化学-酶

一篇关于化学-酶思维导图，有关酶的研究及工程，包含作用机制、酶促反应动力学、影响酶促反应速率的因素等

酶

• 概念和特点
  • 概念
    • 生物催化剂
      • 生物细胞产生的生物体内进行新陈代谢不可或缺的，受多种因素调节
    • 绝大部分是蛋白质，少数RNA
  • 特点
    • 高效性
      • 转化数（TN）
        • 每个酶分子单位时间内（1s）转化底物的分子数
          • 高的4000万-过氧化氢酶
          • 低的1-溶菌酶
    • 专一性
      • 酶对其催化反应的类型和反应物有严格的选择性
      • 酶促反应
        • 酶催化的的化学反应
      • 底物
        • 反应物
      • 由酶的结构特别是酶活性部位的结构特异性决定
    • 敏感性
      • 易失活
        • 高温 强酸 强碱 高盐
      • 需要常温 常压 低盐和接近中性的pH
    • 可调性
      • 动态平衡中
• 化学本质与组成
  • 化学本质
    • 核酶
      • 具有催化能力的RNA
    • 蛋白质
      • 单纯蛋白质
        • 仅含有氨基酸残基
          • 脲酶 淀粉酶 核糖核酸酶 溶菌酶
      • 缀合蛋白质（全酶）
        • 有金属离子
        • 有机小分子
        • 辅酶
          • 辅基：用透析法不易除去
        • 金属有机分子
          • 转移电子
          • 提高水的亲和性能
          • 静电屏蔽
          • 为反应定向
        • 非蛋白质部分为辅因子
          • 作为电子、原子或某些化学基团的载体
        • 蛋白质部分为脱辅酶
          • 结合底物
          • 参与催化作用
  • 类型
    • 单体酶
      • 一条多肽链
    • 寡聚酶
      • 两个或以上的亚基
    • 多酶复合体
      • 几种酶嵌合
• 命名
  • 习惯命名法
    • 根据酶的底物和酶促反应的类型
    • 酶的来源
    • 缺少系统性和准确性
  • 习惯命名法
    • 酶学委员会（EC）
    • EC.1（氧化还原）.1（大亚类）.1（受体-NAD+）.27(流水编号)
      • 第一个数字
        • 1 氧化还原类
        • 2 转移酶类
        • 3 水解类
        • 4 裂合酶类
        • 5 异构酶类
        • 6 合成酶类
        • 7 异位酶类
• 结构与功能
  • 活性部位和必需基团
    • 活性中心/活性部位
      • 参与对底物的结合的化学基团比较集中的区域
      • 催化基团
        • 帮助和促使底物发生特定的化学变化
          • 特定氨基酸侧链
          • 酶的辅因子
      • 结合基团
      • 必需基团
        • 维持酶空间构想所必需的基团
      • 具有柔性
  • 同工酶
    • 催化相同的化学反应，但酶本身的分子结构组成、理化性质、免疫性能和调控特性等方面有所不同的一组酶
    • 使同一个反应步骤分别受到多种代谢产物相互独立的反馈调控，使代谢调控非常精巧
• 专一性
  • 结构专一性
    • 绝对专一性
      • 只作用于一种
    • 相对专一性
      • 具有族专一性/基团专一性
        • 例：蛋白酶
      • 具有键专一性
        • 例：酯酶
  • 立体异构专一性
    • 反应物中有立体异构时，酶只选一种
      • 旋光异构专一性
      • 几何异构专一性
  • 意义
    • 生物体内化学反应协调进行
  • 学说
    • 锁钥学说
    • 过渡态互补学说
    • 诱导契合学说
• 作用机制
  • 酶通过降低反应活化能使反应速率加快
  • 过渡态
    • 反应物传化为产物，必须进入能量更高的状态
  • 基态
    • 能量较低的反应物分子所处的状态
  • 活化能
    • 过渡态分子比基态分子多出来的自由能
  • 结合能
    • 酶与底物通过这些非共价作用所产生的能量
  • 分子机制
    • 酶分子的活性部位结合底物形成酶-底物复合物
      • 邻近效应与促进效应
        • 作用可以累积
      • 促进底物过渡态形成的非共价作用
        • 抗体酶/催化性抗体
          • 具有催化能力的免疫球蛋白
      • 酸碱催化
        • 催化剂通过向反应物提供质子或从反应物接受质子
      • 共价催化
        • 催化剂通过与底物形成相对不稳定的共价中间复合物，改变历程，活化能降低
      • 金属离子催化
        • 提高水的亲和性能
        • 静电作用屏蔽负电荷
        • 用所带的正电荷稳定反应时形成的负电荷
        • 结合底物为反应定向
      • 酶活性部位微环境的作用
  • 酶作用机制实例
    • 胰凝乳蛋白酶
• 酶促反应动力学
  • 研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学
  • 酶促反应的动力学方程式
    • 米氏方程
      • 2023-11-18
      • 米氏常数Km
        • Km=（k-1+k2）/k1
• 影响酶促反应速率的因素
  • 抑制剂
    • 干扰酶的催化作用
      • 不可逆抑制剂
        • 竞争性抑制剂
          • 作用相同位点
        • 非竞争性抑制剂
          • 作用位点不同
        • 反竞争性抑制剂
          • 酶与底物结合后再与抑制剂结合
      • 可逆抑制剂
  • 温度
    • 最适温度
      • 以反应速率对温度作图得到的曲线的顶点
  • pH
    • 酸变性/碱变性
    • 改变基团的解离状态
    • 影响底物的解离状态以及中间复合物ES的解离状态
    • 影响酶的活性中心构象
    • 最适pH
      • 植物 4.5-6.5
      • 动物 6.5-8.0
      • 胃蛋白酶 1.5
      • 木瓜蛋白酶 4-10不变
  • 激活剂
    • 提高酶的活力
      • 作用
        • 提高酶的活性
          • PCR中Mg2+可提高DNA聚合酶的活性
        • 控制酶激活剂数量及类型
          • 过量Mg2+ 错误率上升
        • 通过去除激活剂，分离纯化或保存
          • DNA保存-EDTA 4°可保持半年
• 酶活性调节
  • 调节方式
    • 改变酶的数量与分布
    • 改变细胞内已有酶分子的活性
  • 别构调控
    • 酶中的调控部位，可改变酶的催化活性
    • 别构酶
      • 具有别构调控作用的酶
        • CTP的别构调控常称为反馈抑制
    • 效应物
      • 对酶分子具有别构调节作用的化合物
        • 正效应物/别构激活剂
        • 负效应物/别构抑制剂
      • 同促效应
        • 正协同效应
          • 底物与别构酶结合促进结合
        • 负协同效应
          • 相反
      • 异促效应
        • 酶的活性部位和调节部位不同，效应物是非底物分子
  • 可逆的共价修饰调节
    • 某种酶在其他酶的催化下，其肽链中某些基团发生可逆的共价修饰作用，导致该酶在活性（或高活性）形式和非活性（或低活性）形式之间相互转变
      • 共价调节酶
  • 酶原的激活
    • 酶原
      • 酶的无活性前体
    • 激活
      • 特定蛋白水解酶的催化，不可逆
• 酶的研究方法与酶工程
  • 酶活力的测定方法
    • 酶活力/酶活性
      • 酶催化指定化学反应的能力
    • 酶活力单位
      • 单位时间内将一定量的底物转化为产物需要的酶量
    • 酶的比活力
      • 每毫克酶蛋白所具有的的酶活力单位数
  • 酶的分离纯化
    • 粗提取液制备
      • 选材
      • 破碎
      • 抽取
    • 纯化
    • 酶制剂的保存
      • 低温0-4°，-20°
      • 提高保存浓度
      • 加入稳定剂
      • 冷冻干燥
      • 固定化
  • 酶工程
    • 酶学基本原理,化学工程技术及基因重组技术有机结合在一起而形成的新型应用技术
    • 酶的固定化
      • 酶分子通过吸附、共价结合、包埋及交联等方式束缚于支持物上
        • 吸附法
        • 共价结合法
        • 交联法
        • 凝胶包埋法
        • 微胶囊化法