生化第三章笔记

生化第三章酶与维生素讲述了酶的分类与命名、酶的分子组成与功能、维生素与辅因子、酶在医学中的应用、酶的工作原理、酶的调节。

生化第三章——酶和维生素

• 酶的分类与命名
• 酶的分子组成与功能
• 酶的工作原理
  • 酶与一般催化剂的共同点
    • 在反应前后没有质和量的变化;
    • 只能催化热力学允许的化学反应;
    • 只能加速可逆反应的进程,而不改变反应的平衡点。
  • 酶促反应的特点
    • 酶对底物具有极高的效率
    • 酶对底物具有高度的特异性
    • 酶促反应具有可调节性
      • 酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。
        • 例如
          • 胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而胆固醇则阻遏该酶合成
          • 磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激活，而受ATP的别构抑制。
    • 酶具有不稳定性
      • 酶的化学本质主要是蛋白质。在某些理化因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶会发生变性而失去催化活性
  • 酶促反应的机制
    • 酶-底物的诱导契合作用
      • 诱导契合作用使酶与底物密切结合
      • 酶与底物相互接近时,其结构相互诱导、相互变形和相互适应,进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合(induced-fit).
    • 邻近效应与定向排列
      • 酶在反应中将诸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。
      • 这种邻近效应(proximity effect)与定向排列（orientation arrange)实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应,从而提高反应速率。
    • 表面效应
      • 酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”,在此疏水环境中进行反应,排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥, 防止水化膜的形成,利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surface effect)
    • 多元催化
      • 一般酸-碱催化作用(general acid-base- catalysis)
      • 共价催化作用(covalent catalysis) 亲核和亲电子催化作用(nucleophilic catalysis)
  • 酶促反应动力学 研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述
    • 底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线
    • 底物足够时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
      • 在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。
      • 当[S]>>[E],酶可被底物饱和的情况下,反应速率与酶浓度成正比。
      • 关系式为:V=k3[E]
      • 当S>>［E]时,Vax=k3[E］ 酶浓度对反应速率的影响
    • 温度对酶促反应速率的影响具有两重性
      • 温度对酶促反应速率具有双重影响。
      • 酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度(optimum temperature)。
        • 酶的最适温度不是酶的特征性常数,它与反应进行的时间有关。
        • 酶的活性虽然随温度的下降而降低,但低温一般不使酶破坏。温度回升后,酶又恢复其活性。
      • 低温的作用
        • 贮存生物制品、菌种等
          • 低温时由于活化分子数目减少,反应速度降低,但温度升高后,酶活性又可恢复。
        • 临床上的低温麻醉
          • 减少组织细胞的代谢程度,使机体耐受手术时氧和营养物质的缺乏。
    • pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率
    • 抑制剂对酶促反应速率的影响
      • 酶的抑制剂(inhibitor)
        • 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。
      • 酶的抑制区别于酶的变性
        • 抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性
      • 抑制作用的类型 根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为
        • 不可逆性抑制
        • 可逆性抑制
          • 概念
            • 抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。
          • 类型
            • 竞争性抑制 (competitive inhibition)
              • 竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶 的活性中心
              • 定义——有些抑制剂与底物的结构相似,能与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶一底物复合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。
              • 特点
                • L与S结构类似,竞 争酶的活性中心
                • 抑制程度取决于抑 制剂与酶的相对亲 和力及底物浓度;
                • 动力学特点:Vmax不变,表观Km增大。
              • 举例
                • 丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶
                • 磺胺类药物的抑菌作用机制
            • 非竞争性抑制 (non-competitive inhibition)
              • 非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力
              • 有些抑制剂与酶活性中心外的必需基团相结合，不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系。酶-底物-抑制剂复合物 (ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称 作非竞争性抑制作用。
              • Vmax
            • 反竞争性抑制 (uncompetitive inhibition)
              • 反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合
              • 抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少 从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中 间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作 用称为反竞争性抑制作用。
    • 激活剂可加快酶促反应速率
      • 定义
        • 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为激活剂(activator)。
      • 种类
        • 非必需激活剂 (non-essential activator)
        • 必需激活剂 (essential activator)
• 酶的调节
  • 调节对象——关键酶
  • 酶活性的调节（快速调节）
    • 酶的别构调节(allosteric regulation)
      • 一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。
    • 酶的化学修饰
      • 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰
    • 酶原与酶原激活
      • 酶原——有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。
      • 酶原的激活
        • 在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。
  • 酶含量的调节（缓慢调节）
    • 酶蛋白合成可被诱导或阻遏
      • 特点：一般发生在转录水平，是一种缓慢而长效的调节。
    • 酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同
      • 溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降解途径）
      • 非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）
• 酶在医学中的应用
  • 酶与疾病的发生、诊断和治疗
  • 酶在临床检验和科学研究中的应用
• 维生素与辅因子
  • 脂溶性维生素
  • 水溶性维生素与辅因子