酶与酶促反应

酶与酶促反应的思维导图，内容有酶的分子结构与功能、酶的工作原理、酶促反应动力学、酶的命名、酶的调节。

酶与酶促反应

• 酶的分子结构与功能
  • 总括
    • 酶的不同形式
      • 单体酶：仅具有三级结构的酶
      • 寡聚酶：亚基以非共价键相连，具有四级结构
      • 多酶体系：丙酮酸脱氢酶复合体
      • 多功能酶：多种不同催化功能存在于一条多肽链，如脂肪酸合成酶
  • 酶的分子组成
    • 分类
      • 单纯酶——水解后仅有氨基酸分子
      • 缀合酶
        • 蛋白质部分：酶蛋白
          • 决定酶促反应的特异性及其催化机制
        • 非蛋白质部分：辅助因子
          • 决定酶促反应的类型
          • 辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去，多为小分子有机化合物
          • 辅基：与酶蛋白结合紧密，不可用透析或超滤的方法去除，多为金属离子
    • 小分子化合物的作用：在反应中起运载体的作用，传递电子，质子或其他基团
    • 金属离子的作用：稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作德国化学家加载中用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等
  • 酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
    • 辅酶和辅基往往是酶活性中心的组成部分
    • 酶的必需基团
      • 定义：酶分子中与酶的活性直接相关的基团
      • 分类
        • 活性中心内的必需基团
          • 结合基团——识别与结合底物与辅酶
          • 催化基团——影响某些基团的稳定性，催化底物发生化学反应，转变为产物
        • 活性中心外的必需基团：维持酶活性中心应有的空间构象
  • 同工酶催化相同化学反应
    • 同工酶：指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不新榨季自同的一组酶
    • 同工酶在生物体的表达分布具有时空特异性
    • 肌酸激酶是由M型（肌型）和B型（脑型）亚基组成的二聚体酶/CK2仅见于心肌，且含量很高，常作于临床早期诊断心肌梗死的指标之一
    • 意义
      • 在代谢调节上发挥中重要作用
      • 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征
      • 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断
      • 同工酶可以作为遗传标志，用于研究
• 酶的工作原理
  • 与催化剂的共性
    • 在化学反应前后酶的质和量不变
    • 只催化热力学允许的化学反应，即只催化能量由高向低转变的化学反应
    • 只加速可逆反应的过程，而不改变反应的平衡点，即不改变反应的平衡常数
  • 不同于催化剂的显著特点
    • 酶对底物极高的催化效率
    • 酶对底物高度的特异性
      • 绝对特异性：酶只作用于特定结构的分子（脲酶）
      • 相对特异性：依据特定的化学键或化学基因（蔗糖酶，磷酸酶）
      • 立体异构特异性
    • 酶具有可调节性
      • 对酶生成与降解量的调节
      • 酶活性的调节：变构调节，化学修饰调节
      • 酶原的激活
    • 酶的高度不稳定性
      • 催化要在常温、常压、pH近中性
  • 酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
    • 酶极大降低了反应的活化能
    • 酶-底物复合物中间产物的形成与诱导契合作用
• 酶促反应动力学
  • 概念：研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量阐述
  • 影响因素：酶浓度，底物浓度，pH，温度，抑制剂，激活剂
    • 研究一种因素的影响时，其余各种因素均恒定
  • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • 研究前提
      • 单底物，单产物反应
      • 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小时的反应速度
      • 底物浓度远远大于酶浓度
    • 分析
      • 底物浓度较低时，反应速度与底物浓度呈正比，反应为一级反应
      • 随着底物浓度的增加，反应速度不再呈正比例加速，反应为混合级反应
      • 底物浓度到达一定高度时，反应速度不再增加，反应为零级反应
    • 米-曼方程
    • Km与Vmax
      • Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度
        • Km是酶的特征性常数，与酶浓度无关
        • Km一定条件下可近似表示酶对底物的亲和力
          • Km越大，酶对底物的亲和力越小
        • 同一酶对于不同底物有不同的Km值
      • Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比
  • 酶浓度对反应速度的影响
    • 底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比
  • 温度对反应速度的影响
  • pH对反应速度的影响
    • 最适pH不是酶的特征性常数
  • 抑制剂对反应速度的影响
    • 不引起酶的变性
    • 不可逆抑制
      • 有机磷化合物：羟基酶——解毒：解磷定（PAM）
      • 重金属离子及坤化合物：巯基酶——解毒：二巯基丙醇（BAL）
    • 可逆性抑制作用
      • 竞争性抑制：丙二酸与琥珀酸；磺胺类药物的抑菌机制
        • 抑制程度取决于①抑制剂与底物浓度相对比例②抑制剂与酶相对亲和力
      • 非竞争性抑制
      • 反竞争性抑制
• 自学
  • 疾病
    • 苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏——苯酮酸尿症
    • 血清谷草转氨酶活性显著升高——心肌梗塞患者
    • 氨甲喋呤5-氟尿嘧啶6-巯基嘌呤——遏制肿瘤生长
    • 磺胺类药——抑制细菌二氢叶酸合成酶活性
  • 医学
    • 酶法分析
    • 酶标记测定法：使物质被酶标记，通过测定酶活性来测定物质的存在和含量
    • 工具酶
      • 限制性核酸内切酶，连接酶，聚合酶，多聚核苷酸激酶，碱性磷酸酶
• 酶的命名
• 酶的调节
  • 总论
    • 调节方式
      • 酶活性的调节（快速调节）
        • 变构调节
        • 化学修饰调节
        • 酶原的激活
      • 酶含量的调节（缓慢调节）
    • 调节对象：关键酶（催化单向反应的酶）
  • 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的活性
      • 活性中心外，非共价键可逆结合
    • 化学修饰调节通过某些化学基团与酶的共价可逆结合
      • 磷酸化与去磷酸化；乙酰化与去乙酰化；腺苷化与去腺苷化；糖基化与去糖基化；甲基化与去甲基化
    • 酶原需要激活才能变成有活性的酶
      • 意义
        • 避免胰腺的自我消化和细胞外基质蛋白遭受蛋白酶的水解破坏
        • 保证酶在特定环境和部位发挥其作用
        • 凝血因子通常以酶原形式存在，不发生血液凝固，可保证血流畅通
  • 酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
    • 酶蛋白合成可以被诱导或阻遏
    • 酶的降解与一般蛋白质降解途径相同

酶与酶促反应

• 酶的分子结构与功能
  • 总括
    • 酶的不同形式
      • 单体酶：仅具有三级结构的酶
      • 寡聚酶：亚基以非共价键相连，具有四级结构
      • 多酶体系：丙酮酸脱氢酶复合体
      • 多功能酶：多种不同催化功能存在于一条多肽链，如脂肪酸合成酶
  • 酶的分子组成
    • 分类
      • 单纯酶——水解后仅有氨基酸分子
      • 缀合酶
        • 蛋白质部分：酶蛋白
          • 决定酶促反应的特异性及其催化机制
        • 非蛋白质部分：辅助因子
          • 决定酶促反应的类型
          • 辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去，多为小分子有机化合物
          • 辅基：与酶蛋白结合紧密，不可用透析或超滤的方法去除，多为金属离子
    • 小分子化合物的作用：在反应中起运载体的作用，传递电子，质子或其他基团
    • 金属离子的作用：稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作德国化学家加载中用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等
  • 酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
    • 辅酶和辅基往往是酶活性中心的组成部分
    • 酶的必需基团
      • 定义：酶分子中与酶的活性直接相关的基团
      • 分类
        • 活性中心内的必需基团
          • 结合基团——识别与结合底物与辅酶
          • 催化基团——影响某些基团的稳定性，催化底物发生化学反应，转变为产物
        • 活性中心外的必需基团：维持酶活性中心应有的空间构象
  • 同工酶催化相同化学反应
    • 同工酶：指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不新榨季自同的一组酶
    • 同工酶在生物体的表达分布具有时空特异性
    • 肌酸激酶是由M型（肌型）和B型（脑型）亚基组成的二聚体酶/CK2仅见于心肌，且含量很高，常作于临床早期诊断心肌梗死的指标之一
    • 意义
      • 在代谢调节上发挥中重要作用
      • 用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征
      • 同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断
      • 同工酶可以作为遗传标志，用于研究
• 酶的工作原理
  • 与催化剂的共性
    • 在化学反应前后酶的质和量不变
    • 只催化热力学允许的化学反应，即只催化能量由高向低转变的化学反应
    • 只加速可逆反应的过程，而不改变反应的平衡点，即不改变反应的平衡常数
  • 不同于催化剂的显著特点
    • 酶对底物极高的催化效率
    • 酶对底物高度的特异性
      • 绝对特异性：酶只作用于特定结构的分子（脲酶）
      • 相对特异性：依据特定的化学键或化学基因（蔗糖酶，磷酸酶）
      • 立体异构特异性
    • 酶具有可调节性
      • 对酶生成与降解量的调节
      • 酶活性的调节：变构调节，化学修饰调节
      • 酶原的激活
    • 酶的高度不稳定性
      • 催化要在常温、常压、pH近中性
  • 酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
    • 酶极大降低了反应的活化能
    • 酶-底物复合物中间产物的形成与诱导契合作用
• 酶促反应动力学
  • 概念：研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量阐述
  • 影响因素：酶浓度，底物浓度，pH，温度，抑制剂，激活剂
    • 研究一种因素的影响时，其余各种因素均恒定
  • 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • 研究前提
      • 单底物，单产物反应
      • 反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小时的反应速度
      • 底物浓度远远大于酶浓度
    • 分析
      • 底物浓度较低时，反应速度与底物浓度呈正比，反应为一级反应
      • 随着底物浓度的增加，反应速度不再呈正比例加速，反应为混合级反应
      • 底物浓度到达一定高度时，反应速度不再增加，反应为零级反应
    • 米-曼方程
    • Km与Vmax
      • Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度
        • Km是酶的特征性常数，与酶浓度无关
        • Km一定条件下可近似表示酶对底物的亲和力
          • Km越大，酶对底物的亲和力越小
        • 同一酶对于不同底物有不同的Km值
      • Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比
  • 酶浓度对反应速度的影响
    • 底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比
  • 温度对反应速度的影响
  • pH对反应速度的影响
    • 最适pH不是酶的特征性常数
  • 抑制剂对反应速度的影响
    • 不引起酶的变性
    • 不可逆抑制
      • 有机磷化合物：羟基酶——解毒：解磷定（PAM）
      • 重金属离子及坤化合物：巯基酶——解毒：二巯基丙醇（BAL）
    • 可逆性抑制作用
      • 竞争性抑制：丙二酸与琥珀酸；磺胺类药物的抑菌机制
        • 抑制程度取决于①抑制剂与底物浓度相对比例②抑制剂与酶相对亲和力
      • 非竞争性抑制
      • 反竞争性抑制
• 自学
  • 疾病
    • 苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏——苯酮酸尿症
    • 血清谷草转氨酶活性显著升高——心肌梗塞患者
    • 氨甲喋呤5-氟尿嘧啶6-巯基嘌呤——遏制肿瘤生长
    • 磺胺类药——抑制细菌二氢叶酸合成酶活性
  • 医学
    • 酶法分析
    • 酶标记测定法：使物质被酶标记，通过测定酶活性来测定物质的存在和含量
    • 工具酶
      • 限制性核酸内切酶，连接酶，聚合酶，多聚核苷酸激酶，碱性磷酸酶
• 酶的命名
• 酶的调节
  • 总论
    • 调节方式
      • 酶活性的调节（快速调节）
        • 变构调节
        • 化学修饰调节
        • 酶原的激活
      • 酶含量的调节（缓慢调节）
    • 调节对象：关键酶（催化单向反应的酶）
  • 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的活性
      • 活性中心外，非共价键可逆结合
    • 化学修饰调节通过某些化学基团与酶的共价可逆结合
      • 磷酸化与去磷酸化；乙酰化与去乙酰化；腺苷化与去腺苷化；糖基化与去糖基化；甲基化与去甲基化
    • 酶原需要激活才能变成有活性的酶
      • 意义
        • 避免胰腺的自我消化和细胞外基质蛋白遭受蛋白酶的水解破坏
        • 保证酶在特定环境和部位发挥其作用
        • 凝血因子通常以酶原形式存在，不发生血液凝固，可保证血流畅通
  • 酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
    • 酶蛋白合成可以被诱导或阻遏
    • 酶的降解与一般蛋白质降解途径相同