第5章　酶

5.1　复习笔记

一、酶的概念

1酶的定义和催化的特点

（1）酶的定义

酶是指由活细胞产生的，具有催化生物反应功能的蛋白质大分子及核酸，是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。

（2）酶催化的特点

①酶易失活，从而丧失原有的催化活力；

②酶具有极高的催化效率；

③酶催化具有高度的专一性；

④酶的催化活力可调节控制；

⑤酶的催化活力与辅酶、辅基和金属离子有关。

2酶的分类

表5-1　酶的分类

二、酶催化作用的机理

1酶的活性中心

（1）定义

酶的活性中心又称活性部位，是指酶分子中能与底物特异性结合，并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。辅助因子常参与酶活性中心的组成。

（2）功能部位

①结合部位

结合部位是指能够结合底物和辅酶，使之与酶形成复合物，该部位决定了酶的专一性。

②催化部位

催化部位是指直接参加催化反应的酶的区域，底物的敏感键在此处被打断或形成新的键，该部位决定了催化反应的性质以及酶的催化能力。

（3）必需基团

必需基团是指出现于活性中心并参与催化反应的基团。必需基团在活性中心的位置和取向决定酶催化活性的高低。

2诱导契合学说

（1）锁钥学说

锁钥学说认为酶与底物结合如同钥匙与锁的结合。当底物分子或底物分子的反应部位能够与酶活性中心部位的结构相吻合或互补，则能发生反应。

（2）诱导契合模式学说

①酶活性部位的构象是柔韧可变的，未同底物结合时，酶活性部位的构象不适宜于与底物结合，但同底物结合时，酶活性部位受底物诱导，构象改变使其适合于与底物契合。

②该变化使活性部位形成或暴露出来，酶与底物在此基础上互补结合，同时使起催化作用的基团或原子处于有利于发生反应的最佳位置。

3酶催化高效率作用的机理

（1）邻近效应和定向效应

邻近效应和定向效应是指酶在反应中将各个底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系，使催化基团能有效地发挥催化反应的现象。

（2）张力和变形

当酶和底物结合时，不仅酶的构象发生改变，底物分子的构象也发生了变化。酶使底物中的敏感键发生张力和变形，即酶活性中心的某些基团或离子可使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生电子张力从而使敏感键更容易断裂，使反应加速进行。

（3）酸碱催化

酸碱催化作用是指酶活性中心有些基团（如氨基、羧基、巯基、酚羟基和咪唑基等）可以作为质子的供体（酸）或成为质子的接受体（碱），相互作用形成过渡态复合物，参与质子的转移的作用。

（4）共价催化

共价催化又称共价中间产物学说。通过酶和底物以共价键形成一个共价中间产物，使反应能阈降低，反应加快。共价催化分为亲核催化和亲电催化。

（5）酶活性中心是低介电区域

酶的活性部位通常位于酶分子表面的疏水裂隙中，即位于疏水的非极性环境中。这样的微环境介电常数很低，有利于中间物的生成和稳定，从而加快反应速度。

4酶原激活

（1）酶原

酶原是指酶刚合成时的无活性的前体。

（2）酶原激活

酶原激活又称酶原活化，是指经某种酶或酸将酶分子作适当的改变或切去一部分，使无活性的酶原呈现活性的这种激活过程。

三、酶反应动力学

1酶活力

酶活力又称酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力，酶活力的大小可以用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度来表示，两者呈线性关系。

2比活力

酶的比活力即酶的比活性，代表酶的纯度，是指每毫克酶蛋白所含的酶活力单位数或是每千克酶蛋白中含有的Kat数，对同一种酶而言，比活力愈高，表示酶制剂愈纯。

3底物浓度对酶促反应速度的影响

（1）双曲线特征

①一级反应

单体酶催化单底物转化的反应中，在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度的增加而升高，反应速度与底物浓度基本呈正比关系。

②零级反应

随底物浓度的继续增加，反应速度增加的幅度降低，当底物浓度增至一定限度以后，反应速度则不再增加。

（2）酶反应动力学双曲线的方程（米氏方程）

①米氏方程

式中，K_m——米氏常数；v_max——最大反应速度。

②K_m和v_max参数的含义

v_max：在最适条件下和底物饱和时，酶的最高反应速度。

K_m参数的含义包括：

a．K_m代表当酶反应速度达到最高速度一半时的底物浓度，单位为mol/L。

b．不同的酶具有不同的K_m值，它是酶的一个重要的特征物理常数。

c．K_m值只是在固定的底物、一定的温度和pH条件下，在一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的K_m值。

d．K_m值表示酶与底物之间的亲和程度：K_m值大表示亲和程度小，酶的催化活性低；K_m值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。

③K_m和v_max参数的测定

通过双倒数作图法可测定K_m和v_max。

4pH值对酶促反应速度的影响

（1）pH值升高时，反应速度升高。

（2）随pH值升高，酶的催化活力逐渐降低，反应速度降低。

5温度对酶促反应速度的影响

（1）温度系数

温度系数是指在最适温度以下，温度相差10℃的两个酶的反应速度之比，用Q₁₀表示。

（2）温度对酶反应的影响

①温度升高时，反应速度升高。

②随温度升高，酶的变形程度逐渐加大，酶的催化活力逐渐降低。

6酶浓度对酶促反应速度的影响

当反应在有足够底物而又不受其他因素的影响下，酶的反应速度与酶浓度成正比。

7激活剂对酶促反应速度的影响

激活剂包括增加酶活性的物质和使非活性的酶原变为活性酶的物质。前者称酶的激活，后者称酶原激活。

8抑制剂对酶促反应速度的影响

（1）抑制剂

凡是使酶活力降低的作用都称为酶的抑制作用。抑制作用是由于酶的必需基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活力降低或丧失，引起抑制作用的物质称抑制剂，分不可逆与可逆两类。

（2）可逆抑制作用

①定义

可逆抑制作用是指抑制剂能够与酶非共价地可逆结合，使酶活性降低或消失。可采用透析、超滤或稀释等物理方法将抑制剂除去，使酶的活性恢复。可逆抑制作用遵守米氏方程。

②分类

表5-2　可逆抑制作用的分类

（3）不可逆抑制作用

不可逆抑制作用是指抑制剂能与酶活性中心的功能基团共价结合，进而使酶失活的作用。不能用透析、超滤等方法予以去除。

四、别构酶与同工酶

1别构酶（变构酶）

（1）定义

酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地以非共价键结合时导致酶分子发生构象改变，进而改变酶的活性状态，称为酶的别构调节。具有这种调节作用的酶称为别构酶。

（2）结构特点

酶分子上有两个结合部位，一个是结合和催化底物的部位（即活性中心），另一个是和调节物（又称配体）结合的调节部位。

（3）活性调节

别构酶通过和配体（又称变构效应物）的结合进行活性调节。别构酶催化反应中，反应底物浓度和反应速度的关系不符合米氏方程，呈S型曲线。

（4）别构效应

别构效应是指配体结合于别构酶的调节部位后，引起酶分子构象发生改变从而改变酶的催化活性的现象。

2同工酶

同工酶是指能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成和某些理化性质不同的一类酶。同工酶由两个或两个以上亚基组成，属寡聚酶。

五、维生素构成的辅因子

表5-3　维生素构成的辅因子

六、食品加工中的常用酶

包括淀粉酶类、蛋白酶类、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、纤维素酶等。