糖的发酵，表明发酵与细胞的活动无关， 从而说明了发酵同酶的作用有关。
第二节 酶的催化特性及分子组成
一、酶的分子组成
据酶分子 组成分类
单纯蛋白质酶类
Байду номын сангаас
(单成分酶)
酶蛋白质
结合蛋白质酶类
(双成分酶)
辅助因子
↓
金属离子
辅酶 辅基
金属有机物 小分子有机物
（一）、单成分酶和双成分酶
1、单成分酶（单纯酶，simple enzyme）
是基本组成单位仅为氨基酸而不含其他成分 的一类酶，它的催化活性仅仅取决于其蛋白质结 构。大多数水解酶，如蛋白酶，脂肪酶、淀粉酶、 纤维素酶、核糖核酸酶等属于此。
二、酶的化学本质
※ 1926年美国生物化学家萨姆纳（J.B.Sumner） 等首次从刀豆的种子中分离、纯化得到了脲酶结 晶，证明其为蛋白质，并提出酶的化学本质就是 蛋白质的基本观点。
绝大多数酶是具有催化能力蛋白质的依据
1、和所有蛋白质一样，酶经酸、碱水解的产物是氨基酸。 2、凡是能够使蛋白质变性的因素也能使酶变性失活。 3、和蛋白质一样，酶同样存在等电点和两性解离的性质。 4、和蛋白质一样，酶也不能透过半透性膜。 5、具有和蛋白质相同的颜色反应。
酶作为生物催化剂的特性
◆ 高效催化性 ◆ 高度专一性 ◆ 反应条件温和 ◆ 活性可调控 ◆ 易失活
（一）、高效催化性
酶的催化比非催化反应速度提高108 –1020 倍，酶比无机催化剂效率要高107-1013倍。
2H2O2
Fe3+
2H2O +O2
酶
2H2O2
2H2O +O2
105molH2O2 ∕1mol过氧化氢酶·S 10-5molH2O2 ∕ 1mol铁离子·S
全酶 = 酶蛋白 + 辅因子
酶蛋白质
双成分酶
辅酶
辅助因子
↓
辅基
金属离子 小分子金属有机物 小分子有机化合物
辅酶：与酶蛋白结合较疏松（非共价键相连）， 可用透析或超滤方法除去。多为一些小分子有机物, 如维生素、核苷酸等。
辅基：与酶蛋白结合较紧密（共价键相连）， 不易用透析或超滤方法除去。多为一些小分子金属 有机物，如铁卟啉等。
牛胰核糖核酸酶（RNase）
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His119
Lys41 His12
C
2、双成分酶（结合酶，conjugated enzyme ） 这类酶分子中除了蛋白质部分（酶蛋白）
外还要有非蛋白质成分（辅因子），两者结合 成的复合物称作全酶。大多数的氧化还原酶属 于此类，如脱氢酶、脱羧酶等。
酶的作用部位特殊
• 细胞内酶：在细胞内产生，细胞内催化。例如 氧化磷酸化酶和三羧酸循环酶系等（线粒体）
• 细胞外酶：在细胞内产生，细胞外起作用。例 如消化道内的各种消化酶
二、酶的催化特性
酶具有一般催化剂的共同特征：
◆ 用量少而催化效率高；酶本身在反应前后也不 发生变化； ◆ 它能够改变化学反应的速度，而不改变反应的 平衡点； ◆ 通过降低反应的活化能而加快化学反应速度。
金属离子:一般不与酶蛋白直接结合，但为酶 催化活性所必需。常见酶含有的金属离子有K+、Na+、 Cu2+、Zn2+、Fe2+、和Mo2+等。
羧肽酶 （黄色 圆球是 Zn2+）
双成分酶 羧基肽酶以 二价锌离子 （Zn2+）为 辅助因子
辅助因子与酶蛋白的关系:
通常一种酶蛋白必须与某一种特定的辅 助因子结合形成复合物（全酶），才能表 现出催化活性。
全酶 = 酶蛋白 + 辅因子
而同一种辅助因子成分可以与多种不
同的酶蛋白相结合，分别构成能催化不同 底物的全酶。
例如： NAD+（辅酶Ⅰ）作为脱氢酶的 辅因子成分，在催化反应中起着转移氢的 作用，它可与不同的酶蛋白结合，分别构 成能催化相同类型化学反应，而作用底物 不同的酶。
NAD+ +
酶蛋白A 酶蛋白B 酶蛋白C
※ 多酶复合体：由若干个（２－６）功能相 关的酶彼此嵌合形成的复合体。每个单独的酶 都具有活性，当它们形成复合体时，可催化某
一特定的链式反应。如丙酮酸氧化脱羧酶复合 体，含三种酶和六个辅助因子；脂肪酸合成酶 复合体，含有六种酶及一个非酶蛋白质。它有
利于一系列反应的连续进行，以提高酶的催化 效率，同时便于机体对酶的调控。
（二）、高度专一性
又称为特异性，是指酶对底物及催化的反应
都具有严格的选择性，即一种酶只能作用于某一 种或某一类底物发生特定的化学反应，这种现象
称为酶的专一性。 如：蛋白酶催化蛋白质的水解；淀粉酶催化
淀粉的水解；核酸酶催化核酸的水解;酯酶只能水 解酯类 ；但它们都可以用酸碱进行水解。
结论：酶的化学本质就是蛋白质，酶是具有催化活 性的特殊蛋白质。
※ 1982年，美国科学家切赫（T.Cech） 和奥特曼(Altman)在对原生动物四膜虫的研 究中首次发现具有催化活性的天然RNA，后来 又发现具有催化活性的DNA。---- ribozyme （核酶)
核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白 质，还促进了有关生命起源、生物进化等问 题的进一步探讨。
◆ 酶蛋白 --主要决定酶的专一性 ◆ 辅助因子 --主要影响催化反应类型
据酶蛋白 结构特征
单体酶 寡聚酶 多酶复合体
3、单体酶、寡聚酶和多酶复合体 ※ 单体酶：一般由一条多肽链组成，分
子较量小，大多数水解酶属于此类。如溶菌 酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。
※ 寡聚酶：由两条或多条多肽链组成 （每条多肽链就是一个亚基），亚基之间以 非共价键牢固地结合，单独的亚基无酶的催 化活力。如己糖激酶、乳酸脱氢酶，均含四 个亚基， 谷氨酸脱氢酶含六个亚基。
三、酶的概念
酶是生活细胞产生的一类具有催化功能的蛋 白质，亦称为生物催化剂（Biocatalysts）绝大
多数的酶都是蛋白质。 。（狭义）
酶是生活细胞产生的一类具有催化功能的生
物大分子（包括蛋白质、核酸）。（广义）
酶所催化的生物化学反应，称为酶促反应 （Enzymatic reaction）。
在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底 物（substrate）。