执业医师最新最全考点解析系列生物化学部分第三节酶

第三单元酶酶是生物催化剂，是一种具有生物活性的蛋白质，少数RNA分子也具有催化功能，称为核酶。酶不改变反应的平衡，只是通过降低活化能加快反应的速度。第一节酶的催化作用本节考点：（1）酶的分子结构与催化作用（2）酶促反应的特点（3）酶-底物复合物一、酶的分子结构与催化作用绝大多数酶的本质是蛋白，根据酶的组成成分，分为单纯酶和结合酶两类。1.单纯酶：此类酶的结构组成除蛋白外；无其他成分，酶的活性决定于蛋白部分。2.结合酶：分子组成中除蛋白成分外，还有一些对热稳定的非蛋白小分子物质，把分子组成中的蛋白部分称酶蛋白，非蛋白小分子物质称辅助因子。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称全酶。通常全酶才能起催化作用：辅助因子+酶蛋白=全酶3.在催化反应中：酶蛋白与辅助因子所起的作用不同，酶反应的专一性及高效性取决于酶蛋白，而辅助因子则起电子、原子或某些化学基团的传递作用。4.酶的活性中心：酶的特殊催化能力只局限在它的大分子的一定区域，称为酶的活性中心。酶的活性中心有两个功能部位：（1）结合部位：一定的底物靠此部位结合到酶分子上。（2）催化部位：底物的键在此处被打断或形成新的键，从而发生一定的化学变化。5.必需基团（1）活性中心内的必需基团：活性中心内的一些化学基团，是酶发挥催化作用与底物直接作用的有效基团。（2）活性中心外的必需基团：在活性中心外的区域，还有一些不与底物直接作用的必需基团，这些基团与维持整个酶分子的空间构象有关，可使活性中心的各个有关基团保持于最适的空间位置，间接对酶的催化活性发挥其必不可少的作用。二、酶促反应的特点高度特异、高效、不稳定和可调节。（一）高度特异性（专一性）指酶对所作用的底物有严格的选择性。一种酶只能对一种底物或某一类物质起催化作用，而其他化学催化剂一般对底物要求不严格。根据酶对底物的选择程度不同，将酶作用的专一性分为两种类型。1.结构专一性：根据酶对底物组成部分选择程度的不同又可分为：（1）绝对专一性：指酶对底物的要求非常严格，只作用于一种底物，而不作用于其他任何物质。（2）相对专一性：这些酶对底物的要求比上述绝对专一性要低一些，可作用一类结构相近的底物。包括基团专一性和键专一性。2.立体异构专一性：当底物具有立体异构时，酶只能对底物的立体异构体中的一种起作用，而对另一种则无作用。（1）旋光异构专一性：如D-氨基酸氧化酶只能催化D-氨基酸氧化脱氨，而对L-氨基酸无作用。（2）几何异构专一性：如琥珀酸脱氢酶只能催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸，而不能生成马来酸，称为几何异构专一性。（二）高度催化效率酶具有极高的催化效率。要比一般催化剂高105～1013倍，这就是为什么生物体内酶含量少而又可催化大量的底物。（三）高度不稳定性绝大多数酶的本质是蛋白质，凡是能使蛋白质变性的因素，如高温、高压、强酸、强碱等都会使酶丧失活性。（四）酶活力的调节控制酶活力是受调节控制的，它的调节方式很多，包括抑制调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素的调节控制等。三、酶-底物复合物“诱导契合”学说：当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子诱导，其构象发生有利底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合进行反应。近年来x射线晶体结构分析的实验结果也支持这一假说，证明了酶与底物结合时，确有显著的构象变化。E+S←----ES-------E+P第二节辅酶与酶辅助因子本节考点：（1）维生素与辅酶的关系（2）辅酶作用（3）金属离子作用全酶中有蛋白质部分和辅助因子。辅助因子又分为辅基与辅酶。辅酶与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。一、维生素与辅酶的关系水溶性维生素可以形成辅酶。1.维生素B1又名硫胺素，体内活性形式为焦磷酸硫胺素（TPP）。TPP是α-酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮醇酶的辅酶。2.维生素B2又名核黄素，体内活性形式为黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。FMN及FAD是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传递体的作用。3.维生素PP：包括尼克酸和尼克酰胺，体内活性形式是：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）。NAD+及NADP+是体内多种脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。4.维生素B6：包括吡哆醇，吡哆醛及吡哆胺。体内活性形式为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，也是δ-氨基γ-酮戊酸合酶（ALA合酶）的辅酶。5.泛酸：又名遍多酸，体内活性形式为辅酶A（CoA）、酰基载体蛋白（ACP）。CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用。6.生物素：是多种羧化酶（如丙酮酸羧化酶）的辅酶，参与C02的羧化过程。7.叶酸：又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢叶酸（FH4）。FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。8.维生素B12：又称钴胺素，体内活性形式为甲基钴胺素、5’-脱氧腺苷钴胺素。生化作用：参与体内甲基转移作用。9.维生素C：又称L-抗坏血酸。参与氧化还原反应，参与体内羟化反应，促进胶原蛋白的合成，促进铁的吸收。二、辅酶作用在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其他基团。三、金属离子作用1.稳定酶的构象。2.参与催化反应，传递电子。3.在酶与底物间起桥梁作用。4.中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。第三节酶促反应动力学本节考点：（1）Km和Vmax的概念（2）最适pH值和最适温度一、底物浓度的影响（一）米氏方程Km和Vmax的概念底物浓度与反应速度的关系可以用米氏方程描述：v=Vmax·[S]／Km+[S]v：反应速度；[S]：底物浓度；Vmax：反应的最大速度；Km：米氏常数1.米氏常数：Km就是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol／L。2.米氏常数的意义（1）米氏常数是酶的特征常数之一，每一种酶都有它的Km值，Km值只与酶的结构和所催化的底物有关，与酶浓度无关。（2）判断酶与底物亲和力的大小。Km值小，表示用很低的底物浓度即可达到最大反应速度的一半，说明酶与底物亲和力大。可用1／Km近似地表示亲和力，1／Km愈大，酶与底物的亲和力愈大，酶促反应愈易进行。（3）判断哪些底物是酶的天然底物或最适底物（即Km值最小的底物）。（4）判断正逆两向反应的催化效率。如一个反应的正逆方向由同一个酶催化，则Km值较小的那向反应催化效率较高。（5）求出要达到规定反应速度的底物浓度，或根据已知底物浓度求出反应速度。例如：已知Km值，求使反应达到95%Vmax时的底物浓度为多少?解：95%Vmax=Vmax·[s]／Km+[s]移项解出[s]=19Km二、最适pH值和最适温度（一）温度对酶促反应有双重的影响1.酶促反应与一般化学反应一样，升高温度能加速化学反应的进行。2.绝大多数酶是蛋白质，升高温度能加速酶的变性而使酶失活。（二）最适温度：在某一温度范围时酶促反应速度最大，此温度称为酶作用的最适温度。人体内酶最适温度多在37℃左右。（三）最适pH：溶液的pH对酶活性影响很大。在一定的pH范围内酶表现催化活性。在一定pH时酶的催化活性最大，此pH称酶作用的最适pH。偏离酶最适pH值愈远，酶的活性愈小，过酸或过碱则可使酶完全失去活性。各种酶的最适pH不同，人体内大多数酶的最适pH在7.35—7.45之间，pH活性曲线近似于钟形。但并非所有的酶都是如此，胃蛋白酶最适pH为1.5—2.5，其活性曲线只有钟型的一半；胆碱酯酶在pH大于7.0时有最大活性。第四节抑制剂对酶促反应的抑制作用本节考点：（1）不可逆抑制（2）可逆性抑制一、不可逆抑制这类抑制剂通常比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂来恢复酶活性按照不可逆抑制作用的选择性不同，又可分为专一性的不可逆抑制与非专一性的不可逆抑制两类。1.非专一性不可逆抑制：抑制剂可与酶分子中的一类或几类基团反应，抑制酶的活性或使酶失活。一些重金属离子（铅、铜、汞）、有机砷化物及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进行不可逆结合，许多以巯基为必需基团的酶，因此会被抑制，可用二巯丙醇（BAL）解毒：除去抑制作用。2.专一性不可逆抑制剂：抑制剂仅仅和酶活性部位的有关基团反应从而抑制酶的活性。有机磷杀虫剂（敌百虫、敌敌畏等）能特异性地与酶活性中心上的羟基结合，使酶的活性受到抑制，而且有机磷杀虫剂的结构与底物愈接近，其抑制愈快。二、可逆性抑制抑制剂与酶非共价结合，可以用透析、超滤等简单物理方法除去抑制剂来恢复酶的活性，因此是可逆的。根据抑制剂在酶分子上结合位置的不同，又可分为三类：1.竞争性抑制：抑制剂I与底物S的化学结构相似，在酶促反应中，抑制剂与底物相互竞争酶的活性中心，当抑制剂与酶形成EI复合物后，酶才不能再与底物结合，从而抑制了酶的活性，这种抑制称为竞争性抑制。Km增高，Vm不变。2.非竞争性抑制剂：抑制剂与底物结构并不相似。也不与底物抢占酶的活性中心，而是通过与活性中心以外的必需基团结合抑制酶的活性，这种抑制称非竞争性抑制。非竞争性抑制与底物并无竞争关系。Km不变，Vm降低。3.反竞争催抑制：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，即ES+I→ESI，ESI一×→P。比较起来，这种抑制剂作用最不重要。第五节酶活性的调节本节考点：（1）别构调节（2）共价修饰（3）酶原激活（4）同工酶概念一、别构调节一些代谢物可以与某些酶分子活性中心外的某一部位可逆的结合，使酶发生变构并改变其催化活性。此结合部位称为别构部位或调节部位。对酶催化活性的这种调节称为别构调节。受别构调节的酶称为别构酶。导致别构效应的代谢物称为别构效应剂。二、共价修饰酶蛋白肽链上一些基团可以与某种化学基团发生可遂的共价结合，从而改变酶活性。这一过程称为酶的共价调节或化学修饰。在共价调节过程中，酶发生无（低）活性与有（高）活性的互变。三、酶原激活1.酶原：有些酶（大多数为水解酶）在细胞内初合成或初分泌时是无活性的，这些酶的前身称为酶原。2.酶原的激活：在某些物质作用下，无活性的酶原转变为有活性的酶的过程。3.酶原激活的本质：酶原激活的实质是活性中心的形成和暴露的过程。首先是酶蛋白的一部分肽段被水解，去掉其对必需基团的掩盖和空间阻隔作用，然后三维构象发生改变，必需基团相对集中，形成活性中心。4.酶原激活的生理意义：酶原的存在形式对机体来说是一种保护作用。例如胰腺分泌的胰蛋白酶原和胰凝乳蛋白酶原。需在肠道内经激活才能催化蛋白质水解，这样也保护了胰腺不受酶的破坏。四、同工酶概念指能催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫学性质不同的一组酶。第六节核酶本节考点：核酶核酶主要指一类具有催化功能的RNA。大多数核酶通过催化转磷酸酯和磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程。与蛋白质酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。核酶的发现对于“所有酶都是蛋白质”的传统观念提出了挑战。核酶的具体作用主要有：1.核苷酸转移作用。2.水解反应，即磷酸二酯酶作用。3.磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用。4.脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。5.RNA内切反应，即RNA限制性内切酶作用。【习题】1.下列辅酶中含有维生素B2的是A.NAD+B.FADC.FH4D.CoAE.FH3『正确答案』B2.酶的特异性是指A.酶与辅酶特异的结合B.酶对所催化的底物有特异的选择C.酶在细胞内的定位是特异的D.酶催化的反应机制各不相同E.酶催化的反应机制相同『正确答案』B3.关于酶原和酶原激活A.体内所有酶初分泌时均以酶原形式存在B.酶原的激活过程是酶被完全水解的过程C.酶原激活的实质是酶活性中心形成或暴露的过程D.酶原的激活是酶的共价修饰过程E.酶原的激活是酶的别构调节的过程『正确答案』C4.影响酶促反应速度的因素不包括A.底物浓度B.反应环境的pHC.酶原的浓度D.反应温度『正确答案』C5.关于Km的意义不正确的是A.Km是酶的特征性常数B.Km等于反应速度为最大速度一半时的底物浓度C.Km增高酶与底物亲和力降低D.Km等于反应速度为最大速度一半时的酶浓度『正确答案』D6.有关竞