第三章 酶与酶促反应

生物化学与分子生物学 酶与酶促反应，包括酶的分子结构与功能，酶的工作原理，酶促反应功力学，酶的调节四个部分的内容。

第三章 酶与酶促反应

• 酶的分子结构与功能
  • 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
        • 全酶：酶蛋白与辅因子结合在一起称为全酶
          • 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
      • 辅因子
        • 辅酶
          • 结合比较疏松
        • 辅基
          • 与酶蛋白形成共价键，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
          • 识别与结合底物和辅酶，形成酶-底物过渡态复合物
        • 催化基团
          • 影响底物中某些化学键的稳定性，催化底物发生化学反应，从而转变成产物
  • 同工酶
    • 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
  • 金属离子
    • 与酶结合
      • 金属酶
      • 金属激活酶
    • 作用
      • 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。
      • 作为连接酶与底物的桥梁，形成三元复合物
      • 可以中和电荷，减小静电斥力，有利于酶与底物的结合。
      • 金属离子与酶的结合有利于稳定酶的空间构象。
    • 金属离子是最常见的辅因子
• 酶的工作原理
  • 酶具有不同于一般催化剂的显著特点
    • 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
    • 酶具有可调节性
    • 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
      • 活化能是指在一定温度下，1mol反应物从基态转变成过渡态所需要的自由能，即过渡态中间物比基态反应物高出的那部分能量
    • 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
      • 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
    • 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
          • v=（Vmax[S]）/（Km+[S]）
        • 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
            • 与酶浓度无关
          • Km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
          • Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
            • Vmax=k3[Et]
          • 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
          • 1/v=(Km/Vmax)•(1/[S])+(1/Vmax)
    • 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
    • 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
    • PH
      • 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
    • 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，使酶失活
          • 此类抑制剂不能用透析、超滤等方法去除
        • 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
          • 非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点
          • 反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生
    • 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
        • 酶的别构调节：体内一些代谢物可与某些酶的活性中心在的某个部位非共价可逆结合，引起酶的构象改变，从而改变酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的别构调节
    • 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
        • 磷酸化与去磷酸化（最常见）
        • 乙酰化与去乙酰化
        • 甲基化与去甲基化
        • 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
      • 酶原：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，这种无活性状态的酶的前体称为酶原
  • 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
        • 组织蛋白降解的溶酶体途径（非ATP依赖性蛋白质降解途径）
        • 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）