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
  • 化学本质为蛋白质
    • 单体酶：由一条肽链构成
      • 溶菌酶
      • 牛胰核糖核酸酶A
    • 寡聚酶：由多个相同或不同的肽链（亚基）以非共价键连接组成
      • 蛋白激酶A
      • 磷酸果糖激酶-1
    • 多酶复合体：某一代谢途径中，按序催化完成一组连续反应的几种具有不同催化功能的酶彼此聚合
    • 多功能酶（串联酶）：一些酶在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能
  • 酶的分子组成中常含有辅因子
    • 单纯酶
    • 缀合酶
      • 酶蛋白：决定酶促和反应的特异性及其催化机制
      • 辅因子：决定酶促反应的反应类型
        • 辅酶：由非共价键与酶蛋白相连（疏松),超滤透析即除去
        • 辅基：由共价键与酶蛋白相连，不易除去
        • 作用
          • 参与传递电子质子或基团
          • 起运载体作用
        • 多为小分子的有机化合物和金属离子
          • B族维生素
          • 金属酶（与酶紧密结合，提取过程中不易丢失）
          • 金属激活酶（为酶的活性所必需，可逆结合)
  • 酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
    • 活性中心：特异性结合，催化底物转变为产物，三维结构
    • 必需基团
      • 活性中心内
        • 结合基团：识别结合底物与辅酶
        • 催化基团：影响底物中某些化学键的稳定性，催化化学反应
      • 活性中心外：不参与催化作用，维持酶活性中心的空间构象或作为调节剂的结合部位
    • 可发生空间结构变化（诱导契合），酶分子表面裂缝内部疏水，利于催化
  • 同工酶催化相同的化学发育
    • 同工酶：催化相同的化学反应，但酶分子的分子结构理化性质乃至免疫学性质均不同的一组酶，活性中心的三维结构相同相似
    • 动物的乳酸脱氢酶（LDH)由骨骼肌型（M型）和心肌型（H型）两张类型的亚基以不同比例组成的5种同工酶。
      • 心肌中LDH1含量最多，其对乳酸亲和力较高，催化其转化为丙酮酸并进一步氧化分解为心肌供能
      • 骨骼肌中LDH5含量最多，其对丙酮酸亲和力较高，催化其转变为乳酸，进行糖酵解
    • 肌酸激酶（CK)是由脑型（B型）和肌型（M型）两种亚基组成的二聚体酶
      • CK2常作为临床早期诊断心肌梗死的指标之一
• 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
    • 酶对底物具有高度特异性
      • 绝对特异性：作用于特定的底物分子
      • 相对特异性：底物分子中特定的化学键或基团
    • 酶具有可调节性（活性和含量的调节）
    • 酶具有不稳定性（作用条件要温和）
  • 酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
    • 更有效地降低活化能
    • 与底物形成中间产物（与底物结合为释能反应）
      • 诱导契合作用
      • 邻近效应与定向排列
      • 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
      • 亲核催化
• 酶促反应动力学
  • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • 一级反应--混合级反应--零级反应
    • Km值=酶促反应速率为最大反应速率的一半时的底物浓度
      • 为酶的特征性常数，与酶浓度无关
      • Km越小，酶对底物的亲和力越大
      • 酶的催化效率可用酶的转换数衡量
  • 底物充足时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
  • 温度对酶促反应速率的影响具双重性（与反应时间有关，非特征性常数）
  • 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（受底物浓度、缓冲液种类等因素影响，非酶的特征性常数）
  • 抑制剂可降低酶促反应速率
    • 不可逆性结合（与酶活性中心的必需基团结合）
      • 有机磷农药（羟基酶)特异性与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基的羟基结合
      • 低浓度的重金属离子（巯基酶）与巯基酶分子中的巯基结合
      • ①乙酰胆碱拮抗剂阿托品和胆碱酯酶复活剂解磷定②二巯基丙醇
    • 可逆性抑制剂与酶结合
      • 竞争性抑制剂
        • 抑制程度取决于其与酶的亲和力和底物浓度
        • 动力学特点;Vm不变，Km升高
      • 非竞争性抑制
        • 抑制程度取决于抑制剂浓度，底物浓度改变对其不影响
        • 动力学特点：Vm降低，Km不变
      • 反竞争性抑制剂
        • 抑制程度取决于抑制剂浓度与底物浓度
        • 动力学特点：Vm降低，Km降低
• 酶的调节
  • 酶活性调节
    • 别构效应
    • 化学修饰调节
    • 酶原转换为酶
  • 酶含量调节
    • 酶蛋白合成可被诱导或阻抑
    • 酶的降解
      • 组织蛋白降解的溶酶体途径（不依赖ATP)
      • 组织蛋白降解的胞质途径（依赖ATP与泛素)