生物化学中的酶调控机制

生物化学中的酶的研究

酶是一类生物大分子催化剂，是生物化学中最基本和最重要的研究对象。酶可以加速和控制生物反应速率，在许多生理过程中都发挥着极为重要的作用。

一、酶的分类

按照作用类型，酶可以分为氧化还原酶、转移酶、水解酶、合成酶等。按照分子结构，酶可分为，结构酶、非结构酶、多组分酶等。按照催化机理，酶可以分为物理吸附型、化学反应型和催化后处理型。

二、酶的活性

酶的活性受多种影响，包括温度、ph值、离子强度、金属离子和电解质含量等。高温和极端的酸碱度会使酶丧失功能，但适宜的温度和ph值有助于提高酶的活性。

三、酶的初始速度

酶的反应速度随着底物浓度的增加而增加，但当底物浓度达到一定值时，速率几乎不再增加，即达到最大反应速度。此时酶的反应速率称为饱和速率，酶的活性也达到最大值。

四、酶的动力学

酶的动力学研究是了解酶在各种条件下的反应机制和活性规律的基础。其中，最常用的方法是米氏方程，它能够表述酶速度与底物浓度之间的关系。

五、酶的应用

酶具有广泛的应用价值。例如，酶在制药和化妆品生产中被广泛使用，可以用于制备生物达成体和药物，长期稳定性好；酶也可用于催化生物转化反应，如酶在食品添加剂中的应用、酶在生产糖、啤酒上的应用等。

六、酶在疾病诊断中的作用

酶可以作为生物标志物，广泛应用于疾病的诊断，其中，最典型的是肝病酶的检测，许多生化指标可用于诊断和监测肝脏疾病。这些指标通常作为肝功能的一部分测试，并可以用于监测化疗剂对身体产生的不良影响。

总之，酶作为生命体系中极其重要的促进剂和调整剂，在生物化学领域中受到了广泛的研究和应用。通过进一步深入地研究酶的原理和性质，我们将更好地了解生命系统的本质和机制。

广东医学２０１１年９月第３２卷第１８期　ＧｕａｎｇｄｏｎｇＭｅｄｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｓｅｐ．２０１１，Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．１８　

ＬＬ一３７，ｉｎ　ｓｙｎｅｒｇｙ　ｗｉｔｈ　ｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙ　ｍｅｄｉａｔｏｒ　ＩＬ一１　ｂｅｔａ，ａｕｇ－　ｍｅｎｔｓ　ｉｍｍｕｎｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｂｙ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐａｔｈｗａｙｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｉｍｍｕｎｏｌ，　

２００７，１７９（１１）：７６８４—７６９１．　［２８］ＫＨＩＮＥ　Ａ　Ａ，ＤＥＬ　ＳＯＲＢＯ　Ｌ，ＶＡＳＣＨＥＴｒＯ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｈｕｍａｎ　ｎｅｕｔｒｏｐｈｉｌ　ｐｅｐｔｉｄｅｓ　ｉｎｄｕｃｅ　ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ—　８　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　Ｐ２Ｙ６　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｐａｔｈｗａｙ［Ｊ］．Ｂｌｏｏｄ，２００６，１０７（７）：２９３６—　２９４２．　［２９］ＳＣＯＴＴＭＧ，ＤＡＶＩＤＳＯＮ　Ｄ　Ｊ，ＧＯＬＤＭＲ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ａｎ－　ｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｐｅｐｔｉｄｅ　ＬＬ一３７　ｉｓ　ａ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｅｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｏｆ　ｉｎｎａｔｅ　ｉｍｍｕｎｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｉｍｍｕｎｏｌ，２００２，１６９（７）：３８８３—３８９１．　

【３Ｏ］ＢＯＷＤＩＳＨ　Ｄ　Ｍ，ＤＡＶＩＤＳＯＮ　Ｄ　Ｊ，ＬＡｕ　Ｙ　Ｅ，ｅｔ　ａ１．Ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ＬＬ一３７　ｏｎ　ａｎｔｉ—ｉｎｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｍｍｕｎｉｔｙ［Ｊ］．Ｊ　Ｌｅｕｋｏｃ　Ｂｉｏｌ，２００５，　

７７（４）：４５１—４５９．　［３１］ＢＲＡＦＦ　Ｍ　Ｈ，ＨＡＷＫＩＮＳ　Ｍ　Ａ，ＤＩ　ＮＡＲＤＯ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ　ａｍｏｎｇ　ｈｕｍａｎ　ｃａｔｈｅｌｉｃｉｄｉｎ　ｐｅｐｔｉｄｅｓ：ｄｉｓｓｏｃｉ—　ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｆｒｏｍ　ｈｏｓｔ　ｉｍｍｕｎｏｓｔｉｍｕｌａｔｏｒｙ　ａｅｔｉｖ—　ｉｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｉｍｍｕｎｏｌ，２００５，１７４（７）：４２７１－４２７８．　［３２］ＢＹＦＩＥＬＤ　Ｆ　Ｊ，ＷＥＮ　Ｑ，ＬＥＳＺＣＺＹＮＳＫＡ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｃａｔｈｅｌｉｃｉｄｉｎ　ＬＬ一３７　ｐｅｐｔｉｄｅ　ｒｅｇｕｌａｔｅｓ　ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ　ｃｅｌｌ　ｓｔｉｆｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｓｌ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ａｍ　Ｊ　Ｐｈｙｓｉｏｌ　Ｃｅｌｌ　Ｐｈｙｓｉｏｌ，２０１１，３００　（１）：Ｃ１０５一Ｃ１１２．　［３３］ＣＡＲＲＥＴＥＲＯ　Ｍ，ＥＳＣＡＭＥＺ　Ｍ　Ｊ，ＧＡＲＣ￣Ａ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎ　ｖｉｔｒｏ　ａｎｄ　・２４７５・　

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第十章 酶的作用机制和酶的调节

提要

酶的活性部位对于不需要辅酶的酶来说，就是指酶分子中在三维结构上比较靠近的几个氨基酸残基负责与底物的结合与催化作用的部位，对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构，往往也是酶活性部位的组成部分。酶活性部位有6个共同特点。研究酶活性部位的方法有：酶分子侧链基团的化学修饰法，动力学参数测定法，X射线晶体结构分析法和定点诱变法，这些方法可互相配合以判断某个酶的活性部位。

酶是催化效率很高的生物催化剂，这是由酶分子的特殊结构所决定的。经研究与酶催化效率的有关因素有7个，即底物和酶的邻近效应与定向效应，底物的形变与诱导契合，酸碱催化，共价催化，金属离子催化，多元催化和协同效应，活性部位微环境的影响。但这些因素不是同时在一个酶中其作用，也不是一种因素在所有的酶中起作用，对于某一种酶来说，可能分别主要受一种或几种因素的影响。

研究酶催化的反应机制，始终是酶学研究的一个重点，通过大量的研究工作，已经对一些酶的作用机制有深入了解，该章对溶解酶、胰核糖核酸酶A、羧肽酶A、丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等的催化作用机制进行了详尽的讨论。

酶活性是受各种因素调节控制的，除了在第8章中已介绍的几种因素外，主要还有①别构调节，例如ATCase。②酶原的激活，如消化系统蛋白酶原的激活及凝血系统酶原的激活。③可逆共价修饰调控，如蛋白质的磷酸化，一系列蛋白激酶的作用。通过以上作用，使酶能在准确的时间和正确的地点表现出它们的活性。别构酶一般都是寡聚酶，有催化部位和调节部位，别构酶往往催化多酶体系的第一步反应，受反应序列的终产物抑制，终产物与别构酶的调节部位相结合，由此调节多酶体系的反应速率。别构酶有协同效应，[S]对υ的动力学曲线呈S形曲线（正协同）或表现双曲线（负协同），两者均不符合米氏方程。ATCase作为别构酶的典型代表，已经测定了其三维结构，详细研究了别构机制和催化作用机制。为了解释别构酶协同效应的机制，有两种分子模型受到人们重视，即协同模型和序变模型。酶原经过蛋白水解酶专一作用释放出肽段，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成有活性的酶，这个活化过程，是生物体的一种调控机制。可逆地共价修饰调控作用是通过共价调节酶进行的，通过其他酶对其多肽链某些基团进行可逆地共价修饰，使处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性。共价修饰的基团主要是磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化及ADP-核糖基化等。

酶催化反应的机理和调控

生命体系中所有基本的化学反应都是由酶催化的。酶是高度专一性的蛋白质分子，它们可以在生物体内将底物转化成产物并在反应平衡时提高反应速率，甚至以极低的浓度极大地影响反应速率。这一切很大程度上由酶催化反应的机理和调控机制的复杂性确立。在本文中，我们将着重探讨从酶催化反应机理和调控机制两个方面理解酶催化反应的机制。

一、酶催化反应的机理

1. 酶催化作用介绍

酶的本质是一种催化剂，它们的作用是降低反应的活化能，这意味着反应所需的能量更小，因此反应发生的速度大大提高。酶可以和底物形成复合物，然后通过形成过渡态或中间体，促成反应的进行，最后将产物释放出来。不同的酶使用不同的策略降低反应的活化能，例如在亲核反应中，酶可以将活性较高的底物和催化剂（通常是水分子）靠近起来。在氧化还原反应中，酶通常使用辅因子或离子通道来沟通催化剂与底物之间的电位差，从而使得电子转移更加容易。

2. 酶催化反应的机理

酶催化反应通常可以被描述为以下几个步骤：

1）底物结合：酶通过模型亲和力结合底物。

2）过渡态形成：酶可以通过对底物立体结构的改变来促进产生过渡态。

3）反应促进：酶通过某种机制，通常是提供亲水离子或负载氢离子来催化反应。

4）产物释放：产物脱离酶分子后，酶重新回到初始状态。

以上步骤并不是必须的，某些化学反应可以不涉及其中任何一步，但许多生化反应都可以以这种方式被描述。酶催化反应机理的核心在于酶与底物之间的相互作用。酶通过与底物相互作用来定向促进它们之间的反应。

3. 酶催化反应的特性

虽然酶催化反应的机理是非常复杂的，但是它们具有一些为我们所熟知的特性：

1）高度选择性：由于酶与底物之间的相互作用，因此酶可以具有很高的选择性，它们可以选择特定的底物反应，而对于那些不符合条件的底物则不会进行反应。

2）催化效率：酶催化反应产生的催化效率极其高效，它们可以在非常短的时间内将大量的底物转化成产物。