酶蛋白变性及其在临床诊断中的应用

酶是体内最主要的催化剂，是由活细胞产生的在体内、外都具有催化功能的蛋白质，也称生物催化剂。酶所具有的催化能力称酶活性或酶活力；酶失去催化能力称酶失活；酶所催化的反应称酶促反应；反应中被酶作用的物质称底物（P），生成的物质称产物（S）。

核酶是具有催化作用的RNA分子，也是一类生物催化剂。

（一）酶促反应的特点

酶促反应具有一系列区别于体外催化剂的重要特点。

1.高度专一性（特异性）酶对其所作用的底物具有严格的选择性，即一种酶只能作用于一种或一类底物，并产生一定的产物，酶的这种特性称酶的专一性或酶的特异性。例如，脲酶只能水解尿素，使其分解为二氧化碳和氨。

2.高度的催化速率　酶是高效生物催化剂，比一般催化剂的效率高107～1013倍。例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率是H+催化作用的2.5×1012倍。

3.高度的不稳定性　酶的化学本质是蛋白质，酶促反应要求一定的pH、温度和压力等条件。凡能使蛋白质变性的各种理化因素如强酸、强碱、高温、紫外线等都可使酶蛋白变性，甚至导致酶失活。

4.酶活性的可调节性　有些酶的催化活性可受许多因素影响，除受到代谢物、产物浓度的调节外，还接受激素和神经体液通过第二信使对酶活力进行调节，从而精确调节物质代谢速度。

（二）酶的分子组成

按照酶的化学组成可分为单纯酶和结合酶两大类。

1.单纯酶　单纯由蛋白质构成的酶。其催化活性取决于蛋白质的结构。此类酶多属于水解酶，如胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。

2.结合酶　由蛋白质和非蛋白质两部分组成。前者称酶蛋白，后者称辅助因子。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物又称全酶。单独存在的酶蛋白或辅助因子都没有酶活性，只有形成全酶后才具有催化活性。辅助因子包括金属离子、小分子有机化合物，如B族维生素。

根据辅助因子与酶蛋白结合的牢固程度不同，可将其分为辅酶与辅基两类。与酶蛋白结合疏松的称辅酶，如NAD+（辅酶Ⅰ）、NADP+（辅酶Ⅱ）。与酶蛋白结合紧密的称辅基，如FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）等。一种酶蛋白只能与一种辅助因子结合成一种特异的酶，但一种辅助因子可以与不同的酶蛋白结合，从而构成具有不同特异性的酶。

（三）酶的活性中心

酶分子中与酶活性密切相关的化学基团称酶的必需基团。酶的必需基团在空间结构上彼此靠近，形成一个能与底物特异性结合，并将底物转化为产物的特定空间结构区域，该区域称酶的活性中心或酶的活性部位。活性中心是酶发挥催化功能的结构基础，当酶活性中心受到某些理化因素作用而遭到破坏时，酶的活性也就丧失。酶活性中心决定酶的专一性和催化性，具有相同或相似的活性中心的酶，催化作用常相同或极为相似。

（四）酶原与酶原激活

某些酶在细胞内合成或初分泌时没有催化活性，这种无活性的酶的前体称酶原。酶原在一定条件下转变成有活性的酶的过程称酶原的激活。酶原激活的实质是酶活性中心形成或暴露的过程。例如，胰蛋白酶原进入小肠后，在肠激酶的作用下，于肽链N-端水解掉一个六肽，分子构象发生改变，形成了酶的活性中心，从而转变为有催化活性的胰蛋白酶。

酶原激活的生理学意义在于既可以保护自身组织不被细胞产生的蛋白水解酶进行自身消化，又可使酶原到达特定部位或环境后发挥其催化作用。

（五）影响酶促反应速度的因素

酶促反应速度指单位时间内底物的减少量或产物的生成量。用酶促反应速度的大小来代表酶活性。影响酶促反应速度的因素有底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂等。(www.xing528.com)

1.底物浓度　在酶浓度和其他因素不变的情况下，底物浓度对酶促反应速度的影响呈矩形双曲线。

2.酶浓度　底物浓度足够大时，在适当的反应条件下，酶的浓度越大，酶促反应的速度也越快，即酶促反应速度与酶的浓度成正比关系。

3.pH酶催化活性最大时的环境pH称酶的最适pH。最适pH不是酶的特征性常数，人体内各种酶的最适pH都不同，生物体内大多数酶的最适pH接近中性。少数特殊，如胃蛋白酶的最适pH为1.8，pH＞5.0时便失活。

4.温度　酶作用有一个最适合的温度，酶促反应最快时的环境温度称酶的最适温度。人体内大多数酶的最适温度接近于体温，为35～40℃。低温可使酶活性降低，但一般不使酶破坏，温度升高后，酶又可以恢复活性。临床上低温麻醉便是利用酶的这一性质以减慢组织细胞代谢速度，提高机体对氧和营养物质缺乏的耐受性。此外，在临床护理工作中，一般病房的温度保持在18～22℃。其中的一个原因使患者能在适宜的环境温度下，保持正常的体温，使体内的酶处于最适温度的内环境中，从而使新陈代谢保持正常水平。

5.激活剂　凡能提高酶活性的物质称酶的激活剂。例如，C1-能增强唾液淀粉酶的活性，Mg2+是一些激酶的激活剂。

6.抑制剂　凡能使酶活性下降但又不使其变性的物质称酶的抑制剂。根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同，可分为不可逆性抑制和可逆性抑制。

（1）不可逆性抑制：这类抑制剂通常以共价键与酶不可逆地结合，使酶失活，不能用稀释、透析、超滤等简单方法除掉。

（2）可逆性抑制：这类抑制剂通常以非共价键与酶可逆地结合，因结合比较疏松，故可用透析、超滤等方法将抑制剂除去，使酶恢复活性。常见的可逆性抑制有竞争性抑制和非竞争性抑制。

（六）酶在临床上的应用

酶在医学领域中应用十分广泛，人体的许多疾病与酶活性的改变有关，血浆中酶活性改变对许多疾病的发生发展及预后的判断具有重要意义。

1.酶与疾病的发生　临床上有些疾病的发病机制是由酶的质和量的异常或酶活性受抑制所致的：①酶缺陷所致的疾病，多见于先天性或遗传性疾病（表15-1-3）。②酶活性异常所致的疾病，许多中毒性疾病实际上是体内某些酶活性被抑制所引起的。例如，有机磷农药抑制胆碱酯酶活性，一氧化碳抑制细胞色素氧化酶活性等，均可引起中毒。

表15-1-3　遗传性酶缺陷所致疾病

2.酶与疾病的诊断　当某些组织或器官发生疾病时，由于细胞的坏死和通透性增加或细胞增殖使酶的合成增加等，均可使某些细胞内酶溢入人的体液中。临床上通过测定血清、尿液等体液中酶活性的异常，来反映某些疾病的发生和发展，有利于临床诊断。如测定血和尿中淀粉酶的活性，可作为急性胰腺炎的诊断指标；测定血中丙氨酸氨基转移酶的活性，可判断肝细胞损伤的严重程度。

3.酶与疾病的治疗　近年来，酶在疾病治疗上的应用范围越来越广，逐渐被人们所认识，广泛受到重视，各种酶制剂在临床上的应用越来越普遍。例如：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等，用于帮助消化；胰蛋白酶、纤溶酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶等用于外科扩创、化脓伤口的净化、炎症消除；尿激酶、链激酶、纤溶酶等用于防止血栓形成、促进血栓溶解等；天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶用于抗肿瘤等。

拓展视野

夜盲症与维生素A

夜盲症俗称“鸡盲眼”。如果坐在黑暗中5分钟还看不见的话，可能患了夜盲症。人在黑暗中要看清物体需要依靠视网膜中的一种视色素，叫做视紫红质，而视紫红质的形成必须要有充足的维生素A。如果人体内缺乏维生素A，视紫红质的合成就会减少，合成速度也会减慢，因此导致眼睛对黑暗的适应能力降低。到了晚上天色昏暗时，就看不清东西，从明亮的室外进入光线很暗的电影院时，也不能像正常人一样很快就能看清室内的座椅。若有夜盲的症状，服用大量维生素A可在数小时内获得改善，但服用大量维生素A须医师指导，否则可能出现中毒现象。