第生物化學(xué)酶

第5章酶

Enzyme

第1節(jié)概述一、酶的概念

酶是由活細(xì)胞合成的、對(duì)其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)。目前將生物催化劑分為兩類酶、核酶（脫氧核酶）酶(E)所催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)，反應(yīng)中被酶作用的物質(zhì)稱為底物(S)，生成的物質(zhì)稱為產(chǎn)物(P)。酶所具有的催化能力稱為酶活性，而酶失去催化能力稱為酶失活。

E+S→ES→E+P二、酶催化作用的特點(diǎn)1.酶促反應(yīng)具有極高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107～1013倍。不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(Ea)。酶比一般催化劑能更有效地降低反應(yīng)的活化能。

（1）絕對(duì)特異性酶只能作用于一種底物，進(jìn)行專一的反應(yīng)，生成特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)產(chǎn)物。

（2）相對(duì)特異性

酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。

（3）立體異構(gòu)特異性

有的化合物有立體異構(gòu)體，一種酶僅作用于一種立體異構(gòu)體反應(yīng)。2.酶促反應(yīng)的高度特異性3.酶的高度不穩(wěn)定性

酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，引起蛋白質(zhì)變性的理化因素如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、有機(jī)溶劑、高溫、紫外線等均能影響酶的活性。4.酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性酶活性受許多因素(如底物、產(chǎn)物和激素等)的調(diào)控，其方式有多種，有的可提高酶的活性，有的抑制酶的活性，從而使體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)有條不紊、協(xié)調(diào)地進(jìn)行。第2節(jié)酶的分子結(jié)構(gòu)和功能一、酶的分子組成單純酶：僅由蛋白質(zhì)部分組成；結(jié)合酶(全酶)

結(jié)合酶只有在二者共同存在時(shí)，酶才有活性。蛋白質(zhì)部分：酶蛋白輔助因子

金屬離子小分子有機(jī)化合物輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）

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。二、酶的分子結(jié)構(gòu)

酶的活性中心（activesite）

活性中心的必需基團(tuán)

必需基團(tuán)

活性中心以外的必需基團(tuán)

結(jié)合基團(tuán)（與底物結(jié)合，決定專一性）

活性中心

催化基團(tuán)（影響化學(xué)鍵穩(wěn)定性,決定催化能力）底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心

三、酶原及酶原激活

酶原(zymogen)

有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成時(shí)或初分泌時(shí)是以無(wú)活性酶的前體形式存在，此前體物質(zhì)稱為酶原。

酶原的激活在一定條件下，由酶原向活性酶轉(zhuǎn)化的過程。甘異賴?yán)i天天天天纈組絲SSSS46183活性中心甘異纈組絲SSSS賴?yán)i天天天天

酶原激活的生理意義:抵制機(jī)體的自消化作用；保證酶的定位作用；保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行；可視為酶的儲(chǔ)存形式。在需要時(shí)，酶原轉(zhuǎn)變成活性酶，發(fā)揮其催化功能。四、同工酶

(isoenzyme)可催化相同化學(xué)反應(yīng)的一組酶稱同工酶。但這些酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及其免疫學(xué)特性均不同。舉例：

乳酸脫氫酶同工酶（四亞基酶）的五種類型

(LDH1～LDH5)*LDH的生理及臨床意義①在代謝調(diào)節(jié)過程中起著重要的作用；②可解釋發(fā)育過程中各階段特有的代謝特征；③其酶譜的改變有助于對(duì)疾病的診斷；④可作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究中。心肌梗死和肝病病人血清LDH酶譜的變化1酶活性心肌梗死酶譜正常酶譜肝病酶譜2345五、酶的作用機(jī)制1.誘導(dǎo)契合學(xué)說酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合，此學(xué)說稱誘導(dǎo)契合假說。E+S

E+P

ES

酶與底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合學(xué)說示意圖2．鄰近效應(yīng)與定向排列

①鄰近效應(yīng)與定向排列指E與S結(jié)合形成ES后，使各底物S1S2…Sn之間、E的催化基團(tuán)與S之間，結(jié)合為同一分子，使E活中心有效[S]大大提高，從而使反應(yīng)速度加快的效應(yīng)。由于將分子間反應(yīng)變?yōu)榉肿觾?nèi)反應(yīng)，而使[S]有效濃度增加了，反應(yīng)速度也加大了。鄰近效應(yīng)與定向排列3.多元催化

同一種酶常常兼有酸、堿雙重催化作用。這種多功能基團(tuán)的協(xié)同作用可極大地提高酶的催化效能。

4.表面效應(yīng)

酶分子內(nèi)部疏水性氨基酸較豐富，常形成疏水口袋以容納并結(jié)合底物,防止在底物與酶之間形成水化膜，有利于酶與底物的密切接觸。第3節(jié)影響酶促反應(yīng)速度的因素

研究某一因素對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響時(shí)，要保證其他因素不變并處于最佳狀態(tài)，并以酶促反應(yīng)開始時(shí)的速度即初速度為準(zhǔn)。影響酶促反應(yīng)速度的因素有酶濃度、底物濃度、溫度、pH、激活劑和抑制劑等。一、酶濃度當(dāng)[S]＞＞[E]，幾乎所有的酶均被S飽和→[ES]的情況下，則有：v∝[E]關(guān)系式為：v=K2[Et]在酶濃度及其它條件不變的情況下，底物濃度［S］對(duì)酶促反應(yīng)速度V的影響作用呈矩形雙曲線。

二、底物濃度三、溫度的影響

雙重影響：低溫狀態(tài)下，溫度升高，體系能量增高，酶促速度也升高；酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，體系溫度過高，可使酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致變性，從而酶促速度降低。最適溫度——酶促反應(yīng)達(dá)最快時(shí)的環(huán)境溫度（37℃）低溫可降低酶活性，保護(hù)酶分子結(jié)構(gòu)。溫度℃四、pH的影響最適pH--酶促催化活性最大時(shí)的環(huán)境pH。注：最適pH不一定是pI0酶活性

pH

pH對(duì)某些酶活性的影響

胃蛋白酶

淀粉酶

膽堿酯酶

246810pH最適pH最適pH最適五、激活劑的影響激活劑(activator，A)使酶由無(wú)活性變?yōu)橛谢钚曰蛴傻突钚宰優(yōu)楦呋钚缘奈镔|(zhì)。必需激活劑——A不存在時(shí)，酶無(wú)活性。如：金屬離子可與E、ES結(jié)合，使酶激活；非必需激活劑——無(wú)A時(shí)酶具有低活性，A可提高酶的催化活性。如：Cl-