生物化學(xué)重點(diǎn)-第四章 酶

V:1.0精細(xì)整理，僅供參考日期：20xx年X月第四章酶一、酶的概念：

酶（enzyme）是由活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑，這種催化劑具有極高的催化效率和高度的底物特異性，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。酶按照其分子結(jié)構(gòu)可分為單體酶、寡聚酶和多酶體系（多酶復(fù)合體）三大類。

二、酶的分子組成：

酶分子可根據(jù)其化學(xué)組成的不同，可分為單純酶和結(jié)合酶（全酶）兩類。結(jié)合酶則是由酶蛋白和輔因子兩部分構(gòu)成，酶蛋白部分主要與酶的底物特異性有關(guān)，輔助因子則與酶的催化活性有關(guān)。

與酶蛋白疏松結(jié)合的低分子有機(jī)化合物稱為輔酶。與酶蛋白牢固結(jié)合的低分子有機(jī)化合物稱為輔基。

三、輔酶與輔基的來源及其生理功用：

大部分的輔酶與輔基衍生于維生素。維生素（vitamin)是指一類維持細(xì)胞正常功能所必需的，但在許多生物體內(nèi)不能自身合成而必須由食物供給的小分子有機(jī)化合物。

維生素可按其溶解性的不同分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素有VitA、VitD、VitE和VitK四種；水溶性維生素有VitB1，VitB2，VitPP，VitB6，VitB12，VitC，泛酸，生物素，葉酸等。

1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（VitB1）焦磷酸化而生成，是脫羧酶的輔酶，在體內(nèi)參與糖代謝過程中α-酮酸的氧化脫羧反應(yīng)。

2.FMN和FAD：即黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD），是核黃素（VitB2）的衍生物。FMN或FAD通常作為脫氫酶的輔基，在酶促反應(yīng)中作為遞氫體。

3.NAD+和NADP+：即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，輔酶Ⅰ）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，輔酶Ⅱ），是VitPP的衍生物。NAD+和NADP+主要作為脫氫酶的輔酶，在酶促反應(yīng)中起遞氫體的作用。

4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：是VitB6的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作為氨基轉(zhuǎn)移酶，氨基酸脫羧酶等的輔酶。

5.CoA：泛酸（遍多酸）在體內(nèi)參與構(gòu)成輔酶A（CoA）。CoA中的巰基可與羧基以高能硫酯鍵結(jié)合，在糖、脂、蛋白質(zhì)代謝中起傳遞?；淖饔茫酋；傅妮o酶。

6.生物素：是羧化酶的輔基，在體內(nèi)參與CO2的固定和羧化反應(yīng)。

7.FH4：由葉酸衍生而來。四氫葉酸是體內(nèi)一碳單位基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)中的輔酶。

四、酶的活性中心：

酶分子中能直接與底物分子結(jié)合，并催化底物化學(xué)反應(yīng)的部位，這一部位就稱為酶的活性中心。

參與構(gòu)成酶的活性中心的化學(xué)基團(tuán)，有些是與底物相結(jié)合的，稱為結(jié)合基團(tuán)，有些是催化底物反應(yīng)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的，稱為催化基團(tuán)，這兩類基團(tuán)統(tǒng)稱為活性中心內(nèi)必需基團(tuán)。在酶的活性中心以外，也存在一些化學(xué)基團(tuán)，主要與維系酶的空間構(gòu)象有關(guān)，稱為酶活性中心外必需基團(tuán)。

五、酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：

1．具有極高的催化效率

2．具有高度的底物專一性：絕對特異性、相對特異性、立體異構(gòu)特異性

3．酶的催化活性是可以調(diào)節(jié)的

六、酶促反應(yīng)的機(jī)制：

中間復(fù)合物學(xué)說與誘導(dǎo)契合學(xué)說：酶催化時(shí)，酶活性中心首先與底物結(jié)合生成一種酶-底物復(fù)合物（ES），此復(fù)合物再分解釋放出酶，并生成產(chǎn)物，即為中間復(fù)合物學(xué)說。當(dāng)?shù)孜锱c酶接近時(shí)，底物分子可以誘導(dǎo)酶活性中心的構(gòu)象以生改變，使之成為能與底物分子密切結(jié)合的構(gòu)象，這就是誘導(dǎo)契合學(xué)說。

七、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：

酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要研究酶催化的反應(yīng)速度以及影響反應(yīng)速度的各種因素。在探討各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響時(shí)，通常測定其初始速度來代表酶促反應(yīng)速度，即底物轉(zhuǎn)化量<5%時(shí)的反應(yīng)速度。

1．底物濃度對反應(yīng)速度的影響：

⑴底物對酶促反應(yīng)的飽和現(xiàn)象：一級反應(yīng)→混級反應(yīng)→零級反應(yīng)

⑵米氏方程及米氏常數(shù)：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Michaelis&Menten于1913年推導(dǎo)出了上述矩形雙曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即米氏方程：ν=Vmax[S]/(Km+[S])。其中，Vmax為最大反應(yīng)速度，Km為米氏常數(shù)。

⑶Km和Vmax的意義：

①當(dāng)ν=Vmax/2時(shí)，Km=[S]。因此，Km等于酶促反應(yīng)速度達(dá)最大值一半時(shí)的底物濃度。

②Km可以反映酶與底物親和力的大小，即Km值越小，則酶與底物的親和力越大；反之，則越小。

③Km是酶的特征性常數(shù)，在一定條件下，某種酶的Km值是恒定的。當(dāng)酶有幾種不同的底物存在時(shí)，Km值最小者，為該酶的最適底物。

④Km可用來確定酶活性測定時(shí)所需的底物濃度：當(dāng)[S]=10Km時(shí)，ν=91%Vmax，為最合適的測定酶活性所需的底物濃度。

⑷Km和Vmax的測定：主要采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法。

2．酶濃度對反應(yīng)速度的影響：當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時(shí)，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比，即ν=k[E]。

3．溫度對反應(yīng)速度的影響：一般來說，酶促反應(yīng)速度隨溫度的增高而加快，但當(dāng)溫度增加達(dá)到某一點(diǎn)后，由于酶蛋白的熱變性作用，反應(yīng)速度迅速下降。酶促反應(yīng)速度隨溫度升高而達(dá)到一最大值時(shí)的溫度就稱為酶的最適溫度。酶的最適溫度與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，因而它不是酶的特征性常數(shù)。

4．pH對反應(yīng)速度的影響：觀察pH對酶促反應(yīng)速度的影響，通常為一鐘形曲線，即pH過高或過低均可導(dǎo)致酶催化活性的下降。酶催化活性最高時(shí)溶液的pH值就稱為酶的最適pH。酶的最適pH不是酶的特征性常數(shù)。

5．抑制劑對反應(yīng)速度的影響：

凡是能降低酶促反應(yīng)速度，但不引起酶分子變性失活的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑。按照抑制劑的抑制作用，可將其分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩大類。

⑴不可逆抑制作用：

抑制劑與酶分子共價(jià)鍵結(jié)合，且不能采用透析等簡單方法使酶活性恢復(fù)的抑制作用就是不可逆抑制作用。如有機(jī)磷農(nóng)藥對膽堿酯酶的抑制。

⑵可逆抑制作用：

抑制劑以非共價(jià)鍵與酶分子可逆性結(jié)合造成酶活性的抑制，且可采用透析等簡單方法去除抑制劑而使酶活性完全恢復(fù)的抑制作用就是可逆抑制作用。可逆抑制作用包括競爭性和非競爭性抑制幾種類型。

①競爭性抑制：抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結(jié)合，從而干擾了酶與底物的結(jié)合，使酶的催化活性降低，這種作用就稱為競爭性抑制作用。其特點(diǎn)為：a.競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；b.抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同；c.抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但增加底物濃度可使抑制程度減?。籨.動(dòng)力學(xué)參數(shù)：Km值增大，Vm值不變。例子是磺胺類藥物（對氨基苯磺酰胺）對二氫葉酸合成酶（底物為對氨基苯甲酸）的競爭性抑制。

②非競爭性抑制：抑制劑既可以與游離酶結(jié)合，也可以與ES復(fù)合物結(jié)合，使酶的催化活性降低，稱為非競爭性抑制。其特點(diǎn)為：a.底物和抑制劑分別獨(dú)立地與酶的不同部位相結(jié)合；b.抑制劑對酶與底物的結(jié)合無影響，故底物濃度的改變對抑制程度無影響；c.動(dòng)力學(xué)參數(shù)：Km值不變，Vm值降低。

6．激活劑對反應(yīng)速度的影響：能夠促使酶促反應(yīng)速度加快的物質(zhì)稱為酶的激活劑。酶的激活劑大多數(shù)是金屬離子，如K+、Mg2+、Mn2+等，唾液淀粉酶的激活劑為Cl-。

八、酶的調(diào)節(jié)：

⑴變構(gòu)調(diào)節(jié)：又稱別構(gòu)調(diào)節(jié)。某些代謝物能與變構(gòu)酶分子上的變構(gòu)部位特異性結(jié)合，使酶的分子構(gòu)發(fā)生改變，從而改變酶的催化活性以及代謝反應(yīng)的速度，這種調(diào)節(jié)作用就稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)。具有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用的酶就稱為變構(gòu)酶。凡能使酶分子變構(gòu)并使酶的催化活性發(fā)生改變的代謝物就稱為變構(gòu)劑。

⑵同工酶的調(diào)節(jié)：存在于同一種屬生物或同一個(gè)體中能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但酶分子的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)和生化特性（Km、電泳行為等）存在明顯差異的一組酶稱為同工酶。同工酶在體內(nèi)的生理意義主要在于適應(yīng)不同組織或不同細(xì)胞器在代謝上的不同需要。因此，同工酶在體內(nèi)的生理功能是不同的。

乳酸脫氫酶同工酶（LDH）為四聚體，在體內(nèi)共有五種分子形式，即LDH1（H4），LDH2（H3M1），LDH3（H2M2），LDH4（H1M3）和LDH5（M4）。

九、酶的命名與分類：

1．酶的命名：主要有習(xí)慣命名法與系統(tǒng)命名法兩種，但常