酶

酶（enzyme）是自然界存在的或人工合成的、具有催化特定化学反应的生物分子，如催化性的蛋白质和RNA等。酶能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。

酶在医学中的应用十分广泛和重要，多种遗传性疾病与酶的先天性缺陷有关，许多酶已成为临床上诊断疾病的定性指标，有些酶还可作为药物用来治疗疾病。

1、酶在疾病诊断方面的应用

（1）血清酶活性测定辅助诊断疾病：人体发生疾病时，血清中多种酶的活性会出现变化。像急性心肌梗死发作时，血液中的肌酸激酶（CK）、乳酸脱氢酶（LDH）等酶活性会显著升高。通过检测这些酶在血清中的活性，能辅助医生判断患者是否发生心肌梗死等疾病，为早期诊断提供重要依据。

（2）酶标记免疫测定诊断疾病：在免疫检测中利用酶标记抗原或抗体。以检测乙肝表面抗原为例，将酶与抗乙肝表面抗原的抗体结合，加入待检样本，若样本中存在乙肝表面抗原，就会与标记酶的抗体结合，再加入酶的底物，通过酶催化底物显色反应及显色程度，可判断样本中乙肝表面抗原的含量，用于乙肝等疾病的诊断。

2、酶在疾病治疗方面的应用

（1）消化酶用于改善消化功能：当人体因疾病、年龄等因素出现消化功能障碍时，消化酶制剂可发挥作用。例如胃蛋白酶、胰蛋白酶等，它们能补充体内消化酶的不足，帮助分解食物中的蛋白质等成分，促进消化吸收，缓解消化不良、食欲不振等症状，常用于治疗慢性胃炎、慢性胰腺炎等引起的消化功能减退。

（2）纤溶酶类治疗血栓性疾病：像链激酶、尿激酶等纤溶酶，能够激活纤溶系统，使纤维蛋白溶解。在急性心肌梗死、肺栓塞等血栓性疾病发生时，及时使用这些纤溶酶类药物，可溶解血栓，恢复血管通畅，挽救因缺血而受损的组织器官，是治疗血栓性疾病的重要手段。

（3）抗癌酶类用于肿瘤治疗：天冬酰胺酶可用于治疗某些类型的白血病。它能催化分解血液中的天冬酰胺，肿瘤细胞自身不能合成足够的天冬酰胺，依赖从血液中摄取，使用天冬酰胺酶后，肿瘤细胞因缺乏天冬酰胺而生长受抑制，从而达到治疗肿瘤的目的。

3、酶可作为药物用于临床检测和研究

（1）酶法测定体液中物质含量：在临床检测中，利用酶的特异性催化反应来测定体液中各种物质的含量。比如用葡萄糖氧化酶测定血糖，葡萄糖氧化酶能特异性催化葡萄糖氧化，通过检测反应过程中产生的物质（如过氧化氢）的量，可准确测定血液中葡萄糖的浓度，为糖尿病等疾病的诊断和治疗监测提供数据。

（2）基因工程中工具酶用于研究：在基因工程研究中，限制性内切酶、DNA 连接酶等工具酶发挥着关键作用。限制性内切酶能识别并切割特定的 DNA 序列，可用于获取目的基因片段；DNA 连接酶则能将不同的 DNA 片段连接起来，构建重组 DNA 分子。这些工具酶为基因克隆、基因表达调控等研究提供了重要手段 。

酶是生物催化剂，具有催化效率高、高度的特异性、可调节性、不稳定性等特点。

1、催化效率高

酶的催化效率通常比非催化反应高10⁸～10²⁰倍，比一般催化剂高10⁷～10¹³倍。这意味着酶能在非常低的浓度下显著加速化学反应的速率。

2、高度特异性

酶对底物具有高度特异性，即一种酶只作用于一种或一类特定的底物。这种特异性可以分为绝对特异性和相对特异性，前者指酶只能催化特定的化学反应，后者指酶可以催化一类化合物或一种化学反应。

3、可调节性

体内许多酶的酶活性和酶的含量受体内代谢物或激素的调节。例如，磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激活，而受ATP的别构抑制。有些酶的合成受物质的诱导或阻遏，从而改变细胞内的酶量。例如，胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而胆固醇则阻遏该酶合成。机体通过对酶的活性与酶量的调节使得体内代谢过程受到精确调控，以使机体适应内外环境的不断变化。

4、不稳定性

酶的化学本质是蛋白质。在某些理化因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶会发生变性而失去催化活性。因此，酶促反应往往都是在常温、常压和接近中性的条件下进行的。

1、按分子组成结构分类

（1）单体酶：由一条多肽链组成的酶，如牛胰核糖核酸酶 A、溶菌酶、羧肽酶 A 等。

（2）寡聚酶：由多个相同或不同的亚基以非共价键连接组成的酶。例如，蛋白质激酶A、磷酸果糖激酶。

（3）多酶复合物（多酶体系）：几种具有不同催化功能的酶可彼此聚合形成的复合物，其催化底物反应的过程如同流水线，上一个酶的产物即成为下一个酶的底物，形成连锁反应。

（4）多功能酶（串联酶）：在一条肽链上同时具有多种不同的催化功能及/或结合功能的酶。例如，氨基甲酰磷酸合成酶II、天冬氨酸氨基甲酰转移酶和二氢乳清酸酶。

2、根据酶催化的反应类型分类

（1）氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶属于氧化还原酶类，包括催化传递电子、氢以及需氧参加反应的酶。例如乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。

（2）转移酶类：催化底物之间基团转移或交换的酶属于转移酶类。例如甲基转移酶、氨基转移酶、乙酰转移酶、转硫酶、激酶和多聚酶等。

（3）水解酶类：催化底物发生水解反应的酶属于水解酶类。按其所水解的底物不同可分为蛋白酶、核酸酶、脂肪酶和脲酶等。根据蛋白酶对底物蛋白的作用部位，可进一步分为内肽酶和外肽酶。同样，核酸酶也可分为外切核酸酶和内切核酸酶。

（4）裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双键的反应或其逆反应的酶属于裂合酶类。例如脱水酶、脱羧酶、醛缩酶、水化酶等。

（5）异构酶类：催化分子内部基团的位置互变，几何或光学异构体互变，以及醛酮互变的酶属于异构酶类。例如变位酶、表异构酶、异构酶、消旋酶等。

（6）连接酶类：催化两种底物形成一种产物并同时偶联有高能键水解和释能的酶属于连接酶类。此类酶催化分子间的缩合反应，或同一分子两个末端的连接反应；在催化反应时需核苷三磷酸（NTP）水解释能。例如DNA连接酶、氨酰tRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶等。

（7）易位酶类：将离子或分子从膜的一面易位到另一面的酶属于易位酶类，又称“转位酶”，是2018年新增加的一类。例如ABC型硫酸转运体、线粒体蛋白质转运ATP酶等。

 酶促反应速率可受多种因素的影响，如酶浓度、底物浓度、 pH、温度、抑制剂及激活剂等。 

1、酶浓度

酶浓度的增加通常会提高反应速率，因为更多的酶分子意味着更多的催化活性位点，从而能更有效地转化底物。然而，当底物浓度远大于酶浓度时，增加酶浓度对反应速率的影响会逐渐减小。

2、底物浓度

底物浓度对酶促反应速率的影响可以用米氏动力学来描述。在底物浓度较低时，反应速率与底物浓度成正比；但当底物浓度达到饱和点时，反应速率达到最大值，不再随底物浓度的增加而增加。

3、pH

酶的活性受pH值的影响，每种酶都有其最适pH范围。pH值偏离最适值时，酶的活性会降低，因为极端的pH值可能导致酶结构的改变或必需基团的质子化状态改变，从而影响其催化能力。

4、温度

温度对酶促反应速率的影响具有双重性。适度的温度升高可以增加分子运动，提高底物与酶的碰撞频率，从而加快反应速率。但过高的温度会导致酶变性失活，降低反应速率。

5、抑制剂

抑制剂是能够降低酶活性的化合物。它们通过与酶或酶-底物复合物结合，阻止底物的转化或酶的催化作用。抑制剂的作用可以是可逆的或不可逆的，取决于它们是否引起酶的永久性失活。

6、激活剂

激活剂是能够增强酶活性的物质。它们通过与酶结合，改变酶的构象，使其更有效地催化反应。激活剂通常对酶的活性至关重要，没有它们，酶可能无法执行其功能。

酶的调节是细胞对代谢活动进行精细调控的重要机制。通过调节酶的活性和酶的含量，细胞能够适应不同的环境条件和代谢需求。酶的调节主要包括酶活性的快速调节和酶含量的缓慢调节两大类。

1、酶活性的快速调节

酶活性的快速调节主要通过别构调节和化学修饰调节实现。别构调节涉及酶与某些化合物（别构激活剂或抑制剂）的结合，导致酶构象的改变，从而影响其活性。化学修饰调节则通过酶的磷酸化或去磷酸化等共价修饰改变酶的活性。

2、酶含量的缓慢调节

酶含量的调节是通过改变酶蛋白的合成和降解速率来实现的。细胞可以根据代谢需求，通过转录水平上的诱导或阻遏作用，调节酶基因的表达，从而增加或减少特定酶的合成。

[1]高国全,汤其群.生物化学与分子生物学第10版[M].北京:人民卫生出版社,2024:34-54.