臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試生物化學(xué)考試輔導(dǎo)：酶

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　　知識(shí)點(diǎn)三：酶

　　1.酶的催化作用(重要考點(diǎn))

　　1.1.酶的分子結(jié)構(gòu)與催化作用

　　酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生，能在體內(nèi)外對(duì)其底物起催化作用的一類蛋白質(zhì)。

　　體內(nèi)多數(shù)酶類屬于結(jié)合蛋白質(zhì)的酶類，分為兩部分，蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白(決定酶反應(yīng)特異性)，非蛋白質(zhì)部分稱輔助因子(參與酶蛋白的催化反應(yīng))據(jù)結(jié)合強(qiáng)弱分為輔基和輔酶。

　　酶分子中與酶活性有關(guān)的化學(xué)基團(tuán)稱為必須基團(tuán)，而必須基團(tuán)在空間位置上相對(duì)集中形成的特定空間結(jié)構(gòu)區(qū)域，是酶發(fā)揮催化作用的關(guān)鍵部位，稱為酶的活性中心。

　　1.2.酶促反應(yīng)的特點(diǎn)(高效性、專一性、不穩(wěn)定性、可調(diào)控性)

　　酶是一類生物催化劑，遵循一般催化劑的基本規(guī)律(例：反應(yīng)前后質(zhì)量不變，只能加速而不能改變反應(yīng))。由于酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，因而具有一些獨(dú)特的催化性質(zhì)：①酶能顯著地降低反應(yīng)活化能，具有極高的催化效率。②每種酶都選擇性地催化一種或一類化合物，具有高度的特異性;③酶是蛋白質(zhì)，其空間結(jié)構(gòu)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(wěn)定性;④ 酶促反應(yīng)受多種因素調(diào)控以適應(yīng)機(jī)體對(duì)不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動(dòng)的需要。

　　1.3.酶-底物復(fù)合物

　　酶在發(fā)揮催化作用前，需與底物密切結(jié)合。這種結(jié)合是酶與底物結(jié)構(gòu)的相互誘導(dǎo)、相互形變、相互適應(yīng)的過(guò)程(誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō))，從而形成酶-底物復(fù)合物。

　　2.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(zhì)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(jié)合酶，其中酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白。根據(jù)輔助因子與酶蛋白結(jié)合成全酶的牢固程度，又分為輔酶和輔基兩類。輔酶為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小分子有機(jī)物，通過(guò)非共價(jià)鍵與酶蛋白疏松結(jié)合，可用透析、超濾等方法而分離;輔基則常以共價(jià)鍵與酶蛋白牢固結(jié)合，不易與酶蛋白分離。除了上述輔酶外，酶輔助因子主要是各種金屬離子，如zn2+、fe2+、cu2+、mn2+、 ca2+、mg2+、na2+和k+等。

　　2.1.維生素與輔酶的關(guān)系

　　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(nèi)參與輔酶的組成。

　　常見(jiàn)輔酶所含b族維生素非常重要

　　脂溶性的維生素k，在體內(nèi)還原后，作為凝血因子?、?、?、?等蛋白質(zhì)中谷氨酸-γ-羧化酶的重要輔助因子。

　　2.2.輔酶作用

　　輔酶及輔助因子，在酶促反應(yīng)中起著傳遞電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的作用。各種輔酶的結(jié)構(gòu)中都具有某種能進(jìn)行可逆變化的基團(tuán)，起到轉(zhuǎn)移各種化學(xué)基團(tuán)的作用。在氧化還原酶中依賴輔酶分子中的煙酰胺或核黃素發(fā)揮其轉(zhuǎn)氫作用。在轉(zhuǎn)氨基酶分子中，吡哆醛起到轉(zhuǎn)移氨基的作用。

　　2.3.金屬離子作用

　　酶的重要組成成分，能與酶及底物形成各種形式的三元絡(luò)合物，不僅保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且金屬離子還可作為催化基團(tuán)，參與各種方式的催化作用。

　　3.酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

　　主要研究酶催化反應(yīng)的過(guò)程與速率，以及各種影響酶催化速率的因素。

　　3.1.km和vmax的概念

　　在酶促反應(yīng)中，底物濃度與反應(yīng)速度為矩形雙曲線的關(guān)系。底物濃度很低時(shí)，反應(yīng)速度隨底物濃度增加而上升，成直線比例;而當(dāng)?shù)孜餄舛壤^續(xù)增加時(shí)，反應(yīng)速度上升的趨勢(shì)逐漸緩和;一旦底物濃度達(dá)到相當(dāng)高時(shí)，反應(yīng)速度不再上升，達(dá)到極限最大值，稱最大反應(yīng)速度(vmax)。根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)，推導(dǎo)出米氏方程式(v=vmax[s]/km+[s](底物濃度))從數(shù)學(xué)上顯示底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系，其中的km值為一常數(shù)，表示酶蛋白分子與底物的親和力，km 值是酶的特征性常數(shù)之一，在一定程度上代表酶的催化效率，在數(shù)值上等于酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度1/2時(shí)的底物濃度。一種酶能催化不同底物時(shí)就有不同的km值，其中km值最小的底物一般認(rèn)為是該酶的天然底物或最適底物。

　　3.2.最適ph和最適溫度

　　酶反應(yīng)溶液的ph可影響酶分子特別是活性中心的必需基團(tuán)的解離程度、底物和輔酶的解離程度以及酶與底物的結(jié)合，以致影響酶的反應(yīng)速度。在其他條件恒定的情況下，能使酶促反應(yīng)速度達(dá)最大值時(shí)的ph，稱為酶的最適ph。大部分體內(nèi)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(huì)出現(xiàn)消化不良癥狀的原因之一。)

　　溫度對(duì)酶促反應(yīng)速度有雙重影響，化學(xué)反應(yīng)的速度隨溫度增加而加快，但酶是蛋白質(zhì)，可隨溫度的升高而變性。當(dāng)溫度既不過(guò)高以引起酶的變性，也不過(guò)低以抑制反應(yīng)速度時(shí)，酶促反應(yīng)的速度最快，此時(shí)的溫度即為酶的最適溫度。體內(nèi)酶的最適溫度一般在37℃左右。

　　4.抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)的抑制作用

　　能減弱或者停止酶的作用的物質(zhì)稱為酶的抑制劑 ,多為與酶的活性中心內(nèi)、外的必須基團(tuán)結(jié)合，抑制酶的催化活性。

　　4.1.不可逆抑制作用

　　不可逆抑制作用抑制劑一般為非生物來(lái)源，它們與酶共價(jià)結(jié)合破壞了酶與底物結(jié)合或酶的催化功能。抑制劑與酶共價(jià)結(jié)合，不能用簡(jiǎn)單的透析、稀釋等物理方法除去抑制作用。

　　4.2.可逆抑制作用

　　(1)競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的結(jié)構(gòu)與底物相似，能與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合位點(diǎn)，所以稱競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合位點(diǎn)的能力取決于兩者的濃度。增加底物濃度可以減少競(jìng)爭(zhēng)性抑制的作用，很多藥物都屬酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑(如磺胺類藥物)。此種抑制表現(xiàn)為vmax不變，但km值變大。

　　(2)非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 抑制劑與酶活性中心外帶的必須基團(tuán)結(jié)合而不影響底物與酶的結(jié)合，二者在酶分子上結(jié)合位點(diǎn)不同，形成的酶-底物-抑制劑復(fù)合物不能釋放產(chǎn)物，不能因增加底物濃度而消除抑制，故稱非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。此種抑制表現(xiàn)為vmax值減小，而km值不變。

　　(3)反競(jìng)爭(zhēng)性抑制 抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，不與游離的酶結(jié)合。此種抑制表現(xiàn)為vmax值減小，而km值變小。

　　5.酶活性的調(diào)節(jié)(較少考到)

　　分為酶活性調(diào)節(jié)及酶含量調(diào)節(jié)兩方面。

　　5.1.別構(gòu)調(diào)節(jié)

　　一些小分子物質(zhì)能與酶的調(diào)節(jié)部位或亞基以非共價(jià)鍵相連，使酶的空間構(gòu)象發(fā)生改變，從而使酶的活性發(fā)生改變，這種被調(diào)節(jié)的酶稱為別構(gòu)酶，這種調(diào)節(jié)方式稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)抑制是最常見(jiàn)的別構(gòu)效應(yīng)。

　　5.2.共價(jià)修飾

　　有些酶，尤其是一些限速酶，在細(xì)胞內(nèi)其他酶的作用下，其結(jié)構(gòu)中某些特殊基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾，從而快速改變?cè)撁富钚?，調(diào)節(jié)某一多酶體系的代謝通路，稱為共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。最常見(jiàn)的共價(jià)修飾是磷酸化修飾。

　　化學(xué)修飾調(diào)節(jié)主要以放大效應(yīng)調(diào)節(jié)代謝強(qiáng)度為主要作用，而別構(gòu)調(diào)節(jié)大多以影響關(guān)鍵酶使代謝發(fā)生方向性的變化。二者作用相輔相成。

　　5.3.酶原激活

　　在細(xì)胞內(nèi)合成及初分泌時(shí)，沒(méi)有活性的酶稱為酶原。在一定的條件下，可轉(zhuǎn)變成有活性的酶，此過(guò)程稱為酶原激活。

　　酶原激活的生理意義在于①避免細(xì)胞本身的蛋白質(zhì)受蛋白酶的水解破壞②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(例:急性胰腺炎)。

　　5.4.同工酶概念

　　同一種屬中，酶分子結(jié)構(gòu)組成不同，但能催化同一種化學(xué)反應(yīng)的一組酶，稱為同工酶。同工酶的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能均可有所差異。如乳酸脫氫酶 (ldh)由h和m亞基組成的四聚體，以不同的比例組成5種同工酶，即ldh1(h4)、ldh2(h3m)、ldh3(h2m2)、ldh4(hm3) 和ldh5(m4)。心肌中富有l(wèi)dh1。當(dāng)心肌損害時(shí)，血清中l(wèi)dh1的濃度就會(huì)上升，這是心肌損害的重要輔助診斷指標(biāo)之一。

　　6.核酶(較少考到)

　　核酶是具有催化活性的rna。意義：①生命起源，核酸與蛋白質(zhì)的先后問(wèn)題②核酶具有內(nèi)切酶活性，可以切割特定的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。

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