生物化学 药立波 b站视频配套 第三章：酶
第三章：酶
酶：是由活细胞产生的，对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或核酸
第一节：酶的分子结构与功能
酶的分类：
1.由单一亚基构成的酶称为单体酶。
2.有多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶称为寡聚酶
3.几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合形成多酶复合物或多酶体系
4.一条肽链上具有多种不同的催化功能称为多功能酶
一：酶的分子组成中常含有辅助因子
酶按其分子组成可分为单纯酶和结合酶，仅含有蛋白质的酶称为单纯酶，结合酶则是由蛋白部分和非蛋白部分共同组成，其中蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白部分称为辅助因子。辅助因子又可分为辅酶和辅基。酶蛋白和辅助因子结合在一起称为全酶，酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性，只有全酶才具有催化作用。
结合酶=酶蛋白（蛋白部分）+辅助因子（非蛋白部分）
辅助因子=辅酶+辅基
辅酶和辅基：辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点不同可分为辅酶和辅基。辅酶与酶蛋白结合疏松，可以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。
二：酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
酶的活性中心：酶分子中能与底物特异的结合并催化底物转变成产物的具有特定三维结构的区域。其中与酶的活性密切相关的化学基团称作酶的必须基团，有的必需基团位于酶的活性中心内，有的位于活性中心外。酶的辅助因子常参与酶活性中心的组成。
三：同工酶催化相同的化学反应
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。
第二节：酶的工作原理
一：酶促反应的特点
（一）酶对底物具有极高的催化效率
（二）酶对底物具有高度的特异性
1.绝对专一性：有的酶只作用于特定结构的底物分子，进行一种专一的反应，生产一种特定结构的产物，这种特异性称为绝对专一性。
2.相对专一性：有些酶根据对底物的专一性不是依据整个底物分子结构，而是依据底物分子中的特定的化学键或特定的基团，因而可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物，这种选择性称为相对专一性。
（三）酶的活性与酶量具有可调节性
（四）酶具有不稳定性
二：酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率
（一）酶比一般催化剂更有效的降低反应的活化能
（二）酶与底物结合形成中间产物
1.诱导契合作用使酶与底物密切结合：诱导契合学说：酶在发挥作用前须先于底物结合，这种结合不是锁与钥匙的机械关系，而是在酶与底物相互接近时，两者在结构上相互诱导、相互变形和相互适应，进而结合并形成酶-底物复合物。 磨合。
2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心：在两个以上底物参加的反应中，底物之间必须以正确的方向互相碰撞，才有可能发生反应。酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使他们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。
3.表面效应使底物分子去溶剂化：酶的活性中心多形成疏水“口袋”，这样就造成了一种有利于酶与其特定底物结合并催化其反应的环境。酶促反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合，这种现象称为表面效应。
（三）酶的催化机制呈现多元催化作用
亲核催化：是酶活性中心亲核基团，释放出电子攻击过渡态底物上具有部分正电性的原子或基团，形成瞬时共价键。瞬时共价键形成后，底物被激活，并很容易进一步水解形成产物和游离的酶，此时又表现出共价催化。
亲电催化：是酶活性中心内亲电基团与富含电子的底物形成共价键，进一步水解形成产物和游离的酶。
第三节：酶促反应动力学
一：底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
（一）米曼方程式揭示底物反应的动力学特性
V=vmaxS/km+S
（二）km与vmax是重要的酶促反应动力学参数
1.km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度
2.Km是酶的特征性常数
3.Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力：km越大，酶对底物的亲和力越小
4.Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
5.酶的转换数
（三）km和vmax常通过林贝作图法求取
林贝式作图法：米氏方程式两边取倒数
二：底物足够时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系
三：温度对酶促反应速率的影响具有双重性
酶促反应时，随着反应体系温度的升高，底物分子的热运动加快，增加分子碰撞的机会，提高酶促反应速率；但当温度升高达到一定临界值时，温度的升高可使酶变性，使酶促反应速率下降。酶在低温下活性降低，随着温度的回升酶活性逐渐恢复。
四：ph通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率
Ph可影响酶活性中心的空间构象，从而影响酶的活性。酶在最适ph时反应速率最大。
五：抑制剂可降低酶促反应速率
凡是能使酶活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。抑制剂可与酶活性中心或活性中心之外的调节位点结合，从而抑制酶的活性。
（一）不可逆性抑制剂与酶共价结合
不可逆性抑制剂和酶活性中心的必须基团共价结合，使酶失活，此类抑制剂不能用透析或超滤的方法予以去除。
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（二）可逆性抑制剂与酶共价结合
可逆性抑制剂与酶非共价可逆性结合，使酶活性降低或消失
1.竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心：抑制剂和酶的底物在结构上相似，可与底物竞争结合酶的活性中心而阻碍酶与底物形成中间产物，这种抑制作用称竞争性抑制作用
2.非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点：有些抑制剂与酶活性中心外的结合位点相结合，不影响酶与底物的结合，底物也不影响酶与抑制剂结合。底物和抑制剂之间无竞争关系，但抑制剂-酶-底物复合物不能进一步释放出产物。这种抑制作用称为非竞争性抑制作用。
3.反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产生：与非竞争性抑制剂一样，此类抑制剂也是与酶活性中心外的调节位点结合。不同的是，没有底物结合时，游离的酶并不能与抑制剂结合，当底物与酶结后，酶才能与抑制剂结合。因此，抑制剂仅与酶-底物复合物结合，使中间产物es的量下降。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。
六：激活剂可提高酶促反应速率
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂。
第四节：酶的调节
一：酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节
（一）别构效应通过改变酶的构象而调节酶活性
别构调节=变构调节：体内一些代谢物可与某些酶的活性中心外的某个部位非共价可逆结合，引起酶的构象改变，从而改变酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的别构调节。受别构调节的酶称为别构酶，引起别构效应的物质称为别构效应剂。酶分子与别构效应剂结合的部位称为别构部位或调节部位。
（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价可逆结合来实现的
共价修饰=化学修饰：酶蛋白肽链上的一些基团可在其他酶的催化，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团，从而影响酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的共价修饰。常见的有磷酸化和去磷酸化
（三）酶原需要通过激活过程才能产生有活性的酶
酶原和酶原的激活：有些酶在细胞内合成或初分泌、或在其发挥催化功能前处于无活性状态，这种无活性的酶前体称为酶原。酶原向酶的转变过程称为酶原的激活。酶原的激活大多是经过蛋白酶的水解作用，去除一个或几个肽段后，导致分子构象改变，从而表现出酶的活性。酶原激活的实质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义：
保护酶免遭蛋白酶的水解破坏，保证酶在特定环境和部位发挥其催化作用。
二：酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏
诱导作用和阻遏作用：某些底物，产物，激素，生长因子及某些药物等可以在转录水平上影响酶蛋白的生物合成。一般发生在转录水平上能促进酶合成的物质称之为诱导物，诱导物诱发酶蛋白合成的作用称为诱导作用。反之，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因的转录，这种作用称为阻遏作用。
（二）酶的降解与一般蛋白质降解途径相同
第五节：酶的分类与命名
一：酶可根据其催化的反应类型予以分类
（一）氧化还原酶类
（二）转移酶类
（三）水解酶类
（四）裂合酶类
（五）异构酶类
（六）合成酶类
二：每一种酶均有其系统名称和推荐名称
第六节：酶与医学的关系
一：酶与疾病的发生，诊断及治疗密切相关
（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关
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异常
（二）体液中酶活性的改变可作为疾病的诊断指标
（三）某些酶可作为药物用于疾病的治疗
1.有些酶作为助消化的药物
2.有些酶用于清洁伤口和抗炎
3.有些酶具有溶解血栓的疗效
二：酶可作为试剂用于临床检验和科学研究
（一）有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶
（二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶
（三）多种酶成为基因工程常用的工具酶
