第三章：酶

酶：是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，對(duì)其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或核酸

第一節(jié)：酶的分子結(jié)構(gòu)與功能

酶的分類：

1.由單一亞基構(gòu)成的酶稱為單體酶。

2.有多個(gè)相同或不同亞基以非共價(jià)鍵連接組成的酶稱為寡聚酶

3.幾種具有不同催化功能的酶可彼此聚合形成多酶復(fù)合物或多酶體系

4.一條肽鏈上具有多種不同的催化功能稱為多功能酶

一：酶的分子組成中常含有輔助因子

酶按其分子組成可分為單純酶和結(jié)合酶，僅含有蛋白質(zhì)的酶稱為單純酶，結(jié)合酶則是由蛋白部分和非蛋白部分共同組成，其中蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白，非蛋白部分稱為輔助因子。輔助因子又可分為輔酶和輔基。酶蛋白和輔助因子結(jié)合在一起稱為全酶，酶蛋白和輔助因子單獨(dú)存在時(shí)均無催化活性，只有全酶才具有催化作用。

結(jié)合酶=酶蛋白（蛋白部分）+輔助因子（非蛋白部分）

輔助因子=輔酶+輔基

輔酶和輔基：輔助因子按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度與作用特點(diǎn)不同可分為輔酶和輔基。輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松，可以用透析或超濾的方法除去。輔基與酶蛋白結(jié)合緊密，不可用透析或超濾的方法除去。

二：酶的活性中心是酶分子執(zhí)行其催化功能的部位

酶的活性中心：酶分子中能與底物特異的結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的具有特定三維結(jié)構(gòu)的區(qū)域。其中與酶的活性密切相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)稱作酶的必須基團(tuán)，有的必需基團(tuán)位于酶的活性中心內(nèi)，有的位于活性中心外。酶的輔助因子常參與酶活性中心的組成。

三：同工酶催化相同的化學(xué)反應(yīng)

同工酶：是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。

第二節(jié)：酶的工作原理

一：酶促反應(yīng)的特點(diǎn)

（一）酶對(duì)底物具有極高的催化效率

（二）酶對(duì)底物具有高度的特異性

1.絕對(duì)專一性：有的酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物分子，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生產(chǎn)一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這種特異性稱為絕對(duì)專一性。

2.相對(duì)專一性：有些酶根據(jù)對(duì)底物的專一性不是依據(jù)整個(gè)底物分子結(jié)構(gòu)，而是依據(jù)底物分子中的特定的化學(xué)鍵或特定的基團(tuán)，因而可以作用于含有相同化學(xué)鍵或化學(xué)基團(tuán)的一類化合物，這種選擇性稱為相對(duì)專一性。

（三）酶的活性與酶量具有可調(diào)節(jié)性

（四）酶具有不穩(wěn)定性

二：酶通過促進(jìn)底物形成過渡態(tài)而提高反應(yīng)速率

（一）酶比一般催化劑更有效的降低反應(yīng)的活化能

（二）酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物

1.誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合：誘導(dǎo)契合學(xué)說：酶在發(fā)揮作用前須先于底物結(jié)合，這種結(jié)合不是鎖與鑰匙的機(jī)械關(guān)系，而是在酶與底物相互接近時(shí)，兩者在結(jié)構(gòu)上相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而結(jié)合并形成酶-底物復(fù)合物。? 磨合。

2.鄰近效應(yīng)與定向排列使諸底物正確定位于酶的活性中心：在兩個(gè)以上底物參加的反應(yīng)中，底物之間必須以正確的方向互相碰撞，才有可能發(fā)生反應(yīng)。酶在反應(yīng)中將諸底物結(jié)合到酶的活性中心，使他們相互接近并形成有利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系。

3.表面效應(yīng)使底物分子去溶劑化：酶的活性中心多形成疏水“口袋”，這樣就造成了一種有利于酶與其特定底物結(jié)合并催化其反應(yīng)的環(huán)境。酶促反應(yīng)在此疏水環(huán)境中進(jìn)行，使底物分子脫溶劑化，排除周圍大量水分子對(duì)酶和底物分子中功能基團(tuán)的干擾性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物與酶分子的密切接觸和結(jié)合，這種現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)。

（三）酶的催化機(jī)制呈現(xiàn)多元催化作用

親核催化：是酶活性中心親核基團(tuán)，釋放出電子攻擊過渡態(tài)底物上具有部分正電性的原子或基團(tuán)，形成瞬時(shí)共價(jià)鍵。瞬時(shí)共價(jià)鍵形成后，底物被激活，并很容易進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶，此時(shí)又表現(xiàn)出共價(jià)催化。

親電催化：是酶活性中心內(nèi)親電基團(tuán)與富含電子的底物形成共價(jià)鍵，進(jìn)一步水解形成產(chǎn)物和游離的酶。

第三節(jié)：酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

一：底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響呈矩形雙曲線

（一）米曼方程式揭示底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性

V=vmaxS/km+S

（二）km與vmax是重要的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

1.km值等于酶促反應(yīng)速率為最大反應(yīng)速率一半時(shí)的底物濃度

2.Km是酶的特征性常數(shù)

3.Km在一定條件下可表示酶對(duì)底物的親和力：km越大，酶對(duì)底物的親和力越小

4.Vmax是酶被底物完全飽和時(shí)的反應(yīng)速率

5.酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

（三）km和vmax常通過林貝作圖法求取

林貝式作圖法：米氏方程式兩邊取倒數(shù)

二：底物足夠時(shí)酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響呈直線關(guān)系

三：溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響具有雙重性

酶促反應(yīng)時(shí)，隨著反應(yīng)體系溫度的升高，底物分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，增加分子碰撞的機(jī)會(huì)，提高酶促反應(yīng)速率；但當(dāng)溫度升高達(dá)到一定臨界值時(shí)，溫度的升高可使酶變性，使酶促反應(yīng)速率下降。酶在低溫下活性降低，隨著溫度的回升酶活性逐漸恢復(fù)。

四：ph通過改變酶分子及底物分子的解離狀態(tài)影響酶促反應(yīng)速率

Ph可影響酶活性中心的空間構(gòu)象，從而影響酶的活性。酶在最適ph時(shí)反應(yīng)速率最大。

五：抑制劑可降低酶促反應(yīng)速率

凡是能使酶活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑。抑制劑可與酶活性中心或活性中心之外的調(diào)節(jié)位點(diǎn)結(jié)合，從而抑制酶的活性。

（一）不可逆性抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合

不可逆性抑制劑和酶活性中心的必須基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，使酶失活，此類抑制劑不能用透析或超濾的方法予以去除。

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（二）可逆性抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合

可逆性抑制劑與酶非共價(jià)可逆性結(jié)合，使酶活性降低或消失

1.競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心：抑制劑和酶的底物在結(jié)構(gòu)上相似，可與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性中心而阻礙酶與底物形成中間產(chǎn)物，這種抑制作用稱競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

2.非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑結(jié)合活性中心之外的調(diào)節(jié)位點(diǎn)：有些抑制劑與酶活性中心外的結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，底物也不影響酶與抑制劑結(jié)合。底物和抑制劑之間無競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但抑制劑-酶-底物復(fù)合物不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

3.反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)合位點(diǎn)由底物誘導(dǎo)產(chǎn)生：與非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑一樣，此類抑制劑也是與酶活性中心外的調(diào)節(jié)位點(diǎn)結(jié)合。不同的是，沒有底物結(jié)合時(shí)，游離的酶并不能與抑制劑結(jié)合，當(dāng)?shù)孜锱c酶結(jié)后，酶才能與抑制劑結(jié)合。因此，抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，使中間產(chǎn)物es的量下降。這種抑制作用稱為反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。

六：激活劑可提高酶促反應(yīng)速率

使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑。

第四節(jié)：酶的調(diào)節(jié)

一：酶活性的調(diào)節(jié)是對(duì)酶促反應(yīng)速率的快速調(diào)節(jié)

（一）別構(gòu)效應(yīng)通過改變酶的構(gòu)象而調(diào)節(jié)酶活性

別構(gòu)調(diào)節(jié)=變構(gòu)調(diào)節(jié)：體內(nèi)一些代謝物可與某些酶的活性中心外的某個(gè)部位非共價(jià)可逆結(jié)合，引起酶的構(gòu)象改變，從而改變酶的活性，酶的這種調(diào)節(jié)方式稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。受別構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱為別構(gòu)酶，引起別構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為別構(gòu)效應(yīng)劑。酶分子與別構(gòu)效應(yīng)劑結(jié)合的部位稱為別構(gòu)部位或調(diào)節(jié)部位。

（二）酶的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)是通過某些化學(xué)基團(tuán)與酶的共價(jià)可逆結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的

共價(jià)修飾=化學(xué)修飾：酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可在其他酶的催化，與某些化學(xué)基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，同時(shí)又可在另一種酶的催化下，去掉已結(jié)合的化學(xué)基團(tuán)，從而影響酶的活性，酶的這種調(diào)節(jié)方式稱為酶的共價(jià)修飾。常見的有磷酸化和去磷酸化

（三）酶原需要通過激活過程才能產(chǎn)生有活性的酶

酶原和酶原的激活：有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌、或在其發(fā)揮催化功能前處于無活性狀態(tài)，這種無活性的酶前體稱為酶原。酶原向酶的轉(zhuǎn)變過程稱為酶原的激活。酶原的激活大多是經(jīng)過蛋白酶的水解作用，去除一個(gè)或幾個(gè)肽段后，導(dǎo)致分子構(gòu)象改變，從而表現(xiàn)出酶的活性。酶原激活的實(shí)質(zhì)是酶的活性中心形成或暴露。

酶原激活具有更重要的生理意義：

保護(hù)酶免遭蛋白酶的水解破壞，保證酶在特定環(huán)境和部位發(fā)揮其催化作用。

二：酶含量的調(diào)節(jié)是對(duì)酶促反應(yīng)速率的緩慢調(diào)節(jié)

（一）酶蛋白合成可被誘導(dǎo)或阻遏

誘導(dǎo)作用和阻遏作用：某些底物，產(chǎn)物，激素，生長因子及某些藥物等可以在轉(zhuǎn)錄水平上影響酶蛋白的生物合成。一般發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上能促進(jìn)酶合成的物質(zhì)稱之為誘導(dǎo)物，誘導(dǎo)物誘發(fā)酶蛋白合成的作用稱為誘導(dǎo)作用。反之，在轉(zhuǎn)錄水平上能減少酶蛋白合成的物質(zhì)稱為輔阻遏物，輔阻遏物與無活性的阻遏蛋白結(jié)合而影響基因的轉(zhuǎn)錄，這種作用稱為阻遏作用。

（二）酶的降解與一般蛋白質(zhì)降解途徑相同

第五節(jié)：酶的分類與命名

一：酶可根據(jù)其催化的反應(yīng)類型予以分類

（一）氧化還原酶類

（二）轉(zhuǎn)移酶類

（三）水解酶類

（四）裂合酶類

（五）異構(gòu)酶類

（六）合成酶類

二：每一種酶均有其系統(tǒng)名稱和推薦名稱

第六節(jié)：酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

一：酶與疾病的發(fā)生，診斷及治療密切相關(guān)

（一）許多疾病與酶的質(zhì)和量的異常相關(guān)

1.酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一

2.一些疾病可引起酶活性或量的異常

（二）體液中酶活性的改變可作為疾病的診斷指標(biāo)

（三）某些酶可作為藥物用于疾病的治療

1.有些酶作為助消化的藥物

2.有些酶用于清潔傷口和抗炎

3.有些酶具有溶解血栓的療效

二：酶可作為試劑用于臨床檢驗(yàn)和科學(xué)研究

（一）有些酶可作為酶偶聯(lián)測(cè)定法中的指示酶或輔助酶

（二）有些酶可作為酶標(biāo)記測(cè)定法中的標(biāo)記酶

（三）多種酶成為基因工程常用的工具酶