酶与酶促反应

蛋白酶只能催化蛋白质水解，等等。载体，受体，酶有什么共同点？为什么他们都具有专一性？酶具有专一性的原因 酶催化的反应称为酶促反应，和酶进行反应的物质叫做底物。酶具有专一性，即一种酶只...

酶与酶促反应

• 酶的分子结构与功能
  • 总述
    • 概念：活细胞产生，具有高效特异性，对底物具有催化效应的蛋白质。
    • 基本名称：产物(P）、底物(S)、酶活性、酶促反应
  • 酶的分子组成
    • 分类
      • 结构上:单体酶、寡聚酶、多酶体系、多功能酶
      • 分子组成上
        • 单纯酶
        • 结合酶
          • 酶蛋白：决定酶反应的特异性和催化机制
          • 辅因子：决定酶反应的类型
            • 结合紧密程度分类
              • 辅酶(松）
                • 非共价键，可分离
              • 辅基(紧）
                • 共价键，不可分离
            • 组成类型
              • 小分子有机化合物
                • 来源：B族维生素、卟啉化合物
                • 功能：运输质子、电子、运载体作用
                • 部分辅酶辅基的催化作用（表格）
              • 金属离子
                • 功能
                  • 酶与底物必需基团进行正确空间排列
                    • 活性中心的组成部分
                  • 酶与底物的结合桥梁
                  • 中和电荷，利于结合
                  • 催化作用
                  • 稳定酶空间结构
                • 紧密程度分类
                  • 金属酶（不易丢失）
                  • 金属激活酶（可逆结合）
          • 全酶 （有活性）
  • 酶的活性中心
    • 概念：酶与底物特异性结合，催化其转变为产物
    • 必需基团
      • 来源：氨基酸残基侧链
      • 分类
        • 活性中心内
          • 结合基团：特异性识别结合
          • 催化基团：影响化学键的稳定性，催化其产生化学反应
        • 活性中心外
          • 维系酶活性中心的空间构象
  • 同工酶
    • 概念：催化相同反应，但结构、理化性质、免疫性质不同的一组酶
    • 机制：一级结构不同，三级结构相似
      • 基因的编码，转录本不同
    • 应用
      • 乳酸脱氢酶LDH1-5
        • 结构：两种亚基H、M，五种结构
        • 疾病：心梗LDH1，肝病LDH5
          • 机制：组织细胞病变导致酶活性升高，同工酶释放入血
          • 诊断：检测血清同工酶活性，分析血清同工酶谱(电泳图,同工酶曲线显示含量高低)
      • 磷酸激酶CK1-3
        • 结构：两种亚基M、B，三种结构
        • 疾病：心梗CK2
• 酶的工作原理
  • 与一般催化剂的共同点：质、量、平衡点不变，反应速率加快，只能催化热力学允许的化学反应
  • 反应特点
    • 高效性
      • 降低化学反应的活化能
        • 活化能：基态上升到中间过渡态所需能量
    • 特异性
      • 绝对特异性：针对特定的底物分子
        • 光学/立体异构体特异性
        • 琥珀脱氢酶，脲酶
      • 相对特异性：针对特定的化学键和基团
        • 消化系统的内外肽酶
    • 可调节性
      • 关键酶的调节
    • 不稳定性
      • 机制：酶的本质是蛋白质，受环境影响易变性
  • 反应机理
    • E+S=ES=E+P
    • 诱导契合假说：否定锁钥假说（酶的刚性结构） 提出酶与底物结合是相互诱导，变形，适应的结果
    • 邻近效应和定向排列：多底物结合活性中心时，相互靠近，形成正确定向关系，利于结合
    • 表面效应：酶表面形成疏水口袋，排除大量水的干扰，利于酶与底物结合
      • 去溶剂，除水化膜
    • 多元催化：多功能基团解离程度不同，一种基团在不同微环境下解离程度不同
      • 普通酸-碱催化：酸性基团或碱性基团反应（参与质子转移）
      • 共价催化：亲核基团或亲电子基团结合成共价中间产物，降低化学反应的活化能 (参与基团转移）
• 酶在医学中的应用
  • 疾病发生原因：酶的质、量异常
  • 疾病诊断指标：酶活性的改变
  • 疾病治疗方法：酶可作为药物治疗
• 酶的分类与命名
  • 按催化的反应类型分类：氧化还原/转移/水解/裂合/异构/连接酶类
  • 普通/系统命名
• 酶的调节
  • 对象：关键酶（催化单向不可逆反应）
    • 实例：三羧酸循环（8步3种关键酶）
  • 分类
    • 酶活性（快速）
      • 别构效应
        • 对象：活性中心外
        • 原理：活性中心外，酶与别构效应剂非共价可逆结合，构象改变，从而调节酶活性
        • 名称：别构酶、别构效应剂、别构部位（调节部位）
          • 别构激活剂 别构抑制剂
          • 别构酶是四级结构，有催化亚基和调节亚基，亚基之间有协同效应
      • 化学修饰
        • 概念：（共价修饰）酶的某些基团与其他酶共价可逆结合，从而改变酶活性
        • 类型：磷酸化，脱磷酸化
      • 酶原激活
        • 酶原：刚合成分泌的无活性前体
        • 酶原激活：酶原经过水解形成有活性的酶
        • 激活原理：酶活性中心形成暴露
        • 意义：保护机体
        • 实例：胰蛋白酶原的激活
    • 酶含量（慢速）
• 酶促反应动力学
  • 影响酶促反应速率的因素
    • 底物浓度[s]
      • 矩型双曲线——三个阶段a/b/c
      • 米氏方程——v=v(max)[s]/Km+[s]
      • Km
        • 1/2Vmax时的底物浓度
        • 酶的特征性常数（与酶浓度无关）
        • 一定条件下表示与底物的亲和力(反比）
      • v(max)
        • 酶饱和时的速率
        • 酶的转换数——酶饱和时一分子的酶能将底物转变为产物的分子数
      • 林-贝式方程
        • 双倒数作图
    • 酶浓度
      • 底物浓度足够大，成正比
    • PH
      • 影响酶与底物的解离程度
      • 最适PH
    • T
      • 双重性
        • 低温保存
      • 最适温度
    • 抑制剂[I]
      • 概念：降低酶活性，不变性
        • 与变性的区别：具有选择性
      • 紧密程度分类
        • 不可逆变性
          • 共价键结合
          • I与S共价结合，酶失活
          • 实例
            • 有机磷农药+胆碱酯酶（丝氨酸残基的羟基）——解磷定，阿托品
            • 路易士气（金属离子）+巯基酶（巯基）——二巯基丙醇
        • 可逆变性
          • 非共价键结合
          • 竞争性抑制
            • I与S结构相似，竞争生成EI
            • 动力学特点：Vmax不变，Km变大（亲和力下降）
            • 实例：磺胺类药物（竞争对氨基苯甲酸，二氢蝶酸合酶抑制）破坏细菌核酸
          • 非竞争性抑制
            • 活性中心外
            • 生成EI、ESI
            • 动力学特点：Vmax变小，Km不变
            • 实例：毒毛花苷对细胞膜的抑制，麦芽糖对α淀粉酶的抑制
          • 反竞争性抑制
            • 活性中心外
            • 生成ESI（影响P释放）
            • 动力学特点：Vmax变小，Km变大
            • 实例：苯丙氨酸对胎盘型碱性磷酸酶的抑制
    • 激活剂
      • 酶活性上升
      • 激活剂：金属离子
        • 必需激活剂
        • 非必需激活剂