酶

生物学第三章酶思维导图，包括酶的组成和功能、酶促反应动力学、酶的调节、酶与医学的关系、酶的分类命名和活性测定等内容。

03 第三章 酶

• 酶与医学的关系 P76
  • 酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关
    • 许多疾病与酶的质和量的异常相关
      • 酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一
      • 一些疾病可引起酶活性或量的异常
      • 酶活性受到抑制多见于中毒性疾病
    • 体液中酶活性的改变可作为疾病的诊断指标
      • 组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对组织器官疾病的诊断
    • 某些酶可作为药物用于疾病的治疗
      • 有些酶作为助消化的药物酶
        • 酶作为药物最早用于助消化
      • 有些酶用于清洁伤口和抗炎
      • 有些酶具有溶解血栓的疗效
  • 酶可作为试剂用于临床检验和科学研究
    • 有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶
      • 有些酶促反应的底物或产物含量极低，不易直接测定
    • 有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶
      • 临床上经常需检测许多微量分子，过去一般都采用放射性核素标记法。鉴于其应用不便，现今多以酶标记代替核素标记
    • 多种酶成为基因工程常用的工具酶
• 酶的分类与命名 P75
  • 酶可根据其催化的反应类型予以分类
    • 氧化还原酶类
      • 催化氧化还原反应的酶属于氧化还原酶类，包括催化传递电子，氢以及需氧参加反应的酶
    • 转移酶类
      • 催化底物之间基团转移或交换的酶属于转移酶类
    • 水解酶类
      • 催化底物发生水解反应的酶属于水解酶类
    • 裂合酶类
      • 催化从底物移去一个基团并形成双键的反应或其逆反应的酶属于裂合酶类
    • 异构酶类
      • 催化分子内部基团的位置互变，几何或光学异构体互变，以及醛酮互变的酶属于异构酶类
    • 合成酶类
      • 催化两种底物形成一种产物并同时偶联有高能键水解和释能的酶属于合成酶类或称连接酶类
  • 每一种酶均有其系统名称和推荐名称
• 酶的调节 P72
  • 酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节
    • 别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性
      • 别构酶分子中常含有多个(偶数)亚基，具有多亚基的别构酶也与血红蛋白一样，存在着协同效应，包括正协同效应和负协同效应
    • 酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价可逆结合来实现的
      • 酶蛋白肽链上的一些基团可在其他酶的催化下，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团,从而影响酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的共价修饰或称酶的化学修饰调节
      • 在化学修饰过程中，酶发生无活性(或低活性)与有活性(或高活性)两种形式的互变。酶的共价修饰有多种形式，其中最常见的形式是磷酸化和去磷酸化
    • 酶原需要通过激活过程才能产生有活性的酶
      • 有些酶在细胞内合成或初分泌、或在其发挥催化功能前处于无活性状态，这种无活性的酶前体称作酶原
      • 酶原的存在和酶原激活具有重要的生理意义。消化道蛋白酶以酶原形式分泌可避免胰腺的自身消化和细胞外基质蛋白遭受蛋白酶的水解破坏，同时还能保证酶在特定环境和部位发挥其催化作用
  • 酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
    • 酶蛋白合成可被诱导或阻遏
    • 酶的降解与一般蛋白质降解途径相同
      • 组织蛋白的降解途径
        • ①组织蛋白降解的溶酶体途径(非ATP依赖性蛋白质降解途径) ，由溶酶体内的组织蛋白酶非选择性催化分解一些膜结合蛋白 、长半寿期蛋白和细胞外的蛋白
        • ②组织蛋白降解的胞质途径(ATP依赖性泛索介导的蛋白降解途径)，主要降解异常或损伤的蛋白质，以及几乎所有短半寿期(10min~2h)的蛋白质
• 酶的分子结构与功能 P55
  • 酶的分子组成中常含有辅助因子
    • 结合酶=酶蛋白+辅助因子
      • 酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制
      • 辅助因子主要决定酶促反应的性质和类型
      • 酶蛋白与辅助因子结合在一起称为全酶，酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性，只有全酶才具有催化作用
    • 金属离子作为酶的辅助因子的主要作用是
      • ①作为酶活性中心的组成部分参加催化反应使底物与酶活性中心的必需基团形成正确的空间排列，有利于酶促反应的发生
      • ②作为连接酶与底物的桥梁，形成三元复合物
      • ③金属离子还可以中和电荷,减小静电斥力有利于底物与酶的结合
      • ④金属离子与酶的结合还可以稳定酶的空间构象
  • 酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
    • 酶的活性中心或活性部位是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。酶分子中氨基酸残基的侧链由不同的化学基
    • 酶的活性中心具有三维结构，往往形成裂缝或凹陷
    • 酶活性中心外的必需基团虽然不直接参与催化作用，却为维持酶活性中心的空间构象和(或)作为调节剂的结合部位所必需
  • 同工酶催化相同的化学反应
    • 同工酶是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶虽然在一级结构上存在差异,但其活性中心的三维结构相同或相似，故可以催化相同的化学反应
    • 动物的乳酸脱氢酶是一种含锌的四聚体酶
    • 同一个体不同发育阶段和不同组织器官中,编码不同亚基的基因开放程度不同，合成的亚基种类和数量也不同，这使得某种同工酶在同一个体的不同组织，以及同一细胞的不同亚细胞结构的分布也不同，形成不同的同工酶谱
• 酶的工作原理 P60
  • 酶促反应特点
    • 酶对底物具有极高的催化效率
    • 酶对底物具有高度的特异性
      • 绝对专一性
        • 有的酶只作用于特定结构的底物分子，进行一一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。这种特异性称为绝对专一性
      • 相对专一性
        • 有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构，而是依据底物分子中的特定的化学键或特定的基团，因而可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物，这种选择性称为相对专一性
    • 酶的活性与酶量具有可调节性
      • 体内许多酶的酶活性和酶量受体内代谢物或激素的调节
    • 酶具有不稳定性
  • 酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
    • 酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能
    • 酶与底物结合形成中间产物
      • 诱导契合作用使酶与底物密切结合
      • 邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心
      • 表面效应使底物分子去溶剂化
    • 酶的催化机制呈现多元催化作用
      • 酶分子所含有的多种功能基团具有不同的解离常数，即使同一种功能基团处于不同的微环境时，解离程度也有差异
      • 酶对底物还具有亲核催化和亲电子催化作用
      • 实际上许多酶促反应常常涉及多种催化机制的参与，共同完成催化反应
• 酶促反应动力学 P64
  • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • 米-曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性
    • Km与 Vmax是重要的酶促反应动力学参数
      • 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
      • Km 值是酶的特征性常数
      • Km 在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
      • Vmax 是酶被底物完全饱和时的反应速率
      • 酶的转换数
    • Km 和 Vmax 常通过林-贝作图法求取
      • 林-贝方程
  • 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的影响具有双重性
    • 酶促反应速率达最大时的反应系统的温度称为酶的最适温度
    • 酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应时间有关
  • pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率
    • 酶的最适pH也不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度以及酶的纯度等因素的影响。溶液pH高于或低于最适pH时，酶活性降低，远离最适pH时还会导致酶变性失活。在测定酶活性时,应选用适宜的缓冲液以保持酶活性的相对恒定
  • 抑制剂可降低酶促反应速率
    • 不可逆性抑制剂与酶共价结合
    • 可逆性抑制剂与酶非共价结合
      • 竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心
        • 与无抑制剂时相比，竞争抑制剂存在时的直线斜率增大，此时横轴截距所代表的表观Km增大，即酶对底物的亲和力降低，但不影响Vmax
        • 由于抑制剂和酶的结合是可逆的，抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及与底物浓度的相对比例
        • 磺胺类药物抑菌的机制属于对酶的竞争性抑制作用
      • 非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点
        • 非竞争性抑制剂存在时，直线的斜率增大，而 Km 不变，即非竞争性抑制剂不影响酶对底物的亲和力，但使Vmax降低
      • 反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生
  • 激活剂可提高酶促反应速率
    • 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂
    • 大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，否则将测不到酶的活性