“酶”知识总结

对应人民卫生出版社的《生物化学》的酶章节。

酶

• 分子结构与功能
  • 酶的不同形式
    • 单体酶
    • 寡聚酶
    • 多酶体系
    • 多功能酶
  • 酶的分子组成
    • 金属酶
      • 金属离子与酶结合紧密,提取过程不易丢失
    • 单纯酶
      • 仅含有蛋白质的酶
    • 结合酶
      • 由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成的酶
    • 全酶
      • 蛋白质部分（酶蛋白）+辅助因子（小分子有机化合物，金属离子）
    • 全酶分子中各部分在催化反应中的作用
      • 酶蛋白决定反应的特异性
      • 辅助因子决定反应的种类与性质，他们在酶促反应中主要参与传递电子，质子或转移某些化学基团的作用
    • 辅助因子
      • 分类
        • 辅酶：与酶蛋白结核疏松，可用透析或超滤的方法除去
        • 辅基：与酶蛋白结合紧密，不可用透析或超滤的方法除去
      • 组成
        • 有机化合物
          • B族维生素的衍生物或卟咻化合物
        • 金属离子(特点)
          • 参与催化反应,传递电子
          • 在酶与底物间起桥梁作用
          • 稳定酶的构象
          • 中和阴离子,降低反应中的静电力等
      • 作用
        • 在酶促反应中主要参与传递电子,质子(或基团)或起运载体作用
  • 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改变为产物的具有特定三维结构的区域
    • 必需基团
      • 定义
        • 与酶活性密切相关的化学基团
      • 分类
        • 活性中心内：结合基团和催化基团
        • 活性中心外：维持酶活性中心的空间构象和作为调节剂的结合部位所必需
      • 酶的必需基团
        • 丝氨酸的羟基，组氨酸的咪唑基，半胱氨酸的巯基，酸性氨基酸的羧基
  • 同工酶催化的反应
    • 定义
      • 同工酶是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
    • 意义
      • 在代谢调节上起着重要的作用；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
• 工作原理
  • 酶促反应特点
    • 高效性
    • 特异性
      • （1）绝对专一性 （2）相对专一性
    • 调节性
    • 不稳定性
  • 酶促反应机制
    • 酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能
    • 邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心
    • 表面效应使底物分子去溶剂化
• 酶促反应动力学
  • 底物浓度对反应速率影响（作图：呈矩形双曲线）
    • 当底物浓度较低时：反应速率与底物浓度成正比，反应为一级反应
    • 随着底物浓度的提高：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（酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是中间产物学说）V=Vmax[S]/Km+[S] s底物浓度 V 反应速率 Km米氏常数，最大反应速率
  • Km与Vm是重要的酶促反应动力学参数
    • Km值的定义
      • 等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度（mol/L）
    • Km的意义
      • 酶的特征性常数 一个酶对应一个底物有它的Km值，底物不同，Km不同，与酶的浓度无关
      • Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力 Km越大，表示酶对底物的亲和力小
  • Km与Vmax求取方法
    • 双倒数作图法
      • 1/V=Km/Vmax ·1/[S]+1/Vmax
    • Hanes作图法
      • [S]/V=Km/Vmax+[S]/Vmax
• 影响酶促反应速率
  • 酶浓度
    • [S]>>[E] V=K*3[E]
  • 温度
    • 酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关
  • pH
    • pH通过改变酶的底物分子解离状态影响酶促反应速率
  • 抑制剂
    • 不可逆性抑制剂与酶的共价结合
      • 定义
        • 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基因结合，使酶失活。以此抑制剂不能用透析，超滤等方法予以去除
      • 举例
        • 非专一性不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制 有机磷化合物 低浓度重金属离子和砷化合物（抑制一类巯基酶）
    • 可逆性抑制剂
      • 抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或消失
      • 抑制剂可用透析，超滤等方法除去
    • 竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心（特点）
      • I与S结构类似，竞争酶的活性中心
      • 抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度
      • 动力学特点：Vmax不变，Km增大
    • 非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点（特点）
      • 抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系
      • 抑制程度取决于抑制剂的浓度
      • 动力学特点：Vmax降低，Km不变
    • 反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生（特点）
      • 抑制剂只与酶-底物复合物结合
      • 抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度
      • 动力学特点：Vmax降低，Km降低
  • 激活剂
    • 定义
      • 使酶由无活性变为有活性或是酶活性增加的物质称为激活剂
    • 分类
      • 必需激活剂 非必需激活剂
• 酶的调节
  • 总述
    • 调解对象
      • 关键酶
    • 调节方式
      • 酶活性的调节（快速而短暂的调节）
      • 酶含量的调节（缓慢而长效的调节）
  • 酶活性的调节
    • 别构调节
      • 一些代谢物质可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节称为别构调节
      • 别构酶 别构部位 别构效应剂
      • 别构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具体有协同效应
      • 酶的别构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一
    • 酶的化学修饰
      • 共价修饰 常见类型：磷酸与脱磷酸化（最常见）
      • 酶的化学修饰时体内快速调节的另一种重要方式
    • 酶原通过激活过程产生有活性的酶
      • 酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌，活在其发挥催化功能前处于无活性状态，这种无活性酶前体称为酶原
      • 激活机理
        • 酶原——一个或几个特定的肽键断裂水解掉一个或几个短肽——分子构象发生改变——形成或暴露出酶的活性中心
      • 生理意义
        • 避免细胞产生的酶对细胞进行自我消化，并使酶在特定部位和环境中发挥作用保证体内代谢正常进行
        • 有些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
  • 酶含量的调节
    • 酶蛋白可被诱导或阻遏
      • 诱导效应
        • 在转录水平上，能促进酶合成的物质称之为诱导物（一般底物）诱导物诱发酶蛋白合成的作用，称为诱导作用
      • 阻遏效应
        • 在转录水平上能减少酶蛋白合成的物质称为辅阻遏物，辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合而影响基团的转录，这种叫阻遏作用
    • 酶降解与一般蛋白质降解途径相同
      • 溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降解途径）
      • 蛋白酶体降解途径（依赖ATP和泛素的降解途径）