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1、3酶与维生素酶与维生素3.1酶的概述酶的概述3.2酶催化作用的特性酶催化作用的特性3.3酶的组成酶的组成3.4单体酶、寡聚酶、多酶复合体单体酶、寡聚酶、多酶复合体3.5酶分子的活性中心及其催化作用机制酶分子的活性中心及其催化作用机制3.6酶促反应动力学酶促反应动力学3.7同工酶同工酶3.8酶活性的调控酶活性的调控3.9酶活力测定酶活力测定3.10酶的分离、纯化酶的分离、纯化3.11酶制剂与酶工程技术在食品工业中的应用酶制剂与酶工程技术在食品工业中的应用3.12辅酶与维生素辅酶与维生素3.1酶的概述酶的概述学习要求：学习要求：掌握酶的概念掌握酶的概念掌握酶的分类（按酶促反应分为六大类）掌握酶的分
2、类（按酶促反应分为六大类）了解酶的命名方法。了解酶的命名方法。酶（酶（enzyme）是活细胞内产生的在细胞内外）是活细胞内产生的在细胞内外均具有催化功能和活性的生物分子，又称为均具有催化功能和活性的生物分子，又称为生物催化剂。生物催化剂。除少数具有催化功能的除少数具有催化功能的RNA和和DNA外，外，绝大绝大多数酶都是蛋白质多数酶都是蛋白质。蛋白质成分的酶是酶的。蛋白质成分的酶是酶的主体。主体。几乎所有的生物化学反应都是在酶的催化下几乎所有的生物化学反应都是在酶的催化下进行的，可以说进行的，可以说没有酶就没有生命没有酶就没有生命。3.1.1酶酶具有催化功能的具有催化功能的RNA称为称为核酶核酶
3、；具有催化功；具有催化功能的能的DNA称为称为脱氧核酶脱氧核酶。酶催化的生物化学反应，称为酶催化的生物化学反应，称为酶促反应酶促反应Enzymaticreaction。被酶的催化而发生化学变化的物质，称为被酶的催化而发生化学变化的物质，称为底底物物substrate。与非酶催化剂相比的几点共性：与非酶催化剂相比的几点共性：A.催化效率高，用量少（在细胞中含量低）催化效率高，用量少（在细胞中含量低）B.不改变化学反应平衡点不改变化学反应平衡点C.降低反应活化能降低反应活化能D.反应前后自身结构不变反应前后自身结构不变催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过一条催化剂改变了化学反应的途径，使反应通过
4、一条活化能比原途径低的途径进行。催化剂的效应只反活化能比原途径低的途径进行。催化剂的效应只反映在动力学上，不影响反应的热力学。映在动力学上，不影响反应的热力学。国际酶学委员会规定，按照酶促反应的性质，国际酶学委员会规定，按照酶促反应的性质，把酶分为六大类：把酶分为六大类：氧化还原酶类氧化还原酶类转移酶类转移酶类水解酶类水解酶类裂解酶类裂解酶类异构酶类异构酶类合成酶类合成酶类3.1.2酶的分类酶的分类六大酶类的总结记忆：六大酶类的总结记忆：O2+H2H2O氧转水，裂亦合。氧转水，裂亦合。氧化氧化-还原酶催化氧化还原酶催化氧化-还原反应。还原反应。主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(dehydrogen
5、ase)(dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。（1）氧化氧化-还原酶类还原酶类Oxido-reductases转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。（2）转移）转移(移换移换)酶类酶类Transferases水解酶催化底物的水解反应。水解酶催化底物的水解反应。
6、主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶例如，脂肪酶(Lipase)(Lipase)催化的酯的水解反应：催化的酯的水解反应：（3）水解酶类）水解酶类hydrolases裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子而裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子而形成双键的反应及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶（脱水酶）及脱氨酶等。例如，例如，苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化苹果酸裂合酶即延胡索酸水合酶催化的反应。的反应。（4）裂合（裂解）酶类）裂合（裂解）酶类Lyase异构酶催化各种
7、同分异构体的相互转化，异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。异构酶催化的反应。（5）异构酶类）异构酶类Isomerases合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-NC-N 以及以及C-SC-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解反应相互偶联。分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=AB+ADP+Pi 例如，例如，丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶催化的反应。催化的反应。丙酮酸丙酮酸+CO
8、2+H2O 草酰乙酸草酰乙酸（6）合成酶类）合成酶类LigasesorSynthetasesATP酶的命名方法主要分为酶的命名方法主要分为习惯命名法习惯命名法和和系统命名法系统命名法。习惯命名法习惯命名法一般按照底物加反应类别来命名：蛋白水解酶、乳酸脱氢一般按照底物加反应类别来命名：蛋白水解酶、乳酸脱氢酶等；酶等；有些有些直接以底物来命名直接以底物来命名：蔗糖酶、胆碱酯酶、蛋白酶；：蔗糖酶、胆碱酯酶、蛋白酶；有些在底物名称前冠以酶的来源：唾液淀粉酶、血清谷有些在底物名称前冠以酶的来源：唾液淀粉酶、血清谷-丙丙转氨酶。转氨酶。系统命名法系统命名法为避免一种酶有几种名称或不同酶用同一名称而提出。为
9、避免一种酶有几种名称或不同酶用同一名称而提出。根据酶的分类进行系统编号，包括酶的系统名和根据酶的分类进行系统编号，包括酶的系统名和4 4个阿拉伯个阿拉伯数字表示分类编号。酶的数字表示分类编号。酶的ECEC编号由编号由4 4个数字组成，中间用个数字组成，中间用“”“”隔开，每一个数字表示不同的含意。隔开，每一个数字表示不同的含意。3.1.3酶的命名酶的命名乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶EC1.1.1.1乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶EC1.1.1.27苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第一个数字表示反应类型：氧化还原第一个数字表示反应类型：氧化还原第二个数字表示反应基团：醇基第二个数字表示反应基团：醇基第三个数字表示电子受体
10、：第三个数字表示电子受体：NAD+或或NADP+第四个数字表示酶的底物：乙醇、乳酸、苹果酸第四个数字表示酶的底物：乙醇、乳酸、苹果酸3.2酶催化作用的特性酶催化作用的特性学习要求：学习要求：理解并掌握理解并掌握酶促反应酶促反应的的专一性、高效性、可专一性、高效性、可调节性调节性以及以及酶活性的不稳定性酶活性的不稳定性。3.2.1酶具有高度专一性酶具有高度专一性酶的催化专一性表现在对催化反应和底物有严格的选酶的催化专一性表现在对催化反应和底物有严格的选择性。择性。结构专一性和立体异构专一性结构专一性和立体异构专一性结构专一性包括绝对专一性、相对专一性结构专一性包括绝对专一性、相对专一性只能催化一
11、种底物进行一定的反应，称为绝对专一性只能催化一种底物进行一定的反应，称为绝对专一性可催化一类化合物或化学键，称为相对专一性。可催化一类化合物或化学键，称为相对专一性。立体异构（立体异构（旋光异构旋光异构）专一性：酶对底物立体构型的）专一性：酶对底物立体构型的特异识别。特异识别。3.2.2酶具有极高的催化效率酶具有极高的催化效率酶是高效生物催化剂，比一般催化剂的效率高酶是高效生物催化剂，比一般催化剂的效率高1071013。酶是通过酶是通过降低反应的活化能降低反应的活化能来加速化学反应的。来加速化学反应的。例如：过氧化氢分解例如：过氧化氢分解2H2O22H2O+O2用用Fe3+催化，效率为催化，效
12、率为610-4mol/mol.S，用过氧化氢酶催化，效率为用过氧化氢酶催化，效率为6106mol/mol.S。转换数（转换数（turnovernumber）的概念：每秒钟每个酶分的概念：每秒钟每个酶分子能转换底物的分子数，用子能转换底物的分子数，用kcat表示。表示。如果没有酶的作用，呼吸一次的效果下降如果没有酶的作用，呼吸一次的效果下降107倍，呼倍，呼吸一次的效果靠扩散需要吸一次的效果靠扩散需要1年多；而消化一餐简单的年多；而消化一餐简单的午餐需要午餐需要50年。年。3.2.3酶活性的可调节性酶活性的可调节性调节酶的活力：别构调节、酶的共价修饰。调节酶的活力：别构调节、酶的共价修饰。酶浓度
13、调节：酶的合成、降解等。酶浓度调节：酶的合成、降解等。调控机制保证了酶在体内新陈代谢过程中发挥有序的调控机制保证了酶在体内新陈代谢过程中发挥有序的催化作用，使生命活动中的各种化学反应有条不紊，催化作用，使生命活动中的各种化学反应有条不紊，协调一致。协调一致。3.2.4酶活性的不稳定性酶活性的不稳定性对大多数酶是蛋白质，酶促反应时在比较温和的对大多数酶是蛋白质，酶促反应时在比较温和的条件下进行的。条件下进行的。蛋白质易变性，这就可能使酶的催化活性丧失。蛋白质易变性，这就可能使酶的催化活性丧失。3.3酶的组成酶的组成学习要求：学习要求：掌握酶的化学本质掌握酶的化学本质主要是蛋白质，也主要是蛋白质，
14、也有有DNA和和RNA。掌握概念：简单酶类、全酶、辅酶、辅基。掌握概念：简单酶类、全酶、辅酶、辅基。理解酶的辅助因子对酶活性的影响。理解酶的辅助因子对酶活性的影响。按酶的化学组成分类按酶的化学组成分类简单蛋白酶简单蛋白酶仅由蛋白质组成。仅由蛋白质组成。结合蛋白酶结合蛋白酶除了蛋白质，结构中还有非蛋白质成除了蛋白质，结构中还有非蛋白质成分。分。全酶全酶=酶蛋白酶蛋白+辅助因子辅助因子 辅助因子包括辅酶、辅基。辅助因子包括辅酶、辅基。辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅酶：与酶蛋白结合较松，可透析除去。辅基：与酶蛋白结合较紧（如：以共价键结合）。辅基：与酶蛋白结合较紧（如：以共价键结合）。多数酶
15、需要有辅助因子参与才能发挥其催化功能。多数酶需要有辅助因子参与才能发挥其催化功能。体体内内酶酶的的种种类类很很多多，辅辅因因子子种种类类不不多多。因因此此一一种种辅辅因因子子往往往往与多种酶蛋白结合组成催化功能不同的全酶。与多种酶蛋白结合组成催化功能不同的全酶。3.4单体酶、寡聚酶、多酶复合体单体酶、寡聚酶、多酶复合体学习要求：学习要求：掌握单体酶、寡聚酶、多酶复合体的概念。掌握单体酶、寡聚酶、多酶复合体的概念。理解多酶复合体在代谢中的高效性及调控理解多酶复合体在代谢中的高效性及调控的便利性的便利性根据酶的分子结构特点分类根据酶的分子结构特点分类单体酶：由一条或多条共价相连的肽链组成单体酶：由
16、一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。的酶分子。寡聚酶寡聚酶：由由2 2个或个或2 2个以上亚基组成，亚基间个以上亚基组成，亚基间可以相同也可不同。亚基间以次级键缔合。可以相同也可不同。亚基间以次级键缔合。如：苹果脱胱氢酶（鼠肝），如：苹果脱胱氢酶（鼠肝），2 2个相同的亚基个相同的亚基 琥珀酸脱氢酶（牛心），琥珀酸脱氢酶（牛心），22个亚基个亚基n多酶复合体多酶复合体-multienzymecomplex：由几种由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成。其中每一个酶酶靠非共价键彼此嵌合而成。其中每一个酶催化一个反应，所有反应依次进行，构成一催化一个反应，所有反应依次进行，构成一个代谢途径或代谢途径的一
17、部分。个代谢途径或代谢途径的一部分。n有利于提高催化效率，同时利于对酶的调控有利于提高催化效率，同时利于对酶的调控。大肠杆菌大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体由三种酶组成：由三种酶组成：丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E1）二氢硫辛酸转乙酰基酶（二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E3）总分子量：总分子量：560万万3.5酶分子的活性中心及其催化作用机制酶分子的活性中心及其催化作用机制3.5.1酶分子的活性中心酶分子的活性中心活性中心：活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基酸残基，包括酸残基，包括底物结合部位、催
18、化部位。底物结合部位、催化部位。底物结合部位与底物结合，底物结合部位与底物结合，决定酶的专一性决定酶的专一性；催化部位；催化部位催化底物发生化学变化，催化底物发生化学变化，决定酶的催化能力决定酶的催化能力。频率最高的活性中心的氨基酸残基频率最高的活性中心的氨基酸残基：天冬氨酸（天冬氨酸（AspAsp）、）、谷氨酸（谷氨酸（GluGlu）、）、丝氨酸（丝氨酸（SerSer）、组氨酸（、组氨酸（HisHis）、半胱）、半胱氨酸（氨酸（CysCys）、赖氨酸（）、赖氨酸（LysLys）、苏氨酸（）、苏氨酸（TyrTyr）。）。活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团：活性中心以外的功能基团在：活
19、性中心以外的功能基团在形成并维持酶的空间构象上也是必需的。形成并维持酶的空间构象上也是必需的。3.5.2酶的催化作用机制酶的催化作用机制锁与钥匙学说（锁与钥匙学说（18941894年年Emil FischerEmil Fischer）lock and keylock and key或模板学说（或模板学说（temolatetemolate）：认为整）：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样，形状正好互补。对一把锁一样，形状正好互补。可以解释酶的立体异
20、构专一性、酶与底物的结合可以解释酶的立体异构专一性、酶与底物的结合和催化。和催化。无法解释酶的多底物现象、酶对无法解释酶的多底物现象、酶对正反可逆反应正反可逆反应的的催化。催化。中间产物学说中间产物学说酶酶（E）与与底底物物（S）先先络络合合成成一一个个中中间间复复合合物物（ES），然然后后ES进进一一步步分分解解成成产产物物（P）和和酶酶（E）。中中间间产产物物不不稳稳定定，较较难难获获得得，但但是是实实验验已已经经证证明明了了ES复合物的存在。复合物的存在。K4诱导契合学说诱导契合学说_induced fit_induced fit酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，酶表面并没有一种与底
21、物互补的固定形状，而只是酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质而只是酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质受底物分子诱导，构象发生有利于与底物结受底物分子诱导，构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。进行反应。3.6酶促反应动力学酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其酶促反应动力学是研究酶促反应速度及其各种影响因素的科学。包括酶浓度、底物各种影响因素的科学。包括酶浓度、底物浓度、浓度、pH、温度、激活剂和抑制剂。、温度、激活剂和抑制剂。研究某一因素对酶反应速度的影响时，要研究某一因素对酶反应速度的影响时，要使酶催化系统的其他因
22、素不变，并保持严使酶催化系统的其他因素不变，并保持严格的反应初速度条件。格的反应初速度条件。酶促反应速度一般用单位时间内底物的减酶促反应速度一般用单位时间内底物的减少量或产物的增加量表示。少量或产物的增加量表示。3.6.1酶浓度对酶促反应速度的影响酶浓度对酶促反应速度的影响当底物浓度当底物浓度远大于远大于酶的浓度时，酶促反应速度酶的浓度时，酶促反应速度与酶浓度呈正比。与酶浓度呈正比。v=kEv-反应速度反应速度k-反应速率常数反应速率常数E-酶浓度酶浓度把酶促反应分为两个阶段：把酶促反应分为两个阶段：酶底物结合阶段酶底物结合阶段、催化反应阶段催化反应阶段。3.6.2底物浓度对酶促反应速度的影响
23、底物浓度对酶促反应速度的影响在在低底物浓度低底物浓度时时,反应反应速度与底物浓度成正比，速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。表现为一级反应特征。当底物浓度达到一定值，当底物浓度达到一定值，反应速度达到最大值反应速度达到最大值（V Vmaxmax），此时再增加），此时再增加底物浓度，反应速度不底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反再增加，表现为零级反应。应。米氏方程米氏方程V-V-反应速度，反应速度，VmaxVmax-反应最大速度反应最大速度S-S-底物浓度底物浓度K Km m-米氏常数。米氏常数。当当K Km m及及V Vmaxmax已知时，即可确定酶催化反应速度与底已知时，即可确定酶
24、催化反应速度与底物浓度的关系。物浓度的关系。米氏方程米氏方程因此因此,KmKm是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。KmKm的单位为的单位为mol/Lmol/L。当当SSKmKm时，时，v=VmaxS/Kmv=VmaxS/Km当当SSKmKm时时,v=Vmax,v=Vmax当当SS=Km=Km时时,v=Vmax/2,v=Vmax/2关于米氏常数关于米氏常数KmKm的几点说明的几点说明a.Km是酶的一个重要的特征常数是酶的一个重要的特征常数,只与酶的性质有关，而只与酶的性质有关，而与其浓度无关，不同的酶具有不同与其浓度无关，不同的酶具有不同Km值。值。b.K
25、m值只是在固定底物、固定条件（值只是在固定底物、固定条件（T和和pH）下测定的，）下测定的，不同条件下具有不同的不同条件下具有不同的Km值。值。c.Km可用来判断酶的最适底物。同一种酶有几种底物就有可用来判断酶的最适底物。同一种酶有几种底物就有几个几个Km值，其中值，其中Km值最小的底物一般称为该酶的值最小的底物一般称为该酶的最适最适底物或天然底物底物或天然底物。（Km值可近似表示酶与底物之间的亲和程度：值可近似表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表值大表示亲和程度小，酶的催化活性低示亲和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示亲和程度值小表示亲和程度大大,酶的催化活性高。）酶的催化活性高。）Km
26、和和Vmax的求解方法的求解方法1Km11=+VVmaxSVmax双倒数作图法双倒数作图法斜率斜率=Km/Vmax-1/Km1/Vmax3.6.3温度对酶促反应速度的影响温度对酶促反应速度的影响一方面是温度升高一方面是温度升高,酶促酶促反应速度加快反应速度加快(温度系数温度系数Q Q1010：反应温度提高：反应温度提高1010 C C，其反应速度与原来的，其反应速度与原来的反应速度之比反应速度之比)。另一方面另一方面,温度升高温度升高,酶酶的高级结构将发生变化的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降或变性，导致酶活性降低甚至丧失。低甚至丧失。因此大多数酶都有一个因此大多数酶都有一个最适温度。最
27、适温度。在最适温度在最适温度条件下条件下,反应速度最大。反应速度最大。3.6.4pH对酶促反应速度的影响对酶促反应速度的影响最适最适pH(optimumpH):使使酶促反应速度达到最酶促反应速度达到最大时介质的大时介质的pH。a.过酸或过碱影响酶蛋白的过酸或过碱影响酶蛋白的构象，使酶变性失活。构象，使酶变性失活。b.影响酶分子中某些基团的影响酶分子中某些基团的解离状态（活性中心的基解离状态（活性中心的基团或维持构象的一些基团）团或维持构象的一些基团）c.影响底物分子的解离状态影响底物分子的解离状态木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶胆碱脂酶胆碱脂酶胃蛋白酶胃蛋白酶3.6.5激活剂和抑制剂对酶促反应速度的影响激
28、活剂和抑制剂对酶促反应速度的影响酶的激活剂：使酶使酶活性增强的物质。能将酶的激活剂：使酶使酶活性增强的物质。能将酶原选择性水解激活的蛋白酶也可看成为激活酶原选择性水解激活的蛋白酶也可看成为激活剂。剂。提高酶活性：使酶活性进一步提高，离子或提高酶活性：使酶活性进一步提高，离子或简单有机化合物。简单有机化合物。激活酶原：无活性激活酶原：无活性有活性，一些蛋白酶。有活性，一些蛋白酶。酶的抑制剂：能使酶活力降低或失活的物质。酶的抑制剂：能使酶活力降低或失活的物质。3.6.5.1可逆抑制作用可逆抑制作用抑制剂与酶蛋白结合是可逆的，可以用透折法抑制剂与酶蛋白结合是可逆的，可以用透折法除去抑制剂，恢复酶的活
29、性。除去抑制剂，恢复酶的活性。竞争性抑制、竞争性抑制、非竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用、反竞争性抑制作用。反竞争性抑制作用。竞争性抑制竞争性抑制底物的结构类似物竞争酶的活性中心，与酶形成可底物的结构类似物竞争酶的活性中心，与酶形成可逆的逆的EI复合物，阻止底物与酶结合。复合物，阻止底物与酶结合。增加底物浓度可以解除抑制增加底物浓度可以解除抑制竞争性抑制曲线竞争性抑制曲线Vmax不变，不变，Km变大变大2.2.非竞争性抑制非竞争性抑制抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心以以外外的的基基团团结结合合，其其结结合可能与底物无关。合可能与底物无关。酶酶可可以以同同时时与与底底物物及及抑抑制制剂剂结结
30、合合，但但是是中中间间产物产物ESIESI不能生成产物，降低了酶的活性。不能生成产物，降低了酶的活性。不不能能通通过过增增加加底底物物浓浓度度的的办办法法来来消消除除非非竞竞争争性抑制作用。性抑制作用。非竞争性抑制曲线非竞争性抑制曲线Km不变，不变，Vmax降低降低3.反竞争性抑制反竞争性抑制酶只在与底物结合后，才与抑制剂结合。酶只在与底物结合后，才与抑制剂结合。E+SES+IP反竞争抑制曲线反竞争抑制曲线（1）Km及及Vmax都变小都变小（2）双倒数方程的斜率不变）双倒数方程的斜率不变3.6.5.2不可逆抑制作用不可逆抑制作用抑制剂以共价键与酶的必需基团结合，抑制剂以共价键与酶的必需基团结合
31、，不能用不能用透析或超滤方法使两者分开透析或超滤方法使两者分开（结合紧密）（结合紧密）。如有机磷农药、氰化物、一氧化碳等。如有机磷农药、氰化物、一氧化碳等。3.7同工酶同工酶能催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构不同能催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构不同的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体的不的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中。同组织中。同工酶举例：同工酶举例：1959年，年，Marker首先用电泳分离法发首先用电泳分离法发现动物的现动物的乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶（lactatedehydrogenase,LDH）具有多种分子形式。具有多种分子形式。LDH5(M4)、
32、LDH4(M3H)、LDH3(M2H2)、LDH2(MH3)、LDH1(H4)不同组织的乳酸脱氢酶同工酶分布不同，存在明显不同组织的乳酸脱氢酶同工酶分布不同，存在明显的的组织特异性组织特异性，人心肌、肾和红细胞中以，人心肌、肾和红细胞中以LDH1和和LDH2最多，骨骼肌和肝中以最多，骨骼肌和肝中以LDH4和和LDH5最多，而最多，而肺、脾、胰、甲状腺、肾上腺和淋巴结等组织中以肺、脾、胰、甲状腺、肾上腺和淋巴结等组织中以LDH3最多。最多。5临床意义临床意义:（1）急性心肌梗塞发作后，早期血清中）急性心肌梗塞发作后，早期血清中LDH1和和LDH2活性均升高，但活性均升高，但LDH1增高更早，更明
33、显，增高更早，更明显，导致导致LDH1/LDH2的比值升高。的比值升高。（2）肝炎、急性肝细胞损伤及骨骼肌损伤时）肝炎、急性肝细胞损伤及骨骼肌损伤时LDH5都会升高。都会升高。（3）患活动性风湿性心脏病、急性病毒性心肌炎、）患活动性风湿性心脏病、急性病毒性心肌炎、溶血性贫血、肾坏死等病溶血性贫血、肾坏死等病LDH1也可升高。也可升高。4.研究同工酶的意义研究同工酶的意义（1）进行遗传分析、杂种优势的筛选、抗逆）进行遗传分析、杂种优势的筛选、抗逆指标筛选。指标筛选。（2）进行疾病诊断）进行疾病诊断（3）研究代谢规律）研究代谢规律3.8酶活性的调控酶活性的调控酶活性调控酶活性调控生物体中的酶还具有
34、自我调生物体中的酶还具有自我调节功能。节功能。酶活性的调节控制主要有下列几种方式：酶活性的调节控制主要有下列几种方式：别构调节作用别构调节作用酶的反馈调节作用酶的反馈调节作用可逆共价修饰调节可逆共价修饰调节酶原激活酶原激活3.8.1别构调节作用别构调节作用别构中心别构中心有些酶的活性中心以外的一个特殊结构，能有些酶的活性中心以外的一个特殊结构，能与某些化合物发生与某些化合物发生非共价结合（可逆的）非共价结合（可逆的），引起酶分子的，引起酶分子的构象发生改变，从而导致酶与底物的亲和力发生改变。构象发生改变，从而导致酶与底物的亲和力发生改变。上述改变酶活性的调节称为上述改变酶活性的调节称为酶的别构
35、调节作用酶的别构调节作用。别构酶是一类调节酶，含有两个或两个以上亚基的寡聚酶，别构酶是一类调节酶，含有两个或两个以上亚基的寡聚酶，分子量较大，而且具有复杂的空间结构。分子量较大，而且具有复杂的空间结构。正协同效应正协同效应酶分子构象改变，酶与底物亲和力增强，催酶分子构象改变，酶与底物亲和力增强，催化活性增强。化活性增强。负协同效应负协同效应酶分子构象改变，酶与底物亲和力减低，催酶分子构象改变，酶与底物亲和力减低，催化活性降低。化活性降低。3.8.2酶的反馈调节作用酶的反馈调节作用反馈调节作用反馈调节作用代谢途径的中间产物和终代谢途径的中间产物和终产物浓度往往可以影响该代谢途径起始阶段产物浓度往
36、往可以影响该代谢途径起始阶段的某一步反应。的某一步反应。由于反馈调节而加速，称为正反馈；反之称由于反馈调节而加速，称为正反馈；反之称为负反馈。为负反馈。反馈调节可通过对酶的诱导、阻遏和变构等反馈调节可通过对酶的诱导、阻遏和变构等方式影响酶的催化活性和酶促反应的方向。方式影响酶的催化活性和酶促反应的方向。反馈调节的本质反馈调节的本质是别构调节。是别构调节。3.8.3可逆共价修饰调节可逆共价修饰调节共价修饰作用共价修饰作用酶分子上某些基团发生可酶分子上某些基团发生可逆的共价修饰，由此引起酶活性发生改变，逆的共价修饰，由此引起酶活性发生改变，即激活或被抑制。这些酶称为即激活或被抑制。这些酶称为共价修
37、饰调节共价修饰调节酶酶。共价修饰酶共价修饰酶具有激活和抑制两种形式，并且具有激活和抑制两种形式，并且可以相互转变，从而调节酶的催化活性。可以相互转变，从而调节酶的催化活性。可逆可逆共价修饰酶共价修饰酶的相互转变，大部分是进行的相互转变，大部分是进行磷酸化和脱磷酸化反应，磷酸化的部分一般磷酸化和脱磷酸化反应，磷酸化的部分一般为为丝氨酸残基的羟基丝氨酸残基的羟基。3.8.4酶原激活酶原激活酶原酶原有些酶在体内合成或刚刚分泌出来的以无有些酶在体内合成或刚刚分泌出来的以无活性的前体形式存在，这些无活性的前体形式称为活性的前体形式存在，这些无活性的前体形式称为酶原。酶原。酶原可以通过某种特异性蛋白酶的有
38、限水解，切去酶原可以通过某种特异性蛋白酶的有限水解，切去一条或数条小肽段之后构象发生变化，转变为有活一条或数条小肽段之后构象发生变化，转变为有活性的酶而发挥作用的过程称为性的酶而发挥作用的过程称为酶原的激活酶原的激活，这一过，这一过程是不可逆的。程是不可逆的。酶原激活的本质酶原激活的本质是切断酶原分子中特异肽链或去除是切断酶原分子中特异肽链或去除部分肽段后有利于酶活性中心的形成。部分肽段后有利于酶活性中心的形成。酶原激活的重要生理意义：酶原激活的重要生理意义：它保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的消化破坏，它保证合成酶的细胞本身不受蛋白酶的消化破坏，使他们在特定的生理条件和规定的部位受到激活使他们
39、在特定的生理条件和规定的部位受到激活并发挥其生理作用。并发挥其生理作用。出血性胰腺炎出血性胰腺炎的发生就是由于蛋白酶原在未的发生就是由于蛋白酶原在未进入小肠时就被激活，激活的蛋白酶水解自进入小肠时就被激活，激活的蛋白酶水解自身的胰腺细胞，导致胰腺出血、肿胀。身的胰腺细胞，导致胰腺出血、肿胀。3.9酶活力测定酶活力测定酶活力测定是酶学研究、酶制剂生产和应用酶活力测定是酶学研究、酶制剂生产和应用中必不可少的一项工作。中必不可少的一项工作。发酵成效好坏，提取、纯化方法评价，酶的发酵成效好坏，提取、纯化方法评价，酶的保存与应用，都以酶活力为依据。保存与应用，都以酶活力为依据。3.9.1酶活力、酶单位、
40、比活力酶活力、酶单位、比活力酶活力酶活力是指酶催化一定化学反应的能力，酶活力是指酶催化一定化学反应的能力，酶活力大小用单位制剂中的酶活单位表示。液体酶，用大小用单位制剂中的酶活单位表示。液体酶，用每毫升酶液中的酶活单位（每毫升酶液中的酶活单位（U/ml）表示；酶粉剂，）表示；酶粉剂，用每克制剂中的酶活单位（用每克制剂中的酶活单位（U/g）表示。）表示。酶活力越高，酶促反应越大。酶活力越高，酶促反应越大。测定酶的活力时，测定酶的活力时，实质上实质上是在测定酶促反应速度是在测定酶促反应速度的基础上进行计算的。的基础上进行计算的。3.9.1.1酶活力酶活力酶单位是人为规定的一个对酶进行定量描述的基本
41、度量酶单位是人为规定的一个对酶进行定量描述的基本度量单位，含义是在一定反应条件下，单位时间内完成一个单位，含义是在一定反应条件下，单位时间内完成一个规定的反应量所需的酶量。反应条件是酶反应的最适条规定的反应量所需的酶量。反应条件是酶反应的最适条件，单位有的用件，单位有的用1min，有的用，有的用1h.国际生化学会酶学委员会对每单位作了统一规定：在酶国际生化学会酶学委员会对每单位作了统一规定：在酶作用的最适条件（最适底物、最适作用的最适条件（最适底物、最适pH、最适缓冲液的离、最适缓冲液的离子强度，子强度，25）下，每分钟催化）下，每分钟催化1.0mol底物转化为产底物转化为产物的酶量为物的酶量
42、为一个酶活力国际单位一个酶活力国际单位（IU）。）。统一标准便于活力比较，但是实际应用中，往往显得太统一标准便于活力比较，但是实际应用中，往往显得太繁琐，所以一般还是采用各自规定的单位。繁琐，所以一般还是采用各自规定的单位。3.9.1.2酶单位酶单位P81我国标准我国标准QB546-80中规定：中规定：-淀粉酶活力单淀粉酶活力单位（反应完全）、糖化酶活力单位、蛋白酶（反位（反应完全）、糖化酶活力单位、蛋白酶（反应速度）。应速度）。一种酶往往有多种测定方法，采用的酶单位也不一种酶往往有多种测定方法，采用的酶单位也不一样，所以用酶制剂时，一样，所以用酶制剂时，不能只看有多少单位，不能只看有多少单位
43、，还要看单位的含义还要看单位的含义（即单位是怎么定义的，反应（即单位是怎么定义的，反应条件如何）。条件如何）。单位酶制剂中的酶活单位数，即单位酶制剂中的酶活单位数，即酶的比活力酶的比活力。不同的形式：粉剂（不同的形式：粉剂（U/g）、液体酶（）、液体酶（U/ml）酶的纯化过程中，去除杂蛋白，酶的比活力逐步提酶的纯化过程中，去除杂蛋白，酶的比活力逐步提高。当纯化不再增加比活力时，这时的比活力称为高。当纯化不再增加比活力时，这时的比活力称为恒比活力恒比活力。恒比活力表示酶制剂已经很纯了。恒比活力表示酶制剂已经很纯了。3.9.1.3比活力比活力酶促反应的时间进程曲线酶促反应的时间进程曲线是将最适条件
44、下反应的产物是将最适条件下反应的产物量对时间作图得到的曲线。量对时间作图得到的曲线。曲线上每一点的斜率为反应的瞬时反应速度。曲线上每一点的斜率为反应的瞬时反应速度。3.9.2酶促反应的时间进程曲线和初速度酶促反应的时间进程曲线和初速度酶促反应的时间进程曲线酶促反应的时间进程曲线是将最适条件下反应的产物是将最适条件下反应的产物量对时间作图得到的曲线。量对时间作图得到的曲线。曲线上每一点的斜率为反应的瞬时反应速度。曲线上每一点的斜率为反应的瞬时反应速度。3.9.2酶促反应的时间进程曲线和初速度酶促反应的时间进程曲线和初速度初速度是一个化学反应开始一瞬间的速度，但是测量初速度是一个化学反应开始一瞬间
45、的速度，但是测量在技术上有困难。在技术上有困难。曲线上曲线上初速度是最大的反应速度初速度是最大的反应速度，随着反应进行，反，随着反应进行，反应速度越来越小。原因有：应速度越来越小。原因有：底物浓度降低、产物浓度增加，逆反应加速。底物浓度降低、产物浓度增加，逆反应加速。产物对酶有抑制作用，以及酶自身失活等。产物对酶有抑制作用，以及酶自身失活等。测定酶促反应的最大速度，必需在初速度范围内进行测定酶促反应的最大速度，必需在初速度范围内进行测量。测量。Vmax是一个理论值，实验测得的初速度是一个理论值，实验测得的初速度v不等于不等于Vmax。测酶活时，底物浓度一般相当于测酶活时，底物浓度一般相当于Km
46、值的值的20倍以上，倍以上，即使如此，初速度也即使如此，初速度也仅仅相当于仅仅相当于95%Vmax。初速度仅仅是规定条件下的最大反应速度（特别初速度仅仅是规定条件下的最大反应速度（特别是底物浓度），而非是底物浓度），而非Vmax。初速度与初速度与Vmax之间的关系之间的关系底物浓度确定好后，初速度与酶浓度成正比，酶浓底物浓度确定好后，初速度与酶浓度成正比，酶浓度越大，初速度越大、但是初速度维持的时间越短。度越大，初速度越大、但是初速度维持的时间越短。测定酶活力时，有测定酶活力时，有隔时取样检测法隔时取样检测法和和利用自动检测利用自动检测记录仪器记录仪器连续追踪法连续追踪法。粉剂粉剂溶解、稀释；
47、液体酶溶解、稀释；液体酶稀释。稀释。稀释程度视样品中酶活力大小而定。初测时，最稀释程度视样品中酶活力大小而定。初测时，最佳稀释倍数只能通过实验来确定。佳稀释倍数只能通过实验来确定。初速度法测酶活初速度法测酶活是最理想的，无论是研究还是生是最理想的，无论是研究还是生产应用，应尽量采用此法。产应用，应尽量采用此法。3.9.2.1酶液的稀释酶液的稀释测酶活所用的反应条件应该是最适条件。测酶活所用的反应条件应该是最适条件。最适条件包括温度、最适条件包括温度、pH、足够大的底物浓度、适、足够大的底物浓度、适宜的离子强度、适当稀释的酶液及严格的反应时宜的离子强度、适当稀释的酶液及严格的反应时间，抑制因子不
48、可有，辅助因子不可缺。间，抑制因子不可有，辅助因子不可缺。温度用恒温槽控制，温度用恒温槽控制，温度相差温度相差1，反应速度相反应速度相差差10%。计时要准确严格计时要准确严格，反应体系加入酶液前要预热，反应体系加入酶液前要预热，反应到时要立即灭活。反应到时要立即灭活。3.9.2.2关于酶促反应条件及保证措施关于酶促反应条件及保证措施理论上测定底物减少量或产物生成量都可以。理论上测定底物减少量或产物生成量都可以。实际操作中，底物浓度太大，变化量难测定。产实际操作中，底物浓度太大，变化量难测定。产物从无到有，变化显著，有利于测定。物从无到有，变化显著，有利于测定。3.9.2.3反应量的测定反应量的
49、测定将实验中所用各种参数和所测得的实验数据换算将实验中所用各种参数和所测得的实验数据换算成每毫升（或每克）酶制剂中所含的酶活力单位成每毫升（或每克）酶制剂中所含的酶活力单位数。数。粉剂用克，液体酶用毫升。粉剂用克，液体酶用毫升。3.9.2.4计算酶活力计算酶活力酶活测定举例（蔗糖酶）酶活测定举例（蔗糖酶）酶活力单位：在酶活力单位：在35，0.1mol/L乙酸钠缓冲液乙酸钠缓冲液（pH4.6）每分钟能使）每分钟能使2.5%蔗糖溶液释放蔗糖溶液释放1mg还原还原糖的酶量定义为一个活力单位（糖的酶量定义为一个活力单位（U）。）。蔗糖酶活力蔗糖酶活力(比活力比活力)=x*n/(0.5*10)(单位：单
50、位：U/ml）x:实验测得的产物量（还原糖的量实验测得的产物量（还原糖的量xmg）n：稀释倍数：稀释倍数(150倍倍)0.5:0.5ml的酶液的酶液10:反应时间反应时间10min3.10酶的分离、纯化酶的分离、纯化通常分离、纯化蛋白质的方法基本上都适用于酶的分通常分离、纯化蛋白质的方法基本上都适用于酶的分离、纯化。离、纯化。由于由于酶的特性酶的特性和和发酵生产方式发酵生产方式的差异，以及对的差异，以及对酶的纯酶的纯度要求度要求不相同，提纯方法各异。不相同，提纯方法各异。酶提纯中，要注意：酶提纯中，要注意：防止酶蛋白变性：低温（防止酶蛋白变性：低温（5以下）调以下）调pH时防止局部过时防止局部