酵素(Enzyme)

一、酵素(Enzyme)簡介

1. 酵素是一種生物催化劑，可以催化許多反應的進行，人體中的酵素幾乎都是由蛋白質所構成

2. 化學反應中會產生一個能量高且不穩定的狀態稱為過渡狀態，酵素具有與過渡狀態穩定結合的受質專一性，能夠與受質結合創造出另一條較低活化能的反應途徑使反應較容易發生。

資料來源：維基百科

單一受質的酶催化反應機理：酶（表示為「E」）結合受質（表示為「S」），並通過催化反應生成產物（表示為「P」）。
資料來源：維基百科

二、酵素作用機制Reaction Mechanism of Enzyme

1. 酵素(Enzyme)酵素會創造低活化能的反應途徑，與過渡階段（Transition State）穩定結合，使反應更易發生。下圖中為肽鍵水解反應，圖中間表示肽鍵和酵素有三個結合位。兩個H使得O、N帶δ-，下面的結合位則固定水。最後水的O結合帶δ+的C，發生水解反應。若無酵素催化，則此反應需要更大能量才能進行。

過渡階段（Transition State）範例
資料來源：加州聖塔芭芭拉大學

2. 酵素的活化位（Active Site）

A.酵素內和受質結合的位置，參與鍵結生成與斷裂

B.特點

a. 只佔酵素很小的一部分，其他大多數的胺基酸可以視為支架

b. 為三度空間實體（3-D entity）

c. 和受質以非共價鍵結合

d. 常為酵素的縫隙或裂口

e. 專一性取決於活化位內原子精準排列，意思是只要原子排列稍微不同就不能進行特定的催化

f. 與受質結合強度適當，若結合太緊，產物反而會無法脫離
三、酵素(Enzyme)機理
酶催化機理多種多樣，殊途同歸的是最終都能夠降低反應的ΔG‡：
1.創造穩定過渡態的微環境。例如，通過與反應的過渡態分子更高的親和力（與受質分子相比），提高其穩定性；或扭曲受質分子，以使得受質更趨向於轉化為過渡態。
2.提供不同的反應途徑。例如，暫時性地激活受質，形成酶-受質複合物的中間態。
3.將反應中不同受質分子結合到一起，並固定其方位至反應能夠正確發生的位置，從而降低反應的「門檻」。如果只考慮反應的焓變（ΔH‡），則此作用會被忽略。有趣的是，這一作用同時也會降低反應基態的穩定性，因此對於催化的貢獻較小。
四、酵素調控（Enzyme regulation）

1. 共價修飾(Covalent Modification)：酵素修飾物與酵素以共價方式鍵結稱為共價修飾

2. 酶原（Zymogens；Proenzymes）

A. 定義：酶原是一未活化的酵素前驅物（enzyme precursor），它需要經過特定生化反應（例如水解或改變構型，使活化位裸露出來），促使其變成活化的酵素

資料來源：維基教科書

B. 酶原轉化為酵素：此反應常發生在溶體，將酶原特定部位做切割，使之活化。切割完後留下的活化胺基酸鏈，即為活化肽鏈（activation peptide）。如下圖，在酶原兩個特定位置做切割，即產生了三段有活性的肽鏈。

因為具有很多雙硫鍵，所以酵素仍連在一起，而這種經過切割後留下特定片段的多肽鏈才是具有活性的，此為我們腸道中的消化酵素

3. 回饋抑制（Feedback inhibition）

A. 功能：使身體的內在環境維持在恆定狀態，減少過多或過少的產物生成

B. 如下圖，S1~S5是生物合成產物A~D過程中產生的中間產物，直線代表的是催化箭頭指向反應的酵素，曲線代表的是特定產物進行回饋抑制的可能途徑，使產物的量保持平衡

資料來源：Nature

4. 易位效應(Allosteric effect)：易位效應物（allosteric effectors；modulators）的附著位置（allosteric sites）與受質附著位置（substrate-binding sites）不同。易位效應物的連接，會使酵素產生構型的變化，讓受質或其他配基（ligands）對酵素的親和力（affinity）改變

D. 協同作用（cooperativity）發生在多個單體構成的蛋白（專有名詞：oligomeric protein）。協同效應就是一個次單元的易位效應物結合會影響其他次單元的構型改變
協同作用：上圖代表聚合體（polymeric）的酵素模型，A與J的連接會使他們連接的原聚體（protomer）產生構型的改變，這個構型的改變會傳到下一個原聚體（the second promoter），稱之為原聚體間的協同反應（cooperative promotor-promotor interactions），兩原聚體對受質的親和力都增加了；若為負向易位反應物與原聚體連接，則兩者對受質的親和力都會下降

E. 環磷酸腺苷(Cyclic AMP, cAMP)：對某些特定的蛋白質激酶（protein kinase）來說，是一種重要的易位調節物（allosteric regulator），它也是著名的第二傳訊者
五、酵素的催化種類Catalysis Mechanism of Enzyme)

1. 酸鹼催化(Acid-Base Catalysis)

2. 共價催化(Covalent Catalysis)

外部連結：酶促反應(酶催化)
六、酵素的系統分類(Classification of Enzyme)：酶通常是根據其受質性質或其所催化的化學反應類型來命名（英文中，在單詞的最後要加上-ase的後綴），如乳糖酶（lactase）、醇去氫酶（alcohol dehydrogenase）和DNA聚合酶（DNA polymerase）。但這樣往往會導致具有相同功能的不同的酶（同工酶）有相同的名字，而同工酶有著不同的胺基酸序列並可以通過它們不同的最適pH和不同的反應動力學參數來區分。而且，一些酶具有兩個或多個類型催化活性，這種命名方式就會使得同一種酶具有不同的名字。為了解決這些問題，國際生物化學與分子生物學聯盟發展出了酶的系統命名法
資料來源：維基百科
七、一些單位定義
1.酵素單位（Enzyme unit）：一單位的酵素稱為1 unit，1 unit為「每分鐘催化1 μmole（10-6mole）受質所需的酵素量」

2. 酵素純度：代表酵素專一活性（Specific Activity），單位是 unit／mg protein

3. 純化：就下表來看，進行純化越多次，混雜在樣本（Crude liver homogenate由肝臟取出的粗混合液）中不需要的雜質蛋白會被去除，使得總蛋白量（Total Protein）減少→總蛋白活性（Total Activity）降低；而欲純化的蛋白含量比例則相對提升→專一活性（Specific Activity）上升