2024年臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試輔導(dǎo)講義《生物化學(xué)》第三章酶酶是由活細(xì)胞合成的、對其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)，是機(jī)體內(nèi)催化各種代謝反應(yīng)最主要的催化劑。酶的分子結(jié)構(gòu)與功能酶的分子組成酶按分子組成可分為單純酶和結(jié)合酶。單純酶是僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶。結(jié)合酶由蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部分組成，前者稱為酶蛋白，后者稱為輔助因子。酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶，只有全酶才有催化活性。輔助因子分為輔酶和輔基。輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去；輔基則與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用上述方法除去。金屬離子是最常見的輔助因子，約2/3的酶含有金屬離子。酶的活性中心酶分子中與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)稱作酶的必需基團(tuán)。這些必需基團(tuán)在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心?；钚灾行牡谋匦杌鶊F(tuán)有兩種：一種是結(jié)合基團(tuán)，其作用是結(jié)合底物；另一種是催化基團(tuán)，其作用是催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。活性中心外也有必需基團(tuán)，它對維持酶活性中心的空間結(jié)構(gòu)起重要作用。酶原與酶原的激活有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，稱為酶原。酶原在一定條件下，可轉(zhuǎn)化成有活性的酶，這一過程稱為酶原的激活。酶原激活的實(shí)質(zhì)是酶的活性中心形成或暴露的過程。酶原激活的生理意義在于避免細(xì)胞產(chǎn)生的酶對細(xì)胞進(jìn)行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝的正常進(jìn)行。同工酶同工酶是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。乳酸脫氫酶（LDH）是由H亞基和M亞基組成的四聚體，這兩種亞基以不同的比例組成五種同工酶，即LDH?（H?）、LDH?（H?M）、LDH?（H?M?）、LDH?（HM?）和LDH?（M?）。不同的組織器官中同工酶的分布和含量不同，這為疾病的診斷提供了重要依據(jù)。例如，心肌梗死時血中LDH?活性升高，肝病時LDH?活性升高。酶促反應(yīng)的特點(diǎn)與機(jī)制酶促反應(yīng)的特點(diǎn)1.高效性：酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高10?-102?倍，比一般催化劑高10?-1013倍。2.特異性：一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物，這稱為酶的特異性。根據(jù)酶對底物選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可分為絕對特異性、相對特異性和立體異構(gòu)特異性。3.可調(diào)節(jié)性：酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機(jī)體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。例如，通過變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)等方式改變酶的活性。4.不穩(wěn)定性：酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，凡能使蛋白質(zhì)變性的因素，如高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等，都能使酶失去活性。酶促反應(yīng)的機(jī)制酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物是酶催化作用的前提。誘導(dǎo)契合假說認(rèn)為，酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物。酶催化作用的機(jī)制主要包括鄰近效應(yīng)與定向排列、多元催化和表面效應(yīng)。酶促反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素的科學(xué)。這些因素主要包括底物濃度、酶濃度、溫度、pH、抑制劑和激活劑等。底物濃度對反應(yīng)速度的影響在其他因素不變的情況下，底物濃度的變化對反應(yīng)速度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而急劇上升，兩者成正比關(guān)系；隨著底物濃度的進(jìn)一步增加，反應(yīng)速度不再呈正比例增加，反應(yīng)速度增加的幅度不斷下降；如果繼續(xù)增加底物濃度，反應(yīng)速度將不再增加，表現(xiàn)出零級反應(yīng)，此時酶的活性中心已被底物飽和。米-曼氏方程描述了底物濃度與反應(yīng)速度之間的定量關(guān)系，其表達(dá)式為：$V=frac{V_{max}[S]}{K_{m}+[S]}$。其中，$V$為反應(yīng)速度，$V_{max}$為最大反應(yīng)速度，$[S]$為底物濃度，$K_{m}$為米氏常數(shù)。$K_{m}$值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，它是酶的特征性常數(shù)之一，只與酶的結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)。$K_{m}$值可用來表示酶對底物的親和力，$K_{m}$值越小，酶對底物的親和力越大。酶濃度對反應(yīng)速度的影響當(dāng)?shù)孜餄舛茸銐虼?，使酶被底物飽和時，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。溫度對反應(yīng)速度的影響溫度對酶促反應(yīng)速度具有雙重影響。在較低溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快；但當(dāng)溫度升高到一定程度時，酶蛋白發(fā)生變性，反應(yīng)速度反而下降。酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度稱為酶促反應(yīng)的最適溫度。最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，它與反應(yīng)進(jìn)行的時間有關(guān)。pH對反應(yīng)速度的影響pH通過影響酶分子中某些必需基團(tuán)的解離狀態(tài)、底物和輔酶的解離狀態(tài)以及酶-底物復(fù)合物的形成來影響酶促反應(yīng)速度。在不同pH條件下，酶分子中的許多極性基團(tuán)解離狀態(tài)不同，酶活性中心的某些必需基團(tuán)需要在某一解離狀態(tài)下才容易和底物結(jié)合并具有最大的催化活性。此外，許多具有可解離基團(tuán)的底物和輔酶的荷電狀態(tài)也受pH影響，從而影響酶對它們的親和力。酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境pH稱為酶促反應(yīng)的最適pH。最適pH也不是酶的特征性常數(shù)，它受底物濃度、緩沖液的種類和濃度以及酶的純度等因素的影響。抑制劑對反應(yīng)速度的影響能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱酶的抑制劑。根據(jù)抑制劑與酶結(jié)合的緊密程度不同，可將抑制作用分為可逆性抑制和不可逆性抑制兩類。1.不可逆性抑制作用：抑制劑通常與酶活性中心的必需基團(tuán)共價結(jié)合，使酶失活。這種抑制作用不能用透析、超濾等方法去除抑制劑而恢復(fù)酶的活性。例如，有機(jī)磷農(nóng)藥能特異性地與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸殘基上的羥基結(jié)合，使酶失活，導(dǎo)致乙酰膽堿堆積，引起一系列中毒癥狀。2.可逆性抑制作用：抑制劑與酶非共價結(jié)合，能用透析、超濾等方法去除抑制劑而恢復(fù)酶的活性?？赡嫘砸种谱饔糜挚煞譃楦偁幮砸种?、非競爭性抑制和反競爭性抑制三種類型。-競爭性抑制：抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似，可與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物。這種抑制作用的特點(diǎn)是：$V_{max}$不變，$K_{m}$增大。例如，丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用就是競爭性抑制。-非競爭性抑制：抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合，不影響酶與底物的結(jié)合，但酶-底物-抑制劑復(fù)合物不能進(jìn)一步釋放出產(chǎn)物。這種抑制作用的特點(diǎn)是：$V_{max}$降低，$K_{m}$不變。-反競爭性抑制：抑制劑僅與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，使中間產(chǎn)物的量下降。這種抑制作用的特點(diǎn)是：$V_{max}$降低，$K_{m}$減小。激活劑對反應(yīng)速度的影響使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑大多為金屬離子，如Mg2?、K?、Mn2?等。根據(jù)激活劑對酶活性影響的程度不同，可將激活劑分為必需激活劑和非必需激活劑。酶的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)1.變構(gòu)調(diào)節(jié)：體內(nèi)一些代謝物可以與某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)并改變其催化活性，這種調(diào)節(jié)方式稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)。受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱為變構(gòu)酶。變構(gòu)酶通常具有多個亞基，分子中含與底物結(jié)合的活性中心和與變構(gòu)效應(yīng)劑結(jié)合的變構(gòu)中心。變構(gòu)效應(yīng)劑與變構(gòu)中心結(jié)合后，可引起酶分子構(gòu)象的改變，從而影響酶的活性。變構(gòu)調(diào)節(jié)是細(xì)胞水平代謝調(diào)節(jié)中一種較常見的快速調(diào)節(jié)方式。2.共價修飾調(diào)節(jié)：酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可在其他酶的催化下，與某些化學(xué)基團(tuán)共價結(jié)合，或去掉已結(jié)合的化學(xué)基團(tuán)，從而改變酶的活性，這一過程稱為酶的共價修飾調(diào)節(jié)。常見的共價修飾方式有磷酸化與去磷酸化、乙?；c去乙?；?。共價修飾調(diào)節(jié)也是一種快速調(diào)節(jié)方式。酶含量的調(diào)節(jié)1.酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏：能促進(jìn)酶蛋白合成的物質(zhì)稱為誘導(dǎo)劑，能阻礙酶蛋白合成的物質(zhì)稱為阻遏劑。例如，氯霉素能抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成，是一種阻遏劑。2.酶蛋白降解的調(diào)節(jié)：通過改變酶蛋白的降解速度來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的含量。酶的分類與命名酶的分類根據(jù)酶所催化反應(yīng)的類型，將酶分為六大類：氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類和合成酶類。酶的命名酶的命名有習(xí)慣命名法和系統(tǒng)命名法兩種。習(xí)慣命名法是根據(jù)酶的底物、催化反應(yīng)的類型以及酶的來源等進(jìn)行命名。系統(tǒng)命名法規(guī)定，每一種酶有一個系統(tǒng)名稱，它標(biāo)明酶的所有底物與反應(yīng)類型。酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系酶與疾病的發(fā)生許多疾病的發(fā)生與酶的異常有關(guān)。例如，酪氨酸酶缺乏可導(dǎo)致白化??；苯丙氨酸羥化酶缺乏可引起苯丙酮尿癥。酶與疾病的診斷臨床上常通過測定血、尿等體液中某些