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第三章 酶 Chapter 3 Enzyme 酶的概念：酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定空间构象的生物大分子，又称为生物催化剂。 酶的化学本质：绝大多数酶是蛋白质,少数是核酸RNA，后者称为核酶。 本章主要讨论以蛋白质为本质的酶。 本章主要类容： 1 酶促反应的特点及酶的分类 2 酶的结构与功能的关系 3 酶作用的机制 4 酶促反应动力学 5 影响酶作用的因素 6 酶活力的测定 7 酶的多样性 1 酶促反应的特点及酶的分类 1.1 酶的催化特性（与普通催化剂不同处） 高效性（1，102～107，108～1020） 专一性 条件温和 可调控性 1.2 酶的命名 习惯命名法（例：谷丙转氨酶） 系统命名法（例：L-丙氨酸： ?-酮戊二酸 氨基转换酶） 1.3 酶的分类 氧化还原酶类（A·2H＋B＝A＋B·2H） 转移酶类（A·X＋B＝A＋B·X） 水解酶类（A-B＋H2O=A·H＋B·OH） 裂合酶类（A-B＝A＋B） 异构酶类（A＝B） 合成酶类（A＋B＋ATP＝A-B＋ADP＋Pi） 2 酶的结构与功能的关系 2.1 酶的分类及分子组成 2.2 酶的分子组成 与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶(coenzyme)。 与酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅基(prosthetic group)。 辅酶与辅基统称为辅因子 由酶蛋白与辅助因子组成的酶称为全酶。 酶蛋白决定反应的特异性。 辅助因子决定反应的种类与性质，反应中起到传递氢、传递电子、传递原子、或化学基团等作用(看表格)。 2.3 酶的活性中心 酶的必需基团(essential group)： 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。 酶的活性中心(active center) ： 酶的必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异地结合，并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心。 活性中心的必需基团： 　 结合基团(binding group) 催化基团(catalytic group) 常见基团：His残基的咪唑基、Ser残基的羟基、Cys残基的巯基及Glu残基的γ-羧基。 活性中心以外的必需基团：为维持酶活性中心应有的空间构象所必需。 3 酶作用的机制 3.1 酶为什么能催化化学反应 3.2酶如何降低化学反应的活化能——中间产物学说 酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物。 3.3 酶的高效性机制 底物与酶的邻近效应和定向效应 底物分子的形变和扭曲 共价催化 酸碱催化 3.4 酶的专一性机制 锁与钥匙学说 诱导契合理论 结构性质互补假说 “三点附着”假说 酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。 在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度，即底物转化量5%时的反应速度。 4.1 底物浓度对反应速度的影响 底物对酶促反应的饱和现象： 反应级数 4.2 米氏方程式的推导： 设： ① 反应速度为初始速度，故略去第二步中的逆过程： ② E与S迅速生成ES复合物，并达到平衡（稳态）； ③ Km是所有速度常数的复合函数： 4.3 Km和Vmax的意义： 1. 当?= Vmax／2时，Km=[S]。因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。 2. Km可以反映酶与底物亲和力的大小。Km越小，酶与底物的亲和力越大。 3. 可用于判断反应级数： 当[S]0.01Km时，反应为一级反应； 当[S]100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应； 当0.01Km[S]100Km时，为混合级反应。 4. Km是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一组同工酶）的Km值，来判断是否为不同的酶。 4.4 Km实际应用中的意义 1.鉴定酶：通过测定可以鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否属于同一种酶。 2.判断酶的最佳底物：如果一种酶可作用于多个底物，就有几个Km值，其中Km最小对应的底物就是酶的天然底物。如蔗糖酶既可催化蔗糖水解（Km=28mol/L），也可催化棉子糖水解（Km=350mol/L）,两者相比，蔗糖为该酶的天然底物。 3.计算一定速度下的底物浓度：如某一反应要求的反应速度达到最大反应速度的99%，则[S]=99 Km 4.了解酶的底物在体内具有的浓度水平：一般地，体内酶的天然底物的[S]体内≈Km，如果[S]体内《Km，那么VO《Vmax,细胞