第三章 酶与酶促反应

第三章 酶与酶促反应的思维导图，整理了酶分子的结构与功能、酶的工作原理、酶促反应动力学、酶的调节的内容，快来看看吧！

第三章 酶与酶促反应

• 酶分子的结构与功能
  • 酶的定义
    • 是一类由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或核酸。
  • 酶的分子组成
    • 单酶
      • 定义：水解后仅有氨基酸组分而无其他组分的酶
      • 如脲酶、淀粉酶、核酸酶、某些蛋白酶、脂酶
    • 缀合酶（结合酶）
      • 定义： 由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成，其中蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅因子。
      • 酶蛋白
        • 1| 结合底物
        • 2| 决定反应的特异性机制及其催化机制
      • 辅因子
        • 1| 传递电子、质子或起运载体作用
        • 2| 决定反应类型
        • 3| 按其与酶结合紧密程度分
          • 辅酶
            • 通过非共价键与酶蛋白相连
            • 结合比较疏松
            • 用透析或超滤方法除去
          • 辅基
            • 与酶蛋白形成共价键
            • 结合交紧密
            • 不易通过透析或超滤除去
        • 4| 化学本质上区分
          • 金属离子
          • 小分子有机物（多为 B 族维生素衍生物或卟咻化合物）
  • 酶的活性中心
    • 定义：酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域称为酶的活性中心或酶的活性部位。
    • 组成成分：辅酶和辅基
    • 必需基团：丝氨酸残基的羟基、组氨酸残基的咪唑基、半胱氨酸残基的锍基，以及酸性氨基酸残基的羧基
    • 活性中心内的必需基团
      • 结合基团：识别与结合底物和辅酶
      • 催化基团：催化底物转成产物
    • 活性中心外的必需基团 维持酶活性中心应有的空间构象或作为调节剂的结合部位所必需。
    • ps：1．酶作用的专一性主要取决于酶活性中心的结构特异性（即酶蛋白部分） 2．保持活性中心的空间结构是维持酶活性所必需的。
    • 
      • 子主题
  • 同工酶
    • 概念：催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫性质不同的一组酶
    • 乳酸脱氢酶（动物：一种含锌的四聚体酶）
      • 心肌：LDH1
      • 肝：LDH5
      • 脑：CK1，心肌：CK2
      • CK2：早期诊断心肌梗死的指标
• 酶的工作原理
  • 酶与一般催化剂的显著特点
    • 相同的特点
      • 反应前后质与量不变，且用量少。
      • 缩短到达平衡的时间，不改变平衡点。
      • 只能催化热力学上允许进行的反应。
    • 酶作用特点
      • 极高催化效率
      • 特异性
      • 可调性
      • 不稳定性
  • 
    • 工作原理
      • 酶与底物结合释放能量（结合能）有效地降低反应活化能
      • 酶通过促进底物形成不稳定的过渡态，而提高反应速率。
      • 酶的多元催化作用
      • 
  • 酶与底物结合形成中间产物
    • 1| 诱导契合作用 使底物转变成为不稳定的过渡态，易受酶的攻击而转化为产物
    • 2| 表面效应
      • 2.1. 在疏水环境中进行，使底物分子去溶剂化
      • 2.2. 防止水化膜的形成，利于底物与酶分子密切接触和结合
    • 3| 邻近效应 与定向排列使底物形成有利于反应的正确定向关系
    • 4| 多元催化作用
      • 4.1. 酸碱催化作用
      • 4.2. 共价催化作用
        • 亲核催化作用
        • 亲电催化作用
• 酶促反应动力学
  • 一、 底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
    • 米-曼方程 （揭示底物反应的动力学特征）
      • 方程式
        • 
      • Km的意义
        • 1| 与酶的性质，酶所催化的底物和反应条件（温度、 pH 、有无抑制剂等）有关，与酶浓度无关。各种酶的 Km 值大致在10-6~10-2 M 之间。
        • 2| Km 值愈小，酶与底物亲和力愈大，反之越小。
        • 3| Km 值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
          • 
      • 米氏方程前提
        • 1| 反应是单底物反应
        • 2| 测定的反应速率为初速率（即指反应刚开始，各种影响因素尚未发挥作用时的酶促反应速率）
        • 3| 当［ S ］远远大于［ E ］时，在初速率范围内，底物的消耗很少（<5%)，可以忽略不计。
      • 米氏常数的测定
        • 基本原则：将米氏方程变为直线方程，在做图求Km
        • 林-贝作图法（双倒数作图法）
          • 
      • Km在实际中的应用
        • 1. 鉴定酶
          • 可以鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段、不同生理状态下催化相同反应的酶是否为同一种酶。
        • 2. 判断酶的最佳底物
          • 如果一种酶可作用于多个底物，就有几个 Km 值，其中 Km 最小对应的底物就是酶的天然底物。
        • 3. 计算一定速度下的底物浓度
          • 某一反应要求的反应速度达到最大反应速度的99%，则［ S ]=99Km。
  • 二、 酶浓度
    • 对酶促反应速率的影响呈直线关系
    • 随着酶浓度的增加，酶促反应增大，两者呈正比关系
  • 三、 温度
    • 对酶促反应的影响具有双重性
    • 最适温度不是酶的特征性常数，与反应时间有关
    • 
  • 四、 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
    • 除少数 胃蛋白酶的最适 pH 约为1.8，肝精氨酸酶的最适 pH 为9.8 外，动物体内多数酶的最适 pH 接近中性。
    • 酶的最适 pH 也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的纯度等因素的影响。
  • 五、 抑制剂
    • 定义：凡能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质
    • 根据和酶结合紧密程度分类
      • 不可逆性抑制
        • 共价结合
        • 不能用透析、超滤去除
        • 例子
          • 有机磷农药—特异地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合
          • 低浓度重金属离子（汞离子、银离子、铅离子及砷离子）与巯基基酶分子中巯基结合，路易士气
      • 可逆性抑制
        • 非共价结合
        • 可用透析、超滤或稀释除去
        • 类型
          • 竞争性抑制剂（与底物竞争结合酶的活性中心）
            • 
              • 磺胺类药物：使细菌生长受抑制
              • 对氨基本甲酸
              • 四氢叶酸
          • 非竞争性抑制剂（与酶活性中心外的结合点相结合，不影响酶与底物结合，底物也不影响酶与抑制剂结合）
            • 
              • 亮氨酸、毒毛花苷G、麦芽糖
          • 反竞争性抑制剂（与酶-底物复合物结合）
            • 
              • 苯丙氨酸
  • 六、 激活剂
    • 定义：凡是能提高酶活性的物质，称为酶的激活剂
    • 必需激活剂：不可缺少的，否则测不到酶活性 例：大多数的金属离子
    • 非必需激活剂：不存在时，酶有一定的催化活性 例： CI ﹣是唾液淀粉酶的非必需激活剂
    • 金属离子： K 、 Na 、 Mg +、Cu2+、Mn2+、Co2+、Fe2+ 阴离子： Cl 、 Br 有机分子：胆汁酸盐
• 酶的调节
  • 酶活性的调节是对酶促反应的快速调节
    • 别构调节
      • 概念：体内一些代谢物可与某些酶的适性中心外的某个部非共价可逆结合，引起醇的构象改变，从而改变酶的活性（提高或降低），亦曾称为变构调节。
      • 受变构调节的酶称别构酶，引起别构效应的物质称为别构效应剂。
      • 酶与别构效应剂结合的部位称为别构部位或调节部位
      • 别构酶通常含有多个亚基，有催化亚基和调节亚基之分。
        • 正协调效应
          • 
        • 负协调效应
    • 化学修饰调节
      • 概念：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，从而影响酶的活性。
        • 磷酸化与脱磷酸化
        • 乙酰化和脱乙酰化
        • 甲基化和脱甲基化
        • 腺苷化和脱腺苷化
    • 酶原激活
      • 概念：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。
      • 酶原：无活性的酶前体
        • 概念：有些酶在细胞内合成或初分泌、或在其发挥催化功能前处于无活性状态 。
        • 无活性的酶原
          • 胃蛋白酶
          • 凝血酶
      • 意义
        • 避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。（消化酶）
        • 有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要 时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。（凝血酶）
  • 酶含量的调节是对酶促反应的缓慢调节
    • 酶蛋白合成可被诱导或阻遏
      • 诱导作用 ：在转录水平上能促进酶合成的物质称之为诱导物 ，诱导物诱发酶蛋白合成的作用称为诱导作用。
      • 阻遏作用 ：在转录水平上能减少酶蛋白合成的物质称为辅阻遏物（ co - repressor )，辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合而影响基因的转录，这种作用称为阻遏作用。
      • 
  • 酶的分类与命名
    • 氧化还原酶
      • 如：乳酸脱氢酶，琥珀酸脱氢酶，细胞色素氧化酶，过氧化氢酶，过氧化物酶
    • 转移酶
      • 如：甲基转移酶，氨基转移酶，乙酰转移酶，转硫酶，激酶和多聚酶
    • 水解酶
      • 如：蛋白酶，磷酸酶和核酸酶，脂肪酶和脲酶
    • 裂合酶
      • 如：脱水酶，脱羧酶，醛缩酶，水化酶
    • 异构酶
      • 如：变位酶，异构酶，表异构酶，消旋酶
    • 连接酶
      • 如：DNA连接酶，氨基酰tRNA合成酶和谷氨酰胺合成酶
    • 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同的一组酶。
• 全酶，单独存在时均无活性，只有全酶才具有催化作用