酶化学复习提纲

一 酶及生物催化剂的基本概念 酶的分子组成及相关概念如酶蛋白 辅助因子 辅酶 辅基 全酶 酶的活性中心和必需基团等 见表 3 1 表 3 1 酶及酶的相关概念 概 念说 明 酶由活细胞合成 对其特异性底物起高效催化作用的蛋白 质 是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂 生物催化剂包括酶及核酶两个概念 核酶是具有高效 特异催化作 用的核酸 是近年来发现的一类新的生物催化剂 主要 是参与 RNA 的剪接 酶及核酶两个概念都 要提及 单体酶仅具有三级结构的酶 寡聚酶由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶 多酶体系由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物丙酮酸脱氢酶复合体 多功能酶一些多酶体系在进化过程中由于基因的整合 多种不同 催化功能存在于一条多肽链中 嘧啶核苷酸从头合成 的酶 单纯酶仅由肽链构成的酶脲酶 淀粉酶 脂酶 等 结合酶由酶蛋白和辅助因子组成的酶 酶蛋白和辅助因子结合形成的复合物称为全酶只有全酶才有催化作 用 辅酶与酶蛋白结合疏松的辅助因子 可用透析或超滤方法去 除 辅助 因子 辅基与酶蛋白结合紧密的辅助因子 不能用透析或超滤方法 去除 金属离子多为酶的辅 基 金属酶金属离子作为辅助因子 且与酶结合紧密 提取过程中 不易丢失 羧基肽酶 黄嘌呤氧 化酶 金属激活酶金属离子作为辅助因子 但与酶结合疏松已糖激酶 肌酸激酶 酶的必需基 团 酶分子中与酶活性密切相关的化学基团 酶的活性中 心 必需基团组成具有特定空间结构的区域 能与底物结构 并将底物转化为产物的区域 包含结合基团和催化基团 单纯酶与结合酶的活性中心 对单纯酶来说 活性中心就是酶分子在三维结构上比较接近的 少数几个氨基酸残基 但通过肽链的盘绕 折叠而在空间构象 上相互靠近 活性中心的常见必需基团 His 残基的咪唑基 Ser 残基的羟基 Cys 残基的巯基及 Glu 残基的 羧基 对结合酶来说 辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构往往就 是活性中心的组成部分 金属离子的作用 作为酶活性中心的催化基团参与催化反应 传递电子 作为连接底物与酶的桥梁 便于酶对底物起作用 维持酶蛋白构象 中和阴离子 降低反应中的静电斥力 二 酶促反应的特点与酶促反应机制的学说 酶促反应的特点 酶促反应具有极高的效率 降低反应的活化能 但不改变反应 的平衡点 酶促反应具有高度的特异性 绝对的特异性 仅作用于特定结构的底物 进行一种专一的 反应 生成一种特定的产物 如脲酶和琥珀酸脱氢酶 相对的特异性 作用于一类化合物或一种化学键 如脂肪酶 磷酸酶 蛋白酶等 立体异构特异性 仅作用于底物的一种立体异构体 如乳酸 脱氢酶催化 L 乳酸 延胡索酸酶催化反式丁烯二酸与苹果酸 间的裂解 酶促反应的可调节性 酶量调节 酶催化效率调节 改变底物浓度进行调节 酶促反应的高效不稳定性 由于酶的本质是蛋白质 易受理化 因素的影响 酶促反应机制的诱导契合假说 酶与底物接近时二者相互诱导 相互形变 相互适应 酶促反 应的机制很复杂 在酶的活性中心内底物可发生邻近效应和定 向排列 酶对底物可进行酸碱多元催化在 底物在酶活性中心 的疏水性 口袋 里发生表面效应 三 影响酶促反应动力学的几种因素及其动力学特点 影响酶促反应速度的因素见表 3 3 表 3 3 影响酶促反应速度的因素 影响因素特 征说 明 底物浓度符合米 曼氏方程 V Vmax S Km S 呈矩形双曲线 酶浓度V 与酶浓度呈正比在底物浓度足够大的情况 下 PH 值有最适 pH 值 达到最大反应速度不是酶的特征性常 数 温度有最适温度 达到最大反应速度不是酶的特征性常 数 抑制剂引起酶催化活性下降但不引起酶蛋白变性的物 质 分不可逆性抑制与可逆性 抑制 激活剂使酶从无活性到有活性或使酶活性增加 的物质 大多为金属离子 底物浓度对酶促反应速度的影响 Km 值的含义 为酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度 Km 值是酶的特征性常数之一 只与酶的结构 底物和反应环境有 关 与酶的浓度无关 Km 值可用来表示酶与底物的亲和力 Km 值越小 酶与底物的亲和 力越大 表示不需要很高的底物浓度就可容易达到最大反应速度 反之亦然 Vmax 是酶完全被底物饱和时的反应速度 与酶浓度呈 正比 Km 与 Vmax 的测定 双倒数作图得到林贝氏方程 自变量是 1 S 应变量是 1 V 斜率是 Km Vmax 在 y 轴的截距是 1 Vmax 图 3 1 酶浓度的影响 图 3 1 斜率 当 S E 时 酶促反应速度与 E 成正比 pH 值的影响 在某一 pH 值 酶催化活性最大 称为最适 pH 值 最适 pH 值不是酶的特征性常数 大多数接近中性 少数例外 如胃 蛋白酶 最适 pH 值为 1 8 肝精氨酸酶最适 pH 值为 9 8 抑制剂的影响 酶的抑制剂 引起酶催化活性下降但不引起酶蛋白变性的物质 表 3 4 两种抑制性作用的比较 不可逆性抑制可逆性抑制 结合方式共价键非共价键 抑制剂的作用部位活性中心上的必需基团 如有机磷农药 丝氨酸上的羟 基 重金属离子和砷化合物 巯基 S ES E 能否通过透析或超滤 去除 否可以 举例有机磷农药 重金属离子磺胺类等 三种可逆性抑制的比较 详见表 3 5 表 3 5 三种可逆性抑制作用的比较 作用特征无抑制剂竞争性抑制 非竞争性抑制反竞争性抑制 与 I 结合的组分 E E ES ES 表观 Km Km 增大不变减小动力 学参 数 VmaxVmax 不变减小减小 斜率 Km Vmax 增大增大不变 X 轴截距 1 Km 增大不变减小 林 贝 氏作 图Y 轴截距 1 Vmax 不变增大增大 激活剂的影响 激活剂 使酶从无活性到有活性或使活性增加的物质 大多数为金属离子 如 Mg2 K 有机化合物 如胆汁酸盐 必需激活剂 为酶促反应所必需 否则检测不到酶的活性 例 Mg2 于已糖激酶 非必需激活剂 激活剂不存在时 仍能检测到一定的活性 例 Cl 于唾液淀粉酶 四 酶原与酶原的激活 酶 原 无活性酶的前体 例消化酶原 凝血酶原等 酶原的激活 酶原向酶的转化过程 实质是酶活性中心的形成或暴 露过程 生理意义 保护自身不被酶破坏 保证酶在特定的部位与环境 发挥作用 酶的贮存形式 五 酶的快速调节与慢速调节的方式 快速调节包括变构调节与共价修饰调节 变构酶 指效应剂与酶的非催化部位可逆的结合 使酶发生构象的 变化而影响酶的活性 其作用特点如下 反应的方程曲线为 S 型曲线 非米氏方程的矩形双曲线 变构酶多为代谢途径的关键酶 催化的常为不可逆反应 变构酶常由多个亚基组成 彼此间具有协同效应 变构酶有催化部位和调节部位 而不是都具有催化亚基和调节亚 基 变构调节是快速调节 共价修饰 酶蛋白上的一些基团与某种化学基团发生可逆的共价结 合 从而改变酶的活性 常见的共价修饰包括 磷酸化与去磷酸化 乙酰化与去乙酰化 甲基化与去甲基化 腺苷化与去腺苷化和 SH 与 S S 的互变 等 磷酸化与去磷酸化最为常见 共价修饰是快速调节 酶含量的调节 通过改变酶合成或降解以调节细胞内酶的含量 属 于慢速调节 同工酶概念及应用 同工酶 是指催化的化学反应相同 酶蛋白的分子结构 理化性质 及至免疫学性质不同的一组酶 由不同基因或等位基因编码的多肽 链 或由同一基因转录生成的不同 mRNA 翻译的不同多肽链组成的蛋 白质 乳酸脱氢酶有五种类型 其中 LDH1 型在心肌细胞中最多 肝病 时 LDH5 升高 肌酸激酶 CK 有三型 脑中含 CK1 BB 型 心肌含 CK2 MB 型 骨骼肌含 CK3 MM 型 六 酶的命名与分类原则 酶均有两个名称 系统名称应标明酶的所有底物与反应性质 推荐名称是从习惯名称中挑选而来 可分为六类