生化：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

• 一、酶的分子结构与功能
  • 酶 、核酶的概念；结合酶、辅酶与辅基、酶活性中心和必需基团的概念；同工酶的概念及意义！
  • 基本概念
  • 酶的分子组成中常含有【辅因子】
    • 结合酶（全酶）
    • 辅因子的分类
    • 辅助因子的组成
      • • 小分子有机化合物
        • 金属离子
          • • 金属酶：金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。 如碱性磷酸酶的Mg2+
            • 金属激活酶：金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。 己糖激酶的Mg2+
  • 【酶的活性中心】是酶分子中执行其催化功能的部位
    • 结合基团与催化基团均是活性中心内的必需基团
    • 常见酶的必需基团：Ser的羟基、His的咪唑基、Cys的巯基及酸性氨基酸残基的羧基。
  • 【同工酶】催化相同的化学反应
    • 定义
    • 举例
      • 乳酸脱氢酶（LDH）
      • 肌酸激酶（CK）
    • 生化意义
• 二、酶的工作原理
  • 酶促反应的特点（特别是高度特异性） 酶促反应的机制（理解就好）
  • 酶具有不同于一般催化剂的【显著特点】
    • 绝对专一性：只作用于特定结构的底物分子，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 ，称酶的绝对特异性。如：脲酶仅能催化尿素水解生成CO2和NH3。
    • 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。如：消化系统中的蛋白酶仅对蛋白质中肽键的氨基酸残基种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求。
    • 可调节性实例：如磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激活，而受ATP的别构抑制。胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而胆固醇则阻遏该酶合成。
  • 酶通过促进底物形成过渡态而【提高反应速率】
    • 酶促反应的机制
    • 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
      • 酶催化底物反应时，必须首先与底物结合形成中间产物。酶与底物结合的过程是释能反应，释放的结合量是降低反应活化能的主要来源。酶活性部位的结合基团能否有效地与底物结合，并将底物转变为过渡态，是酶能否发挥其催化作用的关键。
      • • 契合：活性中心会相应底物的形态发生改变 邻近定向：正确的碰撞才能发生反应
    • 酶的催化机制呈现多元催化作用
      • 酸碱催化
      • 共价催化
  • 与催化反应的【比较】
• 三、酶促反应动力学
  • 记忆米氏方程！ Km和Vm值的概念和意义！ 酶浓度的正比影响 最适温度和最适pH的概念 不同类型的可逆性抑制作用的概念、特点及其对应的Km、Vm值的变化！
  • 【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
        • Km
          • 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值的大小并非固定不变，它与酶的结构、底物结构、反应环境的pH、温度和离子强度有关，而与酶浓度无关。
        • Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
        • 当酶被底物完全饱和时（Vmax），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，酶的转换数可用来表示酶的催化效率。
      • Km与Vmax 常通过林-贝作图法求取
        • 双倒数作图法：1/V=(Km/Vmax)·(1/【S】)+1/Vmax
          • 两边同时乘于【S】得到Hanes作图法
  • 底物饱和时【酶浓度】对酶促反应速率的影响呈直线正比关系
  • 【温度】对酶促反应速率的影响具有双重性
    • 酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度
    • 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
  • 【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
    • 酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH
    • 最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度、以及酶纯度等因素的影响。
  • 【抑制剂】可降低酶促反应速率
    • • 不可逆抑制作用
      • 可逆性抑制作用
        • • 竞争性抑制
          • 非竞争性抑制
          • 反竞争性抑制
  • 【激活剂】可提高酶促反应速率
• 四、酶的调节
  • 关键酶、变构酶的概念 酶原、酶原激活的概念
  • 【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
      • 别构酶的特点
    • 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
    • 【酶原】需要激活才能产生有活性的酶
      • 酶原的激活实质上是酶的活性中心形成或暴露
      • 生理意义
        • 避免合成的酶对细胞或组织进行自身消化，使酶在特定的部位和环境中发挥其催化作用。
        • 酶原还可以视为酶的储存形式。在需要时转化为有活性的酶，发挥对机体的保护作用。
  • 【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
    • 【酶降解】与一般蛋白质降解途径相同
• 五、酶的分类与命名
  • 酶可根据其【催化的反应类型】予以分类
  • 每一种酶均有其【系统名称】和【推荐名称】
• 六、酶在医学上的应用
  • 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
        • 酪氨酸酶缺乏引起白化病
        • 肝细胞葡糖-6-磷酸酶缺陷可引起Ⅰα 型糖原贮积症。
      • 一些疾病可引起酶活性或量的异常
        • 急性胰腺炎时，胰蛋白酶原在胰腺中被激活，造成胰腺组织被水解破坏。
        • 酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。如有机磷中毒、重金属中毒等。
    • 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】
    • 有些酶可作为酶标记测定法中的【标记酶】
    • 多种酶成为基因工程常用的【工具酶】
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