基概第二章 第1節(jié) 二、酶

第一節(jié)生物大分子

三、酶(enzyme，E)酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類特殊蛋白質(zhì)。屬于生物催化劑。生物催化劑分為兩類酶核酶(脫氧核酶)1.酶的概念被酶催化的物質(zhì)稱底物(substrate,S)，催化所生成的物質(zhì)稱產(chǎn)物(product,P)。結(jié)合酶(conjugatedenzyme)，即全酶單純酶(simpleenzyme)蛋白質(zhì)部分：酶蛋白(apoenzyme)輔助因子(cofactor)

金屬離子小分子有機(jī)化合物全酶(holoenzyme)只有氨基酸構(gòu)成。2.酶的分子組成和結(jié)構(gòu)（1）酶的分子組成輔助因子類型

輔酶

(coenzyme)：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基(prostheticgroup)：與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。結(jié)合酶的酶蛋白與輔助因子協(xié)同作用才能發(fā)揮催化作用。全酶各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性。輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)。金屬離子的作用①

穩(wěn)定酶的構(gòu)象。②

參與催化反應(yīng)，傳遞電子。③

在酶與底物間起橋梁作用。④

中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機(jī)化合物的作用在反應(yīng)中起運(yùn)載體作用，傳遞氫原子、電子或某些化學(xué)基團(tuán)。維持酶活性必不可少的化學(xué)基團(tuán)。

必需基團(tuán)和活性中心（2）酶的分子結(jié)構(gòu)必需基團(tuán)(essentialgroup)常見的必需基團(tuán)絲氨酸的羥基、組氨酸的咪唑基、半胱氨酸的巰基、天冬氨酸和谷氨酸的R-羧基指必需基團(tuán)比較集中，并在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定的空間構(gòu)象，能直接與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域?；钚灾行?activecenter)結(jié)合基團(tuán)(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需?；钚灾行耐獾谋匦杌鶊F(tuán)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)++底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalyticRNA)。

同工酶(isoenzyme)定義是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶舉例乳酸脫氫酶(LDH1～

LDH5)意義①生理意義：在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用。②臨床意義：同工酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷。心肌梗死和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；只能加速反應(yīng)速度，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)，即不改變平衡常數(shù)。（1）酶與一般催化劑的共性E+S

k1k2k3ESE+P（2）酶作用的特點(diǎn)酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高106～1012倍。極高的催化效率根據(jù)酶對(duì)其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度又分為3種類型。酶的特異性指酶對(duì)底物的嚴(yán)格選擇性，即一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。高度的特異性絕對(duì)特異性(absolutespecificity)

一種酶只能作用于一種特定的底物，生成一種特定的產(chǎn)物。相對(duì)特異性(relativespecificity)：一種酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。立體異構(gòu)特異性(stereo

specificity)

一種酶只能作用于一種立體異構(gòu)底物。高度可調(diào)控性對(duì)酶生成與降解量的調(diào)節(jié)。酶催化活性的調(diào)節(jié)。通過改變底物濃度對(duì)酶進(jìn)行調(diào)節(jié)等。酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。高度不穩(wěn)定性

酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，凡是影響蛋白質(zhì)生物學(xué)活性的因素都能影響酶的活性。3.酶的作用機(jī)理(1)酶能降低反應(yīng)的活化能反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能酶促反應(yīng)活化能一般催化劑催化反應(yīng)的活化能能量反應(yīng)過程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能的改變

活化分子：進(jìn)行有效碰撞的分子?；罨埽旱孜锓肿訌幕鶓B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿铀璧哪芰俊Ｃ傅孜飶?fù)合物E+S

E+P

ES

酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。(2)中間產(chǎn)物學(xué)說（誘導(dǎo)契合假說）(3)鄰近效應(yīng)與定向排列酶必須與底物靠近并方向正確才能發(fā)生反應(yīng)。(4)多元催化酶是兩性電解質(zhì)，具有酸、堿雙重性質(zhì)。有利于酶與底物結(jié)合，提高催化效率。(5)表面效應(yīng)

活性中心位于酶分子表面裂縫或凹陷處，為疏水的必需基團(tuán)，有利于酶與底物的直接接觸。4.酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)指酶所催化的反應(yīng)。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素的作用規(guī)律。E+S

k1k2k3ESE+PEEEEEEEEEEEE當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。（1）底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響表示SVmax[S]aVEEEEEEEEEEEE隨著底物濃度的增高酶促反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級(jí)反應(yīng)。V[S]bVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)極大時(shí)酶促反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。EEEEEEEEEEEEV[S]cVmax[S]：底物濃度V：不同[S]時(shí)的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度Ｋm：米氏常數(shù)ＶVmax[S]Km+[S]＝──米－曼氏方程式Km是酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mmol/L。Km是酶的特征性常數(shù)，反應(yīng)體系不變時(shí)，每種酶都有特定的Km。Km可表示酶對(duì)底物的親和力，呈反比關(guān)系。Km的意義（2）酶濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，其他條件最適并保持不變的情況下，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]0V

[E]

酶濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；酶本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速度降低。

（3）溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響最適溫度酶促反應(yīng)速度最大時(shí)的環(huán)境溫度。體內(nèi)多數(shù)酶的最適pH37℃～40℃。應(yīng)用意義溫度oC

V0.51.02.01.50102030405060溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

如低溫麻醉、生物樣本的低溫保存、高溫高壓滅菌等。

（4）pH對(duì)反應(yīng)速度的影響0V

pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810強(qiáng)酸、強(qiáng)堿可使酶變性失活。最適pH酶催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。體內(nèi)大部分酶最適pH為中性，但胃蛋白酶、胰蛋白酶與精氨酸酶等例外。（5）激活劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響激活劑(activator)

必需激活劑(essentialactivator)

對(duì)酶促反應(yīng)不可缺少的激活劑。非必需激活劑(non-essentialactivator)

缺少時(shí)酶仍有催化活性的激活劑。

使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)。如金屬離子(Mg2＋)和小分子化合物(膽鹽)。（6）抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制作用的類型①不可逆性抑制作用(irreversibleinhibition)②可逆性抑制作用(reversibleinhibition)：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)抑制劑與抑制作用不可逆性抑制作用概念抑制劑通常以共價(jià)鍵與酶活性中心的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活；抑制劑不可用透析、超濾等方法去除。①有機(jī)磷中毒有機(jī)磷物質(zhì)抑制羥基酶活性，可用解磷定(PAM)解毒。②重金屬離子及砷中毒抑制巰基酶活性，可用二巰基丙醇(BAL)解毒。舉例有機(jī)磷化合物路易士氣失活的酶羥基酶失活的酶酸巰基酶失活的酶酸BAL巰基酶BAL與砷劑結(jié)合物ROR'OPOX+HOEROR'OPOOE+HXClAsClCHCHCl+ESHSHESAsSCHCHCl+2HCl可逆性抑制作用概念競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制（不講）類型抑制劑通常以非共價(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法去除。競爭性抑制作用②反應(yīng)模式①定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

EI++SESEPE磺胺類藥物的抑菌機(jī)制與對(duì)氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶。二氫蝶呤啶＋對(duì)氨基苯甲酸＋谷氨酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸COOH

H2NSO2NHRH2N磺胺類藥物④舉例非競爭性抑制②反應(yīng)模式①定義抑制劑與酶活性中心外的基團(tuán)可逆性結(jié)合，導(dǎo)致酶的三維構(gòu)象改變，降低酶的催化活性，但不影響酶與底物的結(jié)合。+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP+

S－S+

S－S+ESIEIEESEP酶活性的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）酶含量的調(diào)節(jié)（緩慢調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)對(duì)象：關(guān)鍵酶有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時(shí)只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。酶原的激活使無活性的酶原轉(zhuǎn)變成有催化活性的酶酶原(zymogen)酶原的激活別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)一些代謝物可與某些酶分子活性中心外的某部分可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價(jià)結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價(jià)修飾。共價(jià)修飾(covalentmodification)二、酶含量的調(diào)節(jié)包括對(duì)酶合成與分解速率的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)作用(induction)

阻遏作用(repression)（一）酶蛋白合成可被誘導(dǎo)或阻遏（二）酶降解的調(diào)控（二）酶的測(cè)定有助于對(duì)許多疾病的診斷1．酶活性測(cè)定和酶活性單位是定量酶的基礎(chǔ)

酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速率。酶促反應(yīng)速率可在適宜的反應(yīng)條件下，用單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來表示。酶的活性單位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在規(guī)定條件下，酶促反應(yīng)在單位時(shí)間（s、min或h）內(nèi)生成一定量（mg、μg、μmol等）的產(chǎn)物或消耗一定數(shù)量的底物所需的酶量。

在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個(gè)國際單位。１催量(kat)是指在特定條件下，每秒鐘使１mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。國際單位(IU)催量單位(katal)（1）酶的分類①氧化還原酶類(oxidoreductases)②轉(zhuǎn)移酶類