1.酶的几个概念

  • 酶的定义：由活细胞产生的一类对其特异底物具有高度催化效率的蛋白质或核酸（生物催化剂）。
  • 酶促反应：酶催化的化学反应
  • 底物（S）：被酶催化发生化学变化的物质
  • 产物（P）：酶催化反应所生成的物质

2.酶存在的几种形式

  • 单体酶：只有一条肽链组成。 eg：核糖核酸酶、溶菌酶、**胰凝乳蛋白酶**（特例，有三条肽链，链间由二硫键相连构成一个共价整体）
  • 寡聚酶：由多个相同或不同亚基组成。 eg：蛋白酶A、乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶
  • 多酶复合体：功能相关、彼此以非共价键嵌合在一起的酶。 eg：丙酮酸脱氢酶复合体（E1、E2、E3+5种辅基）、脂肪合成酶

3.酶的作用特点

与一般催化剂的共同点：

  • [x] 能够改变化学反应的速率，但不能改变化学反应平衡常数，酶本身在反应前后不发生变化
  • [x] 能够稳定底物形成过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应进行。
  • [x] 用量少效率高。

酶作为生物催化剂的特性：

  • [x] 易失活：凡能使蛋白质变性的因素如强酸、强碱高温等条件都能使酶破坏而完全失去活性。
  • [x] 高效性：以mol为单位进行比较，酶的催化效率比化学催化剂高10^7~10^13倍，比非催化反应高10^8~10^20倍。
  • [x] 高度专一性：作用于特定的底物。
    • 结构专一性：酶对催化的分子-底物化学结构的要求和选择
      • 绝对专一性：只作用于某一特定底物 eg：脲酶、麦芽糖酶、淀粉酶、碳酸酐酶、延胡索酸水化酶（只作用于反丁烯二酸）
      • 相对专一性：作用于一类化合物或一类化学键 eg：β-葡萄糖苷酶的族专一性，酯酶、凝血酶的键专一性
    • 立体专一性：酶对催化的分子-底物空间结构的要求和选择
      • 旋光异构专一性 eg：β-葡萄糖氧化酶只作用于β-D-葡萄糖；L-氨基酸氧化酶只能催化L-氨基酸氧化；乳酸脱氢酶只对L-乳酸是专一的
      • 几何异构专一性 eg：延胡索酸水化酶
  • [x] 活性 高度可调节
    • 酶浓度调节
    • 激素调节
    • 反馈调节
    • 抑制剂和激活剂调节
    • 其他调节方式：共价修饰调节、别构调节、酶原激活、同功酶等

4.催化亚基和调节亚基

  • 调节亚基本身无酶活性，结合到催化亚基后，调节催化亚基执行功能。

  • 乳糖合成酶：怀孕期间调节亚基很少，分娩后激素增加，调节亚基大量合成，形成有活性的酶从而大量合成乳糖，适应生理需要。

5.锁钥学说与诱导契合学说

  1. 锁钥学说

    酶表面具有特定的形状，酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。

    缺点：不能解释逆反应

  2. 诱导契合学说

    酶表面没有与底物互补的特定形状，只是由于底物的诱导才形成了互补形状，从而有利于底物的结合。

6.酶的命名和分类

  1. 习惯命名法

  2. 系统命名法

    国际系统分类

    • 氧化还原酶类
    • 转移酶类
    • 水解酶类
    • 裂合酶类
    • 异构酶类
    • 连接酶（合成酶）类

7.核酶和抗体酶

  • 核酶：具有催化活性的RNA

    • 四膜虫rRNA的自我剪切

    • L-19RNA：四膜虫RNA前体的内含子序列，具有RNA酶、RNA聚合酶、氨酰酯酶活性

    • 核酶具有经典的酶促催化标志：高度专一、符合米氏方程、对竞争抑制剂敏感；

      不同点：化学本质不同、催化效率低

    • 核酶发现的重大意义

  • 抗体酶：具有催化活性的免疫球蛋白

    • 是抗体的高度选择性与酶的高效催化性相结合的产物
    • 蛋白质分子设计的一种新方法
    • 催化作用的实质：专一性结合作用形成的过渡态

8.酶的活力、活力单位以及活力测定方法

  • 酶活力（酶活性）：酶催化一定化学反应的能力，大小用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示

  • 酶反应速率：用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量来表示

  • 酶的活力单位（U）——IU、Kat

    • IU：最适条件下，每分钟转化1mmol底物所需要的酶量
    • Kat：最适条件下，每秒钟转化1mol底物所需要的酶量
    • 1Kat=60×10^6^IU

  • 酶的比活力：酶在总蛋白量中所占比的含量所具有的活力

    • 单位：Kat/mg、IU/mg，每毫克酶蛋白所具有的活力单位数

  • 酶的活力测定方法：

    1. 测定完成一定量反应所需的时间
    2. 测定单位时间内酶催化的化学反应量

    分光光度法——要求酶的底物和产物在紫外或可见光部分有光吸收的不同

    优点：简便、迅速、准确，一个样品可多次测定，有利于动力学研究

    例：人血清乳酸脱氢酶活力的测定

    荧光法：灵敏度高但易受干扰

    同位素测定法：灵敏度最高

    电化学法：pH计、氧电极法

9.酶反应速率的影响因素

  1. 底物浓度

    • 中间络合物学说

    • 酶促反应动力学方程——米氏方程
      $$
      V_0=\frac{V_{max}[S]}{K_m+[S]}
      $$
      K~m~的意义：当没反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度。

      与酶浓度无关，但随底物、反应温度、pH 等变化而改变

      K~m~ 值越小表示亲和程度越大，1/K~m~可以近似表示酶对底物的亲和力大小

      K2（Kcat）的意义：Kcat值越大，表示酶的催化效率越高。

  2. 酶浓度

    底物浓度固定时，V与[E]成正比

  3. pH

  4. 温度

  5. 抑制剂

    • 酶的失活：使酶蛋白变性而引起的酶活力丧失的作用称失活作用

    • 酶的抑制：由于酶必须基团化学性质改变，使酶的活性降低或丧失，但不引起酶蛋白变性的作用称为抑制作用

    • 抑制剂：指与酶结合并引起抑制作用的化合物

      • 不可逆抑制：抑制剂与酶蛋白中的必需基团以共价键形式结合，引起酶的永久性失活，不能用透析或超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶活性

        • 非专一性不可逆抑制
        • 专一性不可逆抑制

      • 可逆抑制：…非共价键…酶活性暂时性丧失…可以通过透析等方法除去，且能部分或全部恢复酶的活性

        • 竞争性抑制——通常可以通过增大底物浓度来消除、V~max~不变 eg：琥珀酸脱氢酶
        • 非竞争性抑制——不因提高底物浓度而减弱、V~max~减小 eg：金属离子与酶分子调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制
        • 反竞争性抑制：酶只与底物结合后才与抑制剂结合，即抑制剂只结合ES复合物、V~max~减小 eg：phe、L-同型精氨酸等对碱性磷酸酶的抑制，肼类化合物对胃蛋白酶抑制
        • 混合型抑制