生物化学第三章酶与酶促反应（一）

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酶（E）是由活细胞合成的、对其特异性底物起高效催化作用的蛋白质。是生物体内最主要的催化剂。酶催化生物体内的化学反应称为酶促反应。也有核酶和脱氧核酶。

1、酶的分子结构与功能

写在前面：酶的化学本质是蛋白质。

由一条肽链构成的酶称作单体酶。

由多个相同或不同的肽链（亚基）以非共价键连接组成的酶称寡聚酶。

某一代谢途径，按序催化完成一组连续反应的几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合形成一个结构和功能上的整体，即多酶复合物（多酶体系）。

一条肽链上同时具有多种不同催化功能，即多功能酶（串联酶）。

1）酶的分子组成

²  单纯酶

水解后仅有氨基酸组分而无其他组分的酶。

²  缀合酶（结合酶）

由蛋白质部分（酶蛋白）和非蛋白质部分（辅因子）共同组成。酶蛋白决定酶促反应的特异性和催化机制；辅因子决定酶促反应的类型。酶蛋白和辅因子结合在一起称作全酶，二者单独存在均无催化活性，只有全酶才有催化活性。

Ø  辅因子多为小分子有机化合物或金属离子（最常见）。

前者多是B族维生素的衍生物或卟啉化合物——参与传递电子、质子或转移基团。

金属离子是最常见的辅因子，约2/3的酶含有金属离子。

金属离子的作用：①参与催化反应，传递电子。②在酶与底物间起桥梁作用，便于酶对底物起作用。③稳定酶分子的特定空间构象。④中和阴离子，降低反应中的静电斥力，利于底物和酶结合。

金属酶：金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。如羧基肽酶、黄嘌呤氧化酶。

金属活化酶： 金属离子虽为酶的活性所必需，但与酶的结合是可逆结合（通过底物相连接）。如己糖激酶、肌酸激酶、丙酮酸羧化酶。

2）辅酶与辅基

辅因子分为辅酶和辅基。

辅酶多通过非共价键与酶蛋白相连，结合疏松，可以用透析或超滤除去。酶促反应中辅酶可以在酶之间转移。

辅基与酶蛋白形成共价键，结合紧密，不易通过透析或超滤除去，酶促反应中辅基不能离开酶蛋白。

3）酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位

酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域，称为酶的活性中心或酶的活性部位。

与酶活性密切相关的基团称为酶的必需基团。常见的有丝氨酸残基的羟基、组氨酸残基的咪唑基、半胱氨酸残基的巯基、酸性氨基酸的羧基。有些必需基团位于活性中心内，有的位于活性中心外。活性中心内的必需基团分为结合基团（识别与结合底物和辅酶）和催化基团（催化底物发生化学反应，转变为产物）。活性中心外的必需基团不直接参与催化反应，但是维持酶活性中心应有的空间构象和作为调节剂的结合部位所必需。

Ø  酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，或为裂缝，或为凹陷，深入到酶分子内部，形成疏水口袋。

Ø  不同酶分子空间构象不同，活性中心各异，催化作用也各不相同。

Ø  当酶的活性中心被其他物质占据，或受某些理化因素作用，使酶的空间构象遭到破坏，酶的催化活性即丧失。

4）同工酶的概念：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。

同工酶一级结构存在差异，但其活性中心的三维结构相同/相似。

Ø  长期进化中基因趋异的产物。存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，在代谢调节上起着重要作用。

乳酸脱氢酶LDH的同工酶：心肌中以LDH1较为丰富，肝和骨骼肌中含LDH5较多。

临床意义：

正常血清LDH2的活性高；

心肌梗死时可见LDH1大于LDH2；

肝细胞受损时病人血清LDH5活性升高。

心梗时，CK2活性升高。

 

2、酶促反应的特点

1）酶对底物具有极高的催化效率。

2）酶对底物具有高度的特异性（绝对特异性、相对特异性）。

酶的特异性或专一性：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。

3）酶具有可调节性。

4）酶具有不稳定性。

 

了解

1、酶与底物结合形成中间产物

1）诱导契合作用使酶与底物结合紧密。

诱导契合假说：酶在发挥其催化作用之前，首先是酶与底物相互接近，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而结合生成酶-底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成产物。

意义：使得具有相对特异性的酶可以结合一组结构并不完全相同的底物，酶构象的变化利于其与底物结合，并使底物转变为不稳定的过渡态而易传化成产物。

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。

3）表面效应使底物去溶剂化。防止水化膜形成。

 

2、同工酶与医学的关系

同工酶的测定已被应用于临床实践。当某组织病变时，可能有某种特殊的同工酶释放出来，使同工酶谱改变。

同工酶相对含量的改变在一定程度上能更敏感地反映某些脏器的功能状况，因而可作为脏器病变诊断与鉴别诊断的依据。