酶思维导图
《酶思维导图》
酶的基本概念
定义
- 生物催化剂：加速生物体内化学反应的蛋白质或RNA分子。
- 高效率：显著加快反应速率。
- 高选择性：高度专一性，催化特定反应或底物。
- 温和条件：在常温常压下即可发挥作用。
成分
- 蛋白质类酶
- 多数酶的本质是蛋白质
- 由氨基酸通过肽键连接而成
- 具有复杂的空间结构
- 核酶 (Ribozyme)
- 少量酶的本质是RNA
- 具有催化活性的RNA分子
- 如核糖体RNA
特性
- 高效性：比无机催化剂效率高10^7 ~ 10^14倍。
- 专一性：一种酶通常只催化一种或一类反应。
- 绝对专一性：只催化特定底物的特定反应。例如，尿素酶只催化尿素水解。
- 相对专一性：催化结构相似的底物进行相似的反应。例如，脂肪酶可以水解多种脂肪。
- 作用条件温和：在接近中性pH和常温常压下进行反应。
- 可调节性：活性受pH、温度、抑制剂、激活剂等因素影响。
- 立体专一性：对立体异构体具有选择性。
- 酶活性可遗传性：酶的合成受基因控制。
酶的结构与功能
酶的结构
- 简单酶：仅由蛋白质组成。
- 结合酶：由蛋白质（酶蛋白）和非蛋白质部分（辅因子）组成。
- 酶蛋白（Apoenzyme）：不具催化活性的蛋白质部分。
- 辅因子（Cofactor）：
- 辅酶（Coenzyme）：小分子有机物，参与酶的催化反应。例如：NAD+、FAD、CoA。
- 辅基（Prosthetic group）：与酶蛋白结合紧密的有机物，如血红蛋白中的血红素。
- 金属离子：某些酶需要金属离子激活，如Mg2+、Zn2+、Fe2+。
酶的作用机理
- 降低活化能：酶通过与底物结合，形成酶-底物复合物，降低反应的活化能。
- 提供反应途径：酶提供一个更易于反应发生的途径，改变反应的中间状态。
- 稳定过渡态：酶与过渡态结合，稳定过渡态结构，加速反应速率。
- 定向效应：使底物分子定向排列，提高反应效率。
- 应力效应：酶结合底物后，引起底物分子形变，更容易断裂或形成新的化学键。
活性中心
- 定义：酶分子中与底物结合并直接参与催化反应的特定区域。
- 组成：由特定的氨基酸残基组成。
- 结合位点：与底物结合的区域。
- 催化位点：直接参与催化反应的区域。
影响酶活性的因素
温度
- 影响：在最适温度下，酶活性最高。
- 低温：酶活性降低，但酶结构未破坏，温度升高后可恢复活性。
- 高温：酶空间结构破坏，酶失活，且不可逆。
- 最适温度：不同酶有不同的最适温度。
pH值
- 影响：每种酶都有其最适pH值。
- 过酸或过碱：影响酶的活性，严重时使酶变性失活。
- 最适pH值：不同酶有不同的最适pH值。
底物浓度
- 影响：
- 低浓度：酶活性随底物浓度增加而增大。
- 高浓度：酶活性达到最大值，不再随底物浓度增加而增大（酶饱和）。
- 米氏常数 (Km)：酶促反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度，反映酶与底物的亲和力。Km值越小，亲和力越高。
酶浓度
抑制剂
- 定义：能降低酶活性的物质。
- 分类：
- 竞争性抑制剂：与底物竞争酶的活性中心。
- 非竞争性抑制剂：与酶活性中心以外的部位结合，改变酶的构象，降低酶活性。
激活剂
- 定义：能提高酶活性的物质。
- 作用：
- 与酶结合，改变酶的构象，使其活性更高。
- 提供酶促反应所需的辅因子。
酶的应用
工业生产
- 食品工业：淀粉酶、蛋白酶、果胶酶等用于食品加工。
- 医药工业：酶制剂用于药物生产、诊断试剂等。
- 轻工业：纤维素酶用于纺织品处理、皮革加工等。
- 环保工业：微生物产生的酶用于处理污水、降解污染物。
医学诊断
- 酶活性测定：检测血液或体液中特定酶的活性，用于疾病诊断。
- 酶联免疫吸附试验 (ELISA)：利用酶标记抗体或抗原，进行抗原-抗体反应的检测。
科研
- 分子生物学：限制性内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等用于基因工程操作。
- 生物化学：酶用于研究代谢途径、反应机理等。
酶的命名与分类
命名规则
- 普通名称：在底物名称后加“酶”，如淀粉酶、蛋白酶。
- 系统名称：由IUBMB（国际生物化学与分子生物学联合会）制定，根据酶所催化的反应类型命名。
分类
- 六大类：
- 氧化还原酶：催化氧化还原反应。
- 转移酶：催化基团的转移。
- 水解酶：催化水解反应。
- 裂合酶：催化从底物中移除基团，形成双键，或反之。
- 异构酶：催化异构化反应。
- 连接酶：催化两个分子连接，形成新的化学键，通常需要ATP提供能量。
