考研思维导图——酶和酶促反应

这是一篇关于考研思维导图——酶和酶促反应的思维导图，包含酶分子结构与功能、酶的工作原理、酶促反应动力学、酶的调节等。有需要的朋友赶紧收藏吧！

酶和酶促反应

• 酶
  • 本质生物催化剂
    • 蛋白质（绝大多数）
    • RNA（少数）——核酶
• 酶分子结构与功能
  • 概念对比
    • 1、
      • 单体酶
        • 一条肽链（单亚基）
      • 寡聚酶
        • 多条肽链（多亚基，非共价键相连）
    • 2、
      • 多酶体系/多酶复合物（并联酶）
        • 几个酶聚在一起，催化某一代谢途径
      • 多功能酶（串联酶）
        • 一个酶有多个功能
    • 3、
      • 单纯酶（少数）
        • 只含蛋白质的酶
      • 结合酶（多数）
        • 全酶才具有催化活性
        • 蛋白质（酶蛋白）：决定酶促反应的特异性/催化机制
        • 非蛋白成分（辅因子）
          • 有机小分子（B族Vit/金属离子eg.Fe2+）
          • 决定酶促反应的类型（得失电子/氢/氧）
          • 分类
            • 辅酶
              • 非共价键，结合疏松，透析/超滤法可去除
              • 酶促反应中离开酶蛋白
            • 辅基
              • 共价键，结合紧密，透析/超滤法不可去除
              • 酶促反应中不离开酶蛋白
              • eg. 血红素（卟啉化合物）
                • 以血红素为辅基
                  • Hb、Mb
                  • 过氧化物酶、过氧化氢酶
                  • 细胞色素cyt
                • 经代谢生成胆红素
          • 常见辅因子
            • 小分子有机化合物：VitB衍生物、卟啉化合物（血红素）
            • 金属离子：Fe（2+—3+）、Cu、Mn
            • B族维生素
              • 烟酰胺/尼克酰胺（N）
                • ←维生素PP
                • 组成→
                  • 辅酶I（NAD+)
                    • +2H→NADH+H+
                  • 辅酶II（NADP+)
                    • +2H→NADPH+H+
                  • 功能：传递H、e-（脱氢酶的辅酶）
                    • 为何传递H一定传递e-？
                      • 2H=2（H+）+2e-
              • VitB1（硫胺素，T）
                • T+P~P焦磷酸→TPP（焦磷酸硫胺素）功能：转移基团醛基（-CHO）
                  • “拳打脚踢PP”
                • 脚气病——高排量心衰
              • VitB2（核黄素，F）
                • F组成、衍生→
                  • FMN+H→FMNH
                  • FAD+2H→FADH2
                  • 功能：传递H
              • VitB6（吡哆醛）
                • 组成→磷酸吡哆醛，功能：转移氨基（-NH2），以其为辅酶的酶：
                  • 转氨酶：ALT、AST
                  • 脱羧酶
                  • ALA合酶（血红素合成关键酶）
              • 泛酸（遍多酸）
                • 组成→辅酶A（CoA/CoASH），功能：转移酰基(-co-)→xx酰CoA
                  • 乙酸→乙酰CoA
                  • 琥珀酸→琥珀酰CoA
                  • 脂肪酸→脂酰CoA
              • 生物素
                • 功能：转移CO2→羧化酶的辅酶
                  • 丙酮酸羧化酶
                  • 乙酰CoA羧化酶
              • 叶酸
                • 组成→四氢叶酸（FH4），功能：转移一碳单位→合成核苷酸→核酸
              • VitB12
                • 组成→甲基钴胺素，功能：转移甲基（-CH3，∈一碳单位）（与甲硫氨酸循环相关）
              • 巨幼贫
              • 硫辛酸
                • 功能：转移酰基
  • 酶的活性中心
    • 概念：酶分子中能与底物结合并催化底物转变为产物的特定三维结构的区域（辅因子参与）
    • 必需基团
      • 与酶活性密切相关的基团（活性中心内外都有）
      • 常见有
        • Ser-OH
        • His-咪唑基
        • cys-SH
        • Asp、Glu-COOH
      • 分类
        • 活性中心内
          • 结合基团：能结合底物和辅酶
          • 催化基团：催化底物转变为产物
        • 活性中心外
          • 维持活性中心的空间构象
          • 作为调节剂的结合部位
  • 同工酶
    • 概念：催化相同的化学反应，但其他的属性都不相同的一组酶
    • 乳酸脱氢酶（LDH）（四聚体酶）
      • 骨骼肌型（M型）
      • 心肌型（H型）
      • LDH1(H4)（心肌活性最高）、 LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、LDH4(HM3)、 LDH5(M4)（骨骼肌活性最高）
        • “一心一意，五谷丰登”
    • 肌酸激酶（CK）（二聚体）
      • M型（肌型）
      • B型（脑型）
      • CK1(BB型) CK2(MB型)→CK-MB：只存在于心肌且含量高，正常人血液中几乎无→心肌梗死标志物（心肌再梗死、溶栓再通） CK3(MM型)
• 酶的工作原理
  • V.S.一般催化剂
  • 对比
    • 共同点
      • 化学反应前后无质和量改变
      • 都只能催化热力学允许的化学反应
      • 只能加速反应进程而不改变反应的平衡点（平衡常数）
      • 作用机制：降低反应的活化能
    • 不同点→与酶是Pr有关
      • 具有极高的催化效率（比一般催化剂更有效降低反应的活化能）
      • 酶与底物结合具有高度的特异性（专一性）
        • 绝对特异性——特定结构的底物+某种异构体（光学[D or L]/立体[顺 or反]异构体）
        • 相对特异性——同类（相同化学键/基团）底物
      • 酶具有可调节性——酶的活性或含量受体内代谢物和激素等的调节
      • 酶具有不稳定性（蛋白质变性）
        • 高温、强酸、强碱可使酶变性
        • 酶促反应通常在常温、常压、pH中性条件下进行
• 酶促反应动力学
  • 核心：反应速率
    • 酶浓度[E]
    • 底物浓度[S]
    • pH
    • 温度T
    • 抑制剂（I）
  • [S]对v的影响
    • 呈矩形双曲线
      • V.S.氧解离曲线
    • 米-曼氏方程（米氏方程）
      • 假设/前提：单底物反应
      • v=Vmax[s]/Km+[s]
      • 当V=1/2Vmax时，Km=[S]
      • Km
        • 概念
          • 米氏常数
          • 是反应速率v等于最大反应速率Vmax一半时的底物浓度
          • 单位：mol/L，mmol/L
        • Km值是酶的特征性常数，不同酶的Km值不同
        • Km代表酶对底物的亲和力
          • V.S. 氧解离曲线的P50、核酸解链温度Tm
          • Km与亲和力成反比
      • Vmax
        • 是酶的活性中心被底物完全饱和时的v
  • [E]对v的影响
    • 当[S]足够时
    • 呈直线关系
  • T对v的影响
    • 最适温度
      • v=Vmax时反应系统的温度
      • 非特征性常数
      • 哺乳类动物酶的最适温度在35~40℃之间
  • pH对v的影响
    • 最适pH
      • 酶催化活性最高时的pH
      • 非特征性常数
      • 大多数酶的最适pH接近中性
  • I对v的影响
    • v↓
    • 不可逆性抑制
      • I与E活性中心的必需基团共价结合，结合紧密 透析、超滤法无法除去
        • V.S.辅基与酶蛋白
        • 有机磷、导眠能、短效巴比妥中毒不能透析
      • 使酶活性↓（酶失活），不引起酶蛋白变性
        • eg.
          • 有机磷农药中毒
            • 结合
              • 羟基酶（胆碱酯酶）-Ser-OH
              • 胆碱酯酶失活
            • 解毒
              • 复活胆碱酯酶：解磷定（早期使用）→解除N样作用
              • 阿托品→解除M样作用
          • 重金属离子中毒
            • Hg2+、Ag+、Pb2+等及AS3+（路易士气）
            • 结合
              • 巯基酶-cys-SH
              • 巯基酶失活
            • 解毒
              • 二巯丙醇
    • 可逆性抑制
      • I与E活性中心内/外的必需基团非共价结合，结合疏松 透析、超滤法可除去
      • 分类
        • 竞争性抑制
          • 机制
            • S+E（活性中心内）→ES（中间产物）→EP（产物）
            • I+E（活性中心内）→EI
            • I与S结构相似，当EI↑则ES↓，则EP↓
            • V.S. Na-K交换与Na-H交换
          • 特点
            • 可提高底物浓度[S]来消除抑制（Vmax不变）
            • 酶与底物的亲和力↓→Km↑
          • eg.
            • 丙二酸＆琥珀酸（丁二酸）
              • 琥珀酸—琥珀酸脱氢酶→延胡索酸
              • 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶
            • 磺胺类药物（抗生素）抑菌作用
              • 在细菌
                • GTP—...→○+对氨基苯甲酸—二氢蝶酸合酶→二氢蝶酸—FH2合酶→FH2→FH2还原酶→FH4
                • 磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似，抑制二氢蝶酸合酶
              • 在人体
                • 食物→叶酸—FH2还原酶→FH2—FH2还原酶→FH4
                • 无影响
        • 非竞争性抑制
          • 机制
            • S+E（活性中心内）→ES（中间产物）→EP（产物）
            • I+E（活性中心外）→ESI（复合物）—不释放→EP↓
            • 过程互相独立
          • 特点
            • 抑制剂不影响酶与底物的亲和力→Km不变
            • 抑制产物生成（不能进一步释出产物）→Vmax↓
        • 反竞争性抑制
          • 机制
            • S+E（活性中心内）→ES（中间产物，活性中心外）+I→ESI（复合物）—不释放→EP↓
              • 先后关系
          • 特点
            • 反应平衡右移，酶与底物亲和力↑→Km↓
            • 抑制产物生成（不能进一步释出产物）→Vmax↓
• 酶的调节
  • 酶活性的调节
    • 快速调节
      • “快！别画眉毛！”
      • 数秒~数分完成——应急
      • 单一/少数酶参与，速度快
    • 高与低之间
    • 别（变）构调节
      • 别构剂与E（别构酶）活性中心外必需基团非共价可逆结合
      • 别构剂
        • 抑制剂
        • 激活剂
        • 通常是终产物/中间产物
        • 有的为底物（反应物）
      • 别构酶都是代谢途径的关键酶（限速酶），催化的反应常是不可逆反应
      • eg. G—己糖激酶→G-6-P—葡糖-6-磷酸酶→G
      • 别构剂导致酶构象（高级结构）的变化（构型x：一级结构）
      • 别构酶常含有多个亚基（偶数），但并非同时具有催化和调节亚基
      • 别构调节反应动力学不符合米-曼方程式
    • 化学修饰调节
      • 共价，可逆结合（即反应可逆）
        • 可逆反应：左右变化是同一个酶x
        • 本质：酶±基团
      • E←磷酸基团，共价结合→E'
        • 最常见的化学修饰
        • 磷酸化（+P）：激酶
        • 去磷酸化（-P）：磷酸酶
        • 在AA-OH上±P
          • Ser-OH（丝）
          • Thr-OH（苏）
          • 丝/苏AA激酶：PKA、PKC、PKG、MAPK
          • Tyr-OH（酪）
            • 酪AA激酶
      • 乙酰化/去乙酰化
        • -CH3CO
      • 甲基化/去甲基化
        • -CH3
      • 腺苷化/去腺苷化
      • 巯基与二硫键的转变
        • -SH←→-S-S-
      • v.s.蛋白质合成后的化学修饰
      • 泛素化→用于真核生物蛋白质标记降解 不是化学修饰
    • 酶原的激活
      • 酶原（无活性）—构象改变→酶（有活性）
      • 本质：活性中心形成/暴露
      • eg.
        • 胃蛋白酶原—HCl（胃酸）→胃蛋白酶（正反馈）
        • 胰蛋白酶原—肠激酶（肠致活酶）→胰蛋白酶（正反馈）
          • →其他胰酶激活
            • 弹性蛋白酶原
            • 羧基肽酶原
  • 酶含量的调节
    • 缓慢调节
      • 数小时~数天完成
      • 需要多步酶促反应
    • 酶蛋白的合成
      • 少→多
        • xxx诱导
      • 多→少
        • xxx阻遏
    • 酶蛋白的降解
      • 多→少
        • 溶酶体（非依赖ATP）
          • V.S.脂褐素
        • 蛋白酶体（依赖ATP）
          • 泛素化反应（标记）