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。小分子有機化合物的作用在反應(yīng)中起運載體作用，傳遞氫原子、電子或某些化學(xué)基團。維持酶活性必不可少的化學(xué)基團。

必需基團和活性中心（2）酶的分子結(jié)構(gòu)必需基團(essentialgroup)常見的必需基團絲氨酸的羥基、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。活性中心(activecenter)結(jié)合基團(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(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。活性中心外的必需基團活性中心內(nèi)的必需基團++底物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團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，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)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴格程度又分為3種類型。酶的特異性指酶對底物的嚴格選擇性，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酶進行調(diào)節(jié)等。酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。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，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(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，有利于酶與底物的直接接觸。4.酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)指酶所催化的反應(yīng)。酶促反應(yīng)動力學(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^低時酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反應(yīng)。（1）底物濃度對酶促反應(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)為混合級反應(yīng)。V[S]bVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_極大時酶促反應(yīng)速度不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)。EEEEEEEEEEEEV[S]cVmax[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應(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，每種酶都有特定的Km。Km可表示酶對底物的親和力，呈反比關(guān)系。Km的意義（2）酶濃度對酶促反應(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）溫度對酶促反應(yīng)速度的影響最適溫度酶促反應(yīng)速度最大時的環(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對反應(yīng)速度的影響0V

pH

pH對某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810強酸、強堿可使酶變性失活。最適pH酶催化活性最大時的環(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）激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響激活劑(activator)

必需激活劑(essentialactivator)

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

缺少時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鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活；抑制劑不可用透析、超濾等方法去除。①有機磷中毒有機磷物質(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制與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶。二氫蝶呤啶＋對氨基苯甲酸＋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)對象：關(guān)鍵酶有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時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可與某種化學(xué)基團發(fā)生可逆的共價結(jié)合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。共價修飾(covalentmodification)二、酶含量的調(diào)節(jié)包括對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）酶的測定有助于對許多疾病的診斷1．酶活性測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