【正文】 體液條件下，往往是良好的質(zhì)子供體或受體，極有利于進(jìn)行酸堿催化作用，從而提高酶的催化效能。酶還能使靠近活性中心處的底物分子的反應(yīng)基團(tuán)與酶的催化基團(tuán)取得正確定向，這就是定向作用。圖412 酶與一般化學(xué)催化劑降低反應(yīng)活化能示意圖酶能大幅度降低反應(yīng)活化能的原因是：1． 酶能與底物形成中間復(fù)合物酶催化底物反應(yīng)時(shí)，首先酶的活性中心與底物結(jié)合生成酶－底物復(fù)合物，此復(fù)合物再進(jìn)行分解而釋放出酶，同時(shí)生成一種或數(shù)種產(chǎn)物，此過程可用下式表示： E+S—→ES—→E+P上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶底復(fù)合物，P代表反應(yīng)產(chǎn)物。形成或暴露酶的活性中心，可使無催化活性的酶原轉(zhuǎn)變成具有催化活性的酶。對結(jié)合酶來說，輔酶或輔基也參與酶活性中心的組成。4．酶活性的不穩(wěn)定性酶是蛋白質(zhì)，酶促反應(yīng)要求一定的pH、溫度等溫和的條件，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬鹽、高溫、紫外線、劇烈震蕩等任何使蛋白質(zhì)變性的理化因素都可使酶變性而失去其催化活性。如L乳酸脫氫酶的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。如脲酶只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，所以又具有其獨(dú)特的催化特點(diǎn)：1．高度的催化效率 酶的催化效率比無催化劑的自發(fā)反應(yīng)速度高108～1020倍，比一般催化劑的催化效率高107～1013倍。目前尚未發(fā)現(xiàn)天然存在的催化性DNA。理論上講，核酶幾乎可以被廣泛用來嘗試治療所有基因產(chǎn)物有關(guān)的疾病。這種具有催化作用的RNA被稱為核酶或催化性RNA（catalytic RNA）。輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶（holoenzyme）。1． 單純酶 這類酶的基本組成單位僅為氨基酸，通常只有一條多肽鏈。在酶促反應(yīng)中被酶催化的物質(zhì)叫底物（substrate，S）；經(jīng)酶催化所產(chǎn)生的物質(zhì)叫產(chǎn)物（product，P）；酶所具有的催化能力稱為酶的“活性”，如果酶喪失催化能力稱為酶失活。但是20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)還有一類生物催化劑，稱為核酶（ribozyme），它主要作用于RNA的剪接。本章主要介紹酶的有關(guān)內(nèi)容，因?yàn)樯矬w的一切生命活動都是在酶的催化下平衡協(xié)調(diào)地進(jìn)行，臨床上許多疾病都與酶的異常密切相關(guān)，許多臨床常用藥物亦是通過影響酶的作用來達(dá)到治療。1926年Sumner首次從刀豆中提取脲酶結(jié)晶并率先提出酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。只有全酶才有催化作用。輔基則與酶蛋白結(jié)合緊密，不能通過透析或超濾將其除去。核酶的發(fā)現(xiàn)一方面推動了對于生命活動多樣性的理解，另外在醫(yī)學(xué)上也有其特殊的用途。（三）脫氧核酶最初發(fā)現(xiàn)的核酶都是RNA分子，后來證實(shí)人工合成的具有類似結(jié)構(gòu)的DNA分子也具有特異性降解RNA的作用。二、酶的催化作用特點(diǎn)酶是生物催化劑，既有與一般催化劑相同的催化性質(zhì)，又有一般催化劑所沒有的生物大分子的特征。這種高度加速的酶促反應(yīng)機(jī)制，主要是因?yàn)榇蠓冉档土朔磻?yīng)的活化能(activation energy)。(2)相對特異性(relative specificity)：一種酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，這種不太嚴(yán)格的特異性稱為相對特異性。3．酶活性的可調(diào)節(jié)性物質(zhì)代謝在正常情況下處于錯(cuò)綜復(fù)雜、有條不紊的動態(tài)平衡中。三、酶的活性中心與催化作用機(jī)理（一） 酶的活性中心組成酶分子的氨基酸中有許多化學(xué)基團(tuán)，如NHCOOH、SH、OH等，但這些基團(tuán)并不都是與酶活性有關(guān)。酶活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)分兩種：能直接與底物結(jié)合的必需基團(tuán)稱為結(jié)合基團(tuán)（binding group），影響底物中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催化底物發(fā)生化學(xué)變化的必需基團(tuán)稱為催化基團(tuán)（catalytic group）。相反，酶的活性中心一旦被其它物質(zhì)占據(jù)或某些理化因素使酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，酶則喪失催化活性。ES的形成，改變了原來反應(yīng)的途徑，大幅度降低了反應(yīng)活化能，從而使反應(yīng)加速。定向作用提高了酶與底物反應(yīng)的適宜時(shí)機(jī)，從而降低了反應(yīng)活化能，加快了反應(yīng)速度。　 5． 共價(jià)催化作用某些酶能與底物形成極不穩(wěn)定的、共價(jià)結(jié)合的ES復(fù)合物，這些復(fù)合物極易變成過渡態(tài)，從而降低反應(yīng)的活化能，加速化學(xué)反應(yīng)速度。B族維生素是合成輔酶或輔基的基本原料，個(gè)別B族維生素可以直接作為輔助因子結(jié)合于酶蛋白上。底物分子脫氫時(shí)，一次脫下一對氫（2H++2e），NAD+或NADP+接受1個(gè)H+和2個(gè)e，另一個(gè)H+游離存在于溶液中。 輔酶I和輔酶II是以維生素PP（尼克酸、尼克酰胺）、核糖、磷酸、腺嘌呤為原料合成的。FADH2可將氫通過呼吸鏈傳遞至氧生成水，釋放能量用于ATP的合成；在某些情況下，也可將氫直接傳遞給氧而生成過氧化氫（H2O2），H2O2可被過氧化氫酶催化分解成水和氧氣。巰基SH是輔酶A的活性基團(tuán)，因此輔酶A常寫作CoASH。（四）氨基酸分解代謝的重要輔酶：磷酸吡哆醛與磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛與磷酸吡哆胺是氨基酸代謝中多種酶的輔酶，可以催化多種反應(yīng)，常見的有α氨基酸與α酮酸的轉(zhuǎn)氨基作用和α氨基酸的脫羧基作用（圖418）。（六）脫羧酶輔酶：焦磷酸硫胺素TPP+焦磷酸硫胺素TPP+是涉及糖代謝中羰基碳（醛、酮）合成與裂解反應(yīng)的輔酶，特別是α酮酸的脫羧基作用，焦磷酸硫胺素通過N=C活性部位的碳原子與α碳原子（羰基碳原子）結(jié)合而促使羧基裂解釋放二氧化碳（圖4110）。嘌呤和胸腺嘧啶的合成需要一碳單位為原料，因此FH4的一個(gè)重要作用就是傳遞一碳單位合成嘌呤和胸腺嘧啶。治療方法是給予病人葉酸和維生素B12。圖4112 甲硫氨酸循環(huán)維生素B12缺乏時(shí)，S腺苷甲硫氨酸的甲基供體體不能合成，影響體內(nèi)甲基化反應(yīng)；同時(shí)，甲硫氨酸合成酶由于缺乏輔酶而導(dǎo)致N5甲基FH4的甲基無法轉(zhuǎn)移，致使四氫葉酸的再生減少，不能有效地轉(zhuǎn)運(yùn)一碳單位，影響嘌呤、嘧啶的合成，最終導(dǎo)致核酸合成障礙，影響細(xì)胞分裂。圖4114顯示α酮丙酸（丙酮酸）的乙酰基轉(zhuǎn)移過程。磷以磷酸鹽形式是細(xì)胞內(nèi)能量傳遞ATP系統(tǒng)的活性成分。五、酶的種類按酶促反應(yīng)的性質(zhì)，酶可分為六大類：（一）氧化還原酶類（oxidoreductases）催化底物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的酶類。（三）水解酶類（hydrolases）催化底物發(fā)生水解反應(yīng)的酶類。（五）異構(gòu)酶類（isometases）催化各種同分異構(gòu)體間相互轉(zhuǎn)變的酶類，如磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。這些因素主要包括底物濃度、酶濃度、溫度、PH、激活劑和抑制劑等。酶促反應(yīng)速度與底物濃度之間的變化關(guān)系，反映了[ES]的形成與生成產(chǎn)物[P]的過程。因此，Km值等于酶促反應(yīng)最大速度一半時(shí)的底物濃度。二、酶濃度、溫度、PH的影響?yīng)? （一）酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響在一定的溫度和pH條件下，當(dāng)?shù)孜餄舛茸阋允姑革柡偷那闆r下，酶的濃度與酶促反應(yīng)速度呈正比關(guān)系(圖422)。常將酶促反應(yīng)速度最大的某一溫度范圍，稱為酶的最適溫度(圖423)。所以在護(hù)理技術(shù)操作中對酶制劑和酶檢測標(biāo)本（如血清等）應(yīng)放在冰箱中低溫保存，需要時(shí)從冰箱取出，在室溫條件下等溫度回升后再使用或檢測。據(jù)此，在生化檢驗(yàn)中，可以采取適當(dāng)提高溫度，縮短時(shí)間的方法，進(jìn)行酶的快速檢測。溶液的pH值高于和低于最適pH時(shí)都會使酶的活性降低，遠(yuǎn)離最適pH值時(shí)甚至導(dǎo)致酶的變性失活（圖424）。從化學(xué)本質(zhì)看，激活劑包括無機(jī)離子和小分子有機(jī)物。（二） 抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響凡能使酶的活性降低或喪失而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱酶的抑制劑。例如，有機(jī)磷農(nóng)藥能特異性地與膽堿酯酶活性中心絲氨酸的羥基結(jié)合，使酶失活。這類抑制劑大致可分為以下二類。很多藥物是酶的競爭性抑制劑。（2）非競爭性抑制(nonpetitive inhibition)：非競爭性抑制劑（I）和底物（S）的結(jié)構(gòu)不相似，I常與酶活性中心外的部位結(jié)合，使酶催化作用抑制叫做非競爭性抑制。胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶等在它們初分泌時(shí)