酶与酶促反应

生物化学与分子生物学之酶与酶促反应笔记，包括酶的分子结构与功能、酶的工作原理、酶的调节、酶促反应动力学等内容。

酶与酶促反应

• 酶
  • 酶的概念
    • 由活细胞产生，对其底物具有高效催化作用或高度特异性的蛋白质少数化学本质是核酸
  • 酶的特性
    • 酶促反应具有高效性
    • 酶对底物具有特异性
      • 绝对专一性
        • 只作用于特定结构的底物,,进行特定反应,生成特定产物。
      • 相对专一性
        • 作用于相同化学键或化学基团的一类化合物。(一类人)
    • 酶促反应具有可调节性(以适应内外环境变化)
    • 酶具有稳定性(反应条件温和,可在常温、常压下进行)
  • 酶的分类
    • 单体酶
      • 由一条肽链构成，仅具有三级结构eg:溶菌酶、
    • 寡聚酶
      • 由多个相同或不同的肽链以非共价键连接组成的酶
    • 多功能酶(串联酶)
      • 一条肽链上同时具有多种不同的催化功能
    • 多功能体系
      • 多种酶靠彼此聚合形成的复合物
    • 单纯酶
      • 仅有肽链构成，水解后仅有氨基酸组分
    • 结和酶(缀和酶)
      • 酶和辅助因子组成
  • 酶
    • 单纯酶
    • 结合酶(全酶)
      • 酶蛋白:决定反应特异性结合酶
      • 辅助因子(金属离子、维生素)
        • 辅基:结合牢因透析不能分离辅助因子
        • 辅酶:结合疏松，透析、超滤可分离，通过非共价键与酶蛋白连接
      • 决定反应类型，同一种酶可以有多种辅助因子
  • 酶的作用机制
    • [作用机制]:降低反应的活化能(反应的标尺
    • 催化机制]:多元催化
      • 酸碱催化
        • 提供质子
      • 共价催化
        • 共价键
          • 提供电子:亲核催化
          • 得到电子:亲电子催化
      • 酶促反应活化能的变化
        • 子主题
    • 酶与底物结合形成中间产物
      • 1.誘导契合作用使酶和底物密切结合
      • 2.邻近效应和定向排列有助于底物正确定位于酶的活性中心
      • 3.表面效应使底物分子去溶剂化
  • 酶促反应动力学
    • 反应速度与底物浓度关系的方程式即米氏方程
      • 子主题
    • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度
      • 子主题
    • Km值(米氏常数)
      • Km表示确对底物亲和力,两者成反比;对同一底物,不同的時有不同的Km值:同一隋对于不同底物有不同Km值,如有种座物时, 最小Km值的底物是天然底物。
    • Km是蘭特征性常数
      • 与酶的结构、底物结构、反应环境的pH、温度和离子强度有关，与酶浓度无关
    • 酶浓度、温度、pH都不是酶的特征性函数
      • 底物足够时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
      • 温度对酶促反应速率影响具有双重性
      • pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态、电离状态影响酶促反应速率
    • 抑制剂可降低酶促反应速率
      • 不可逆性抑制剂
        • 不可逆性抑制剂和酶活性中心的必需基团牡价结合,使酶失活。例如有机磷农药中毒,某些化学毒气
      • 可逆性抑制剂
        • 1.竞争性抑制作用: Vmax不变Km
          • 概念:抑制剂与底物结构相似与底物竞争隋活性中心,阳碍酶底物复合物的形成,蘭活性低
            • eg:①磺胺药对细菌FH2合成酶的抑制一对氨基苯甲酸
            • 丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制
            • 抗代谢物的抗癌作用: MTX.5-FU、 6-MP等化疗药物主要发挥竞争性抑制作用,抑制核苷酸合成。
        • 2.非竞争性抑制作用: Vmax! Km不変
          • 抑制剂结合磚活性中心之外的调节位点,使抑制剂-鷗-底物复合物不能进一步释放产物
        • 3反竟争性抑制作用的结合位点由底物诱导产生: Vmaxl Km!
          • 抑制剂与酶-庭物复合物结合,使其不能转变为产物,嗨-庭物复合物减少
    • 酶的激活剂可提高酶促反应速率
      • 大多数为金属离子必需灘活剂是不可或缺的如己糖激酶中的Mg2+
      • 非必需激活剂使酶的活性增强
  • 酶活性的调节
    • 1、酶含量的调节一长期缓慢调节
      • 酶合成的调节(量增多)诱导或阻湿
      • ②酶降解的调节(量减少)蛋白质的降解
    • 2、酶活性的调节一快调节(记忆法:快活)
      • ①酶原激活实质是酶活性中心的形成或暴露
      • ②共价修饰(化学修饰)
        • 酶基团与化学基团可逆地结合改变酶活性。使其发生与有活性两种形式的互变。
          • 常见类型:磷酸化与去磷酸化:(最常见)酪氨酸丝苏氨酸、乙酰化和去乙酰化记、腺苷化和去腺苷化、SH与-S-S互变
      • ③别构调节
        • 代谢物(变构剂)与酶分子活性中心外基团可逆结,使酶构象改变,改变酶的催化活性,多为寡聚酶
          • 可被别构剂调节的称为别构酶
          • 结合部位称为变构部位或调节部位
          • 别构酶多为化学反应的关键酶,常催化非平衡(不可逆)反应
  • 酶与疾病
    • 酶缺乏
      • 苯丙氨酸羟化酶缺陷:苯丙酮酸尿症
      • 酪氨酸酶缺乏:白化病
    • 2、酶提前激活:胰蛋白酶原一急性胰腺炎
    • 酶活性抑制:有机磷中毒
  • 酶诊断疾病
    • 1、胆碱酯酶一有机磷中毒
    • 2、丙氨酸转氨酶(ALT) 一急性肝炎
    • 3、碱性磷酸酶一胆管阻塞、骨肿瘤酸性磷酸酶一前列腺癌
  • 酶治疗疾病
    • 抗生素、化疗药物、溶解血栓(尿激酶、链激酶)
  • 酶在临床检验和科学研究的作用
    • 1.作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶
    • 2.作为酶标记测定法中的标记酶
    • 3.多种酶成为基因工程常用的工具酶