酶与酶促反应

生物化学与分子生物学之酶与酶促反应，包括酶的分子结构与功能、酶的工作原理、酶促反应动力学、酶的分类与命名等等。

酶与酶促反应

• 酶的分子结构与功能
  • 酶是一种生物催化剂，可以加快反应速率，但不能改变平衡点
  • 特点，催化效率高，专一性强，作用条件温和
  • 酶的不同类型
    • 单体酶
      • 相同亚基
    • 寡聚酶
      • 由多个相同或不同亚基以共价键连接组成的酶
    • 多酶体系
      • 多个不同功能的酶彼此聚合形成的多酶体系
    • 多功能酶或串联酶
  • 酶的分子组成中常含有辅助因子
    • 单纯酶
    • 缀合酶
      • you酶蛋白和辅助因子结合一起称为全酶，只有全酶有催化作用
    • 金属离子是最多见的辅助因子
      • 金属酶
        • 与酶结合紧密，提取过程中不易丢失
      • 金属激活酶
        • 为酶活性所必需，但与酶结合不紧密
      • 金属离子的作用
        • 参与催化反应，传递电子，在酶与底物间起桥梁作用 稳定酶构想中阴离子，降低反应中的静电斥力等
  • 酶活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
    • 酶活性中心：酶分子中能与底物结合并把底物催化成产物的有特定结构的区域
    • 酶活性中心 的两个功能区
      • 结合部位：与底物结合，决定酶的专一性
      • 催化部位：促进底物发生化学变化，决定酶的催化能力
    • 必需集团：与酶的催化活性直接相关的化学集团
      • 位于活性中心
      • 活性中心以外，稳定构想
  • 同工酶催化相同的化学反应
    • 同工酶：能催化相同化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构理化性质和免疫性能等方面存在明显差异的一组酶
    • 研究意义：作为遗传的标志，作为临床诊断的指标，研究某些代谢调节机制
• 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
      • 绝对专一性
      • 相对专一性
    • 酶的活性与酶的含量具有可调节性
    • 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
    • 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与酶的活性中心
      • 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
      • 共价催化
      • 金属离子催化
        • 金属酶
        • 金属-激活酶
• 酶促反应动力学
  • 酶促反应的影响因素
    • 酶浓度
    • 底物浓度
    • PH
    • 温度
    • 抑制剂
      • 可逆性抑制剂
        • 竞争性抑制
          • 结构与底物类似，并且结合位点在活性中心 或结构与底物不同，结合位点不在活性中心
          • 表观Km增大Vmax不变
        • 非竞争性抑制
          • 结合活性中心之外的调节位点
          • 表观Km不便Vmax下降
        • 反竞争抑制
          • 结合位点由底物诱导产生
          • 表观Km减小，Vmax下降
      • 不可逆性
        • 结合紧密，不可去除
          • 基因特异性抑制剂
            • 不像底物，通过对必须R集团的化学修饰使酶不可逆失活
          • 底物类似物
            • 像底物，与酶在活性中心结合
          • 过渡态类似物
          • 自杀性抑制剂
            • 像底物，与酶在活性中心结合，被酶修饰后变成反应性的抑制剂，并不可逆的抑制酶活性
    • 激活剂
      • 必需激活剂
      • 非必需激活剂
• 酶的调节
  • 酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节
    • 別构效应通过改变酶的构象而调节酶活性
    • 酶的化学修饰调节是通过某些化学集团与酶的共价可逆结合来实现
    • 酶原需要通过激活过程才能转变为有活性的酶
  • 酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
• 酶的分类与命名
  • 可根据其催化的反应类型予以分类
    • 氧化还原酶类
    • 转移酶类
    • 水解酶类
    • 裂合酶类
    • 异构酶类
    • 连接酶类
• 酶在医学中的应用
  • 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
    • 体液中酶活性的改变可作为疾病诊断指标
    • 某些酶可作为药物用于疾病的治疗
  • 酶可作为试剂用于临床检验和科学研究
    • 可作为酶偶联测定中指示酶或辅助酶
    • 可作为酶标记测定法中的标记酶
    • 成为基因工程常用的工具酶