生物化学酶

生物化学酶内容总结、在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶-底物中间复合物；当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶

酶

• 概述
  • 定义：酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂
  • 本质：蛋白质 ，极少数是RNA核酸
    • 具有与蛋白质相似的结构特点
  • 酶与一般催化剂的共同特点
    • 用量少而催化效率高
    • 能加快化学反应速度，但不改变平衡点，反应前后本身不发生改变
    • 降低反应所需的化学能
  • 酶作为生物催化剂的特殊点
    • 高的催化效率
    • 高的专一性
      • 绝对专一性
      • 相对专一性
      • 立体专一性
    • 温和的反应条件
    • 在体内受到严格调控
    • 酶的催化能力与辅酶，辅基和金属离有关
  • 酶的命名
    • 习惯命名
    • 系统命名
  • 六大类酶催化反应
    • 氧化还原酶类
      • 氧化酶类，脱氢酶类，过氧化氢酶，过氧化物酶等
    • 转移酶类
    • 水解酶类
    • 裂合酶类
    • 异构酶类
    • 链接酶类
• 化学组成，结构和功能
  • 结构分类；
    • 单体酶
      • 仅具有三级结构的酶
    • 寡聚酶
      • 由多个相同或不同亚基以非共价键链接组成的酶
    • 多酶体系
      • 由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物
    • 多功能酶
      • 在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能
  • 组成：
    • 单纯酶
      • • 仅由氨基酸残基组成的酶
    • 结合酶
      • 酶蛋白+辅助因子=全酶
        • 一种酶蛋白只能与某一特定的辅酶/辅基集合(一蛋白一辅酶); 一种辅酶/辅基可与多种不同的酶蛋白结合组成具有不同专一性的酶(一辅酶多蛋白)
        • 辅助因子
          • 决定反应种类与性质
          • 种类
            • 金属离子
            • 小分子有机化合物
          • 分类
            • 辅基
              • 与酶蛋白的结合紧密，不能用透析或超滤将其除去
            • 辅酶
              • 与酶蛋白的结合疏松，可用透析或超滤的方法除去
  • 酶的活性中心
    • 概念；是酶分子中能与底物异地结合并催化底物转变为产物的具有三维结构的区域
    • 必需基团
      • 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团
        • 活性中心内的必需基团
          • 结合基团
            • 与底物相结合
          • 催化基团
            • 催化底物转变成产物
        • 活性中心外的必需基团
          • 维持酶活性中心的空间构象或作为调节剂的结合部位所必需
    • 特点
      • 表面凹陷的部位，呈口袋状或细缝状
      • 形成非共价键，与底物结合
      • 一级结构上不相邻的氨基酸极性侧链基团组成的
    • 酶原和酶原的激活
      • 酶原；没有活性酶的前体
      • 酶原的激活；酶原在一定条件下经适当的物质作用可转变为有活性的酶的过程
      • 本质；酶活性部位形成或暴露的过程
• 酶催化反应机理
  • 酶与底物分子的结合（中间产物学说）
    • 在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶-底物中间复合物；当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶
      • 锁钥假说
      • 诱导契合假说
  • 酶高效率催化的机制及实例
    • 底物和酶靠近与定向
      • 增加反应速度的解决方法
        • 酶活性中心的催化基团与底物的反应基团只有即靠近又定向
        • 反应速度与反应物的浓度成正比 酶活性中心附近增加底物浓度
    • 底物变形与电子张力
      • 酶与底物结合后，底物变形与电子张力的产生
        • 底物发生变形，底物由基态变为激发态，降低了活化能，能酶促反应加速
        • 活性中心的极性基团或离子使底物敏感键中的某些基团的电子云密度增加或降低，从而产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，更易发生反应
    • 共价催化
      • 酶与底物形成极不稳定的、共价结合的ES复合物(过渡态)，复合物易变成产物从而降低反应的活化能，反应速度加快
    • 酸碱催化
      • 酶的活性中心某些氨基酸残基的R基团是酸碱基团（如氨基、羧基等）是良好的质子供体或受体，极有利于进行酸碱催化作用
  • 酶活力的测定
    • 注意点
      • 应测反应初速度
      • 温度，PH，离子强度和底物浓度等因素保持恒定，
      • 【S】＞＞【E】
    • 酶的反应速度及曲线
      • 一般用单位时间内产物的增加量来表示
      • 为矩形双曲线
    • 引起酶促反应速率降低的原因
      • 底物浓度的降低
      • 产物浓度增加加速了逆反应的进行
      • 产物对酶的抑制或激活作用
      • 随着时间的延长引起酶本身部分分子失活等
    • 酶活力和比活力的表示方法
      • 酶活力；提高反应速度的能力 单位；U
      • 比活力；指没mg蛋白质所具有的酶活力 U/mg
• 酶的调节
  • 酶活性的调节
    • 属于快速调节过程
    • 方式
      • 别构调节
        • 特定小分子物质与酶结合后，使酶蛋白的空间结构改变、进而使酶活性变化的方式
        • 别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性
        • 别构酶
          • 定义；含有别构中心的酶
          • 别构效应剂
            • 非共价结合
            • 别构激活剂
              • 反应曲线向左移动 所需底物浓度降低，酶和底物的亲和力增加
            • 别构抑制剂
              • 反应曲线向右移动，所需底物浓度增加 酶与底物亲和力减小
          • 别构部位
            • 可位于不同的亚基，或相同的亚基的不同部位
          • 动力学曲线
            • 时S形曲线
              • 不符合米氏方程
          • 当底物浓度发生很小的变化时，变构酶促反应速度出现极大变化 ，变构酶反应速度对底物浓度的变化极为敏感
          • 具有协同效应
      • 化学修饰调节/共价修饰
        • • 酶蛋白肽链上的一些基团可在其他酶的催化下，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团
      • 酶原的激活
        • 实质上；酶活性中心形成或暴露的过程
  • 酶含量的调节
    • 消耗ATP较多，所需时间较长，属于缓慢调节过程
      • 酶的讲解
      • 酶的合成
    • 酶蛋白的合成可被诱导或阻遏
      • 诱导
        • • 在转录水平上能促进酶合成的物质诱导物诱发酶蛋白合成的作用
      • 阻遏
        • • 转录水平上能减少酶蛋白合成的物质
            • 辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合而影响基因的转录的作用
  • 同工酶的调节
    • 概念
      • • 催化相同的化学反应(1)，
          • 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
    • 一级结构存在差异
• 酶促反应动力学
  • 概念；是研究酶促反应的速度以及影响此速度的各种因素科学
  • 研究前提；1.单底物，单产物 2.反应速度取初速度3.底物浓度远大于酶浓度
  • 影响因素
    • 底物浓度
      • 前提条件；酶浓度【E】不变
      • 影响程度
        • • 当底时物浓度较低
            • • 反应速率与底物浓度成正比
            • 反应为一级反应
        • 随着底物浓度的增高
          • 反应速率不再成正比例加速
          • 反应为混合级反应
        • 当底物浓度高达一定程度
          • 反应速率不再增加，达最大速率
          • • 反应为零级反应
        • 米曼方程式（米氏方程）
          • 三个假设
          • • [S]：底物浓度
            • V：不同[S]时的反应速率
            • Vmax ：最大反应速率
              • 给定酶浓度下，Vmax为常数理论反应最大值，实际达不到
            • Km ：米氏常数
              • =Vmax一半时的底物浓度
              • 反应酶和底物的亲和力，米氏常数越大，亲和力越小（负相关
              • • Km值最小的为最适底物
                • 是特征性常数，但并非不变
                  • 与酶和底物的性质有关，与酶、底物浓度无关
                  • 受到温度，pH，离子强度影响。Km值最小的是酶反应的最适反应条件
            • Km 值与Vmax求法
              • • 双倒数作图法/林-贝氏作图法
    • 酶浓度
      • 前提条件；底物浓度【S】足够（[S]>>[E]）。酶被底物饱和
      • 反应速率达最大速率 V = k3 [ES]
      • 反应速率和酶浓度变化呈正比关系
    • 温度
      • 钟罩型曲线
      • 双重影响
        • • 温度升高，酶促反应速度升高
            • 由于酶的本质是蛋白质，高温会引起酶的变性，从而降低反应速度
        • 低温使酶活性降低但不导致变性温度回升后，酶又恢复其活性
      • 最适温度时反应速度最快
      • 不是酶的特征性常数
    • pH
      • 改变酶分子及底物分子的解离状态或变性
      • 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
      • 偏离最适pH越多，速率越慢，过酸过碱都会导致酶变性失活
    • 抑制剂
      • 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质
        • 不可逆性抑制
          • 特点；抑制剂与酶形成共价键，抑制剂不易去除，不能用透析和超滤等方法去除，但可用化学方法使共价键解离，从而恢复酶活性
        • 可逆性抑制
          • 特点；抑制剂与酶形成非共价键，抑制剂易去除，能用透析和超滤等方法去除，能部分或全部恢复酶的活性 可逆可恢复
          • 类型
            • 竞争性抑制
              • 竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心
              • 特点
                • 抑制剂与底物结构类似
                • 抑制剂程度取决于【I】/【S】
                • • Vmax不变，表观Km增大
              • 竞争性抑制可通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除
            • 非竞争性抑制
              • 特点
                • 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合
                • 抑制程度取决于【I】
                • Vmax降低，表观Km不变
              • 不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合
              • 但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物
            • 反竞争性抑制
              • 特点
                • 抑制剂与ES复合物结合
                • 抑制程度取决于【I】与【S】
                • Vmax降低，表观Km减小
    • 激活剂
      • 定义
        • 使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质
      • 类型
        • 必需激活剂
        • 非必需激活剂
• 酶的特征性常数
• 酶蛋白单独存在时无活性