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

• 酶的分子结构与功能
  • 定义
    • 单体酶、寡聚酶、多酶复合物（多酶体系）、多功能酶
  • 酶按分子组成可分为
    • 单纯酶
      • 仅含有氨基酸组分
    • 结合酶（缀合酶）
      • 酶蛋白
      • 辅因子
        • 辅酶
          • 结合比较疏松
        • 辅基
          • 结合较为紧密
  • 催化功能
    • 部位: 酶的活性中心
      • 定义
        • 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。
      • 必需基团
        • 结合基团
        • 催化基团
  • 同工酶
• 酶的工作原理
  • 酶具有不同于一般催化剂的显著特点
    • ①酶对底物具有极高的催化效率
    • ②酶对底物具有高度的特异性
      • 绝对特异性
        • 作用于特定结构的底物分子
      • 相对特异性
        • 作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物
    • ③酶具有可调节性
    • ④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
      • ①诱导契合作用使酶与底物密切结合
      • ②邻近效应与定向排列使诸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
    • 酶的催化机制呈现多元催化作用
      • 酸碱催化作用
      • 亲核催化和亲电子作用
• 酶促反应动力学
  • 影响因素
    • ①底物浓度
      • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
        • 米-曼方程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
          • ①Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度
          • ②Km值是酶的特征性常数
            • 与酶浓度无关
          • ③Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
            • Km越大，酶对底物的亲和力越小
            • Km越小，酶对底物的亲和力越大
          • ④Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
          • ⑤酶的转换数
            • 当酶被底物完全饱和时，单位时间内每个酶分子（或活性中心） 催化底物转变成产物的分子数称为酶的转换数，可用来表示酶的催化效率。
        • Km和Vmax常通过林-贝作图法（双倒数作图法）求取
    • ②酶浓度
      • 底物足够时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
    • ③温度
      • 温度对酶促反应速率的影响具有双重性 酶的最适温度不是酶的特征性常数
    • ④PH
      • 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不是酶的特征性常数
    • ⑤抑制剂
      • 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
          • ①竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心
          • ②非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点
          • ③反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生
    • ⑥激活剂
      • 激活剂可提高酶促反应速率
        • 多为金属离子，如Mg+、K+、Mn+ 也有许多有机化合物激活剂，如胆汁酸盐
• 酶的调节
  • 酶活性的调节 （快速调节）
    • 酶的结构调节
      • 別构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性
    • 酶的化学修饰调节
      • 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
        • ①磷酸化与去磷酸化（最常见）
        • ②乙酰化与去乙酰化
        • ③甲基化与去甲基化
        • ④腺苷化与去腺苷化
    • 酶原需要通过激活过程才能转变为有活性的酶
      • 酶原的激活大多是经过酶的水解作用 酶原激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程
  • 酶含量的调节 （缓慢调节）
    • 酶蛋白可被诱导或阻遏
      • 诱导作用
        • 诱导物诱发蛋白质合成
          • 诱导物:在转录水平上能促进酶合成的物质
      • 阻遏作用
        • 辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合影响基因的转录
          • 辅阻遏物:在转录水平上能减少酶蛋白合成的物质
    • 酶的降解与一般蛋白质降解途径相同
      • 组织蛋白的降解胞质途径
        • 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）
        • ②组织蛋白降解的胞质途径（ATP依赖性泛素介导的蛋白降解途径）
• 酶的分类与命名
  • 根据酶催化的反应类型
    • ①氧化还原酶类
      • 乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等
    • ②转移酶类
      • 甲基转移酶、氨基转移酶、乙酰转移酶
    • ③水解酶类
      • 蛋白酶、核酸酶、脂肪酶、脲酶
    • ④裂合酶类
      • 变味酶、脱羧酶、醛缩酶、水化酶
    • ⑤异构酶类
      • 变位酶、异构酶、消旋酶
    • ⑥连接酶类
• 酶在医学中的应用
  • 酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关
    • 酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关
    • 体液中酶活性的改变可作为疾病的诊断指标
    • 某些酶可作为药物用于疾病的治疗
    • 药物可通过抑制体内的某些酶来达到治疗目的
  • 酶作为试剂用于临床检验和科学研究
    • 有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶
    • 有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶
    • 多种酶成为基因工具常用的工具酶
• 金属离子
  • 与酶结合
    • 金属酶
    • 金属激活酶
  • 作用
    • 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可以中和电荷，减小静电斥力，有利于酶与底物的结合。
    • ④金属离子与酶的结合有利于稳定酶的空间构象。
• 全酶
  • 蛋白质部分——酶蛋白: 决定酶促反应的特异性及催化机制
  • 非蛋白质部分——酶因子: 决定酶促反应的类型
    • 组成
      • 小分子有机化合物
      • 金属离子
    • 作用
      • 传递电子、质子或起运载体作用