第三單元 酶
考試要點[考試大綱]
一、酶的催化作用
①催化作用；②酶-底物複合物；③酶的專一性。
二、輔酶與酶輔助因子
①維生素與輔酶的關係；②輔酶作用；③金屬離子作用；
三、醉反應動力學
①Km和Vmax的概念；②最適和最適溫度。
四、酶的抑製作用
①不可逆抑製作用；②可逆抑製作用。
五、酶的調節
①別構效應和協同效應；②酶的共價修飾；③酶原激活；④同工酶。
重點、難點、疑點解析
酶是一類催化效率高、特異性強的生物催化劑。生物體內的各種代謝變化過程幾乎都需要酶的促進。酶的化學本質是蛋白質，近年又發現個別核酸也具有酶的催化活性。
一、酶的催化作用
1.催化作用
催化劑是指能加速化學反應而其自身在反應前後不發生改變的物質。酶是生物體合成的催化劑，它比一般催化劑具有更強的催化效能，但仍遵循一般催化劑的基本概念。由於酶的化學本質是蛋白質，它具有一些獨特的催化性質：①酶能顯著地降低反應活化能，具有高度的催化能力；②每種酶都選擇性地催化一種或一組類似發生特定的化學反應，具有高度的催化專一性；③酶是蛋白質，其空間結構可受到各種理化因素的影響以致改變酶的催化活性，所以酶具有高度的不穩定性；④酶的催化作用是受調控的。
2酶-底物複合物
（1）中間產物學說
酶在催化時，首先與其底物結合，生成酶-底物複合物，經催化作用後再分解成酶和產物，這種酶催化作用過程稱為中間產物學說。由於酶-底物複合物的形成，化學反應成千成萬倍
地被加速。酶與底物一般是通過非共價鍵結合，使酶和底物分子中參與結合和催化作用的基麵有一定的空間立體對應及恰當的距離，以達到快速的結合和解離平衡。
(2）酶的活性中心
酶與底物的結合範圍，隻能是酶表麵的一個區域。即使底物為蛋白質或核酸等大分子化合物，酶與它們的結合麵，也隻是一個區域。酶分子中能與底物結合並發生催化作用的局部空間結構稱為酶的活性中心。活性中心中有許多與催化作用直接相關的基團，稱為必需基團。有些必需基團涉及酶與底物的結合，又稱為結合基團，有些具有催化功能，稱為催化基團。在酶活性中心外，也存在一些與活性相關的必需基團。
（3）酶的專一性
生物體內有數以千萬計的化合物和化學反應，都由相應的酶催化。一種酶隻能作用於一種或一類化合物，進行一種類型的化學反應，生成一定結構的產物，這種現象稱為酶的專一性。
二、輔酶與酶輔助因子
除了單純由氨基酸殘基形成的單純蛋白質作為酶以外，更多的酶需要輔助因子參與作用，通常被稱為結合酶，其中酶的蛋白質部分稱為酶蛋白。根據輔助因子與酶蛋白結合成全酶的牢固程度，又分為輔酶和輔基兩類。輔酶為結構複雜的小分子有機物，通過非共價鍵與酶蛋白疏鬆結合，可用透析、超濾等方法而分離；輔基則常以共價鍵與酶蛋白牢固結合，不易與酶蛋白分離。
1.維生素與輔酶的關係
維生素可分為水溶性及脂溶性兩大類。水溶性維生素中有多種B族維生素，在體內參與輔酶的組成。
2.輔酶作用
輔酶及輔助因子，在酶促反應中起著傳遞電子、原子或某些化學基團的作用。各種輔酶的結構中都具有某種能進行可逆變化的基團，起到轉移各種化學基團的作用。在氧化還原酶中依賴輔酶分子中的菸酰胺或核黃素發揮其轉氫作用。在轉氨基酶分子中，吡哆醛起到轉移氨基的作用。
3.金屬離子作用
金屬離子與酶蛋白的結合可以是非常緊密的，是酶的重要組成成分，能與酶及底物形成各種形式的三元絡合物，不僅保證了酶與底物的正確定向結合，而且金屬離子還可作為催化基團，參與各種方式的催化作用。
三、酵反應動力學
酶反應動力學主要研究酶催化反應的過程與速率，以及各種影響酶催化速率的因素。
1.Km和Vmax的概念
在酶促反應中，底物濃度與反應速度為矩形雙曲線的關係。底物濃度很低時，反應速度隨底物濃度增加而上升，成直線比例，而當底物濃度繼續增加時，反應速度上升的趨勢逐漸緩和，一旦底物濃度達到相當高時，反應速度不再上升，達到極限最大值，稱最大：反應速度。
2.最適PH和最適溫度
酶反應溶液的PH可影響酶分子特別是活性中心的必需基團的解離程度、底物和輔酶的解離程度以及酶與底物的結合，以致影響酶的反應速度。在其他條件恒定的情況下，能使酶促反應速度達最大值時的PH，稱為酶的最適PH。大部分體內酶的最適PH在7.4左右。例外的是胃蛋白酶的最適PH是1.5-2.5，這就是胃酸缺乏會出現消化不良症狀的原因之一。
化學反應的速度隨溫度增加而加快，但酶是蛋白質，可隨溫度的升高而變性。可見溫度對酶促反應速度有雙重影響。當溫度既不過高以引起酶的變性，也不過低以抑製反應速度時，豳促反應的速度最快，此時的溫度即為酶的最適溫度。體內酶的最適溫度一般在37℃左右。
四、醉的抑製作用
酶活性可被加入反應體係中某一物質所減弱，該物質為該酶的抑製劑。抑製作用可分為兩大類：可逆性與不可逆性。
1.不可逆抑製作用
此類抑製劑一般均為非生物來源，它們與酶共價結合破壞了酶與底物結合或酶的催化功能。由於抑製劑與酶共價結合，不能用簡單的透析、稀釋等物理方法除去抑製作用。
2.可逆抑製作用
可逆性抑製劑是通過非共價鍵與酶結合，因此既能結合又易解離，迅速地達到平衡。酶促反應速度因抑製劑與酶或酶-底物複合物相結合而減慢。可逆性抑製作用又分為競爭性和非競爭性抑製等類型。
(1)競爭性抑製作用
競爭性抑製劑的結構與底物相似，能與底物競爭酶的結合位點，所以稱競爭性抑製作用。抑製劑與底物競爭酶的結合位點的能力取決於兩者的濃度。如抑製劑濃度恒定，底物濃度低時，抑製作用最為明顯。隨著底物濃度的增加，酶-底物複合物濃度增加，抑製作用減弱。當底物濃度遠遠大於抑製劑濃度時，幾乎所有的酶均被底物奪取，此時，酶促反應的Vmax不變，但Km值變大。
很多藥物都屬酶的競爭性抑製劑。磺胺藥物與對氨基苯甲酸具有類似結構，而對氨基苯甲酸是二氫葉酸合成酶的底物之一，因此磺胺藥通過競爭性地抑製二寧葉酸合成酶，使細菌缺乏二氫葉酸乃至四氫葉酸而不能合成核酸而增殖受抑製。
（2）非競爭性抑製作用
抑製劑既能與酶結合，也能與酶-底物複合物結合，從而使酶喪失活性，稱為非競爭性抑製劑。此種抑製劑既影響對底物的結合，又阻礙其催化功能，表現為Vmax值減小，而Km值不變。
五、酶的調節
酶的調節主要可分為酶活性調節及酶含量調節兩方麵，前者涉及一些酶結構的變化，後者則與酶的合成與降解有關。
1.別構效應和協同效應
代謝物等作用於酶的特定部位，也即別構部位，引起酶構象的變化，使酶活性增加或降低，這就是酶的別構調節。被調節的酶稱為別構酶。別構抑製是最常見的別構效應。通過多酶體係的終末產物作為抑製劑結合到關鍵酶的別構部位而快速調節酶的活性中心功能，達到快速抑製該酶而調整整個代謝通路的作用。
有些別構酶即以底物或前體等作為別構激活劑，結合到酶的別構部位，通過酶的變構而促進該酶的活化，避免過多底物的堆積而快速達到代謝平衡。
已知的別構酶都含有一個以上的亞基，第一個亞基與底物或效應劑結合後，第二個亞基與底物的結合能力可以受影響，此種情況稱為協同效應。
2.酶的共價修飾
有些酶，尤其是一些限速酶，在細胞內其他酶的作用下，其結構中某些特殊基團進行可逆的共價修飾，從而快速改變該酶活性，調節某一多酶體係的代謝通路，稱為共價修飾調節。最常見的共價修飾是磷酸化修飾。通過蛋白激酶的催化，被修飾酶分子中絲氨酸或酪氨酸側鏈上的羥基進行磷酸化，也可通過各種磷酸酶使此類磷酸基團去除，從而形成可逆的共價修飾。磷酸化修飾是體內重要的快速調節酶活性的方式之二。