酶的定義、特性及堿性磷酸酶于人體的意義
一、酶的定義:
酶(enzyme)是具有催化特定化學反應的蛋白質(zhì)、RNA或其復合體.是生物催化劑,能通過降低反應的活化能加快反應速度,但不改變反應的平衡點.絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì).
二、酶的特性:
1.性:酶的催化效率比無機催化劑更高,使得反應速率更快;
2.專一性:一種酶只能催化一種或一類底物,如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解成多肽;
3.多樣性:酶的種類很多,大約有4000多種;
4.溫和性:是指酶所催化的化學反應一般是在較溫和的條件下進行的;
5.活性可調(diào)節(jié)性:包括抑制劑和激活劑調(diào)節(jié)、反饋抑制調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)和變構(gòu)調(diào)節(jié)等;
6.有些酶的催化性與輔因子有關;
7.易變性,由于大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),因而會被高溫、強酸、強堿等破壞;
適宜溫度:一般來說,動物體內(nèi)的酶zui適溫度在35到40℃之間;
植物體內(nèi)的酶zui適溫度在40-50℃之間;
細菌和真菌體內(nèi)的酶zui適溫度差別較大,有的酶zui適溫度可高達70℃。
適宜PH:動物體內(nèi)的酶zui適PH大多在6.5-8.0之間;
但也有例外:
如胃蛋白酶的zui適PH為1.8;
植物體內(nèi)的酶zui適PH大多在4.5-6.5之間。
生物體內(nèi)的化學反應,幾乎都是在酶的催化作用下進行的,所以酶在生物體的生命活動中占有極重要的地位。酶的這些性質(zhì)使細胞內(nèi)錯綜復雜的物質(zhì)代謝過程能有條不紊地進行,使物質(zhì)代謝與正常的生理機能互相適應。
若因遺傳缺陷造成某個酶缺損,或其它原因造成酶的活性減弱,均可導致該酶催化的反應異常,使物質(zhì)代謝紊亂,甚至發(fā)生疾病,因此酶與醫(yī)學的關系十分密切。每個細胞由于酶的存在才表現(xiàn)出種種生命活動,體內(nèi)的新陳代謝才能進行;酶是人體內(nèi)新陳代謝的催化劑,只有酶存在,人體內(nèi)才能進行各項生化反應。
因此研究酶的化學性質(zhì)及其作用機理,對于人們了解生命活動的規(guī)律以及指導工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都具有重要意義。
三、影響酶的因素
酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì),具有兩性電解質(zhì)的性質(zhì),能在電場中移動;酶的水溶液具有新水膠體的性質(zhì),不能通過半透膜。
酶分子易受某些物理的因素(例如熱、紫外線照射等)和化學因素(酸堿、有機溶劑、胍、脲、去垢劑等)的作用變性,從而喪失活力。
有些酶是單純蛋白質(zhì),其酶活性只決定于蛋白質(zhì)本身;另些酶是結(jié)合蛋白質(zhì),其酶活性的表現(xiàn)除除蛋白質(zhì)外,還需要非蛋白質(zhì)的輔助因子。在屬于結(jié)合蛋白質(zhì)的酶中,蛋白質(zhì)部分叫酶蛋白(apoenzyme),非蛋白質(zhì)部分叫輔助因子(cofactors)。二者都是酶活性表現(xiàn)所必需的,若把它們分開,酶就不具有活性,只有二部分有機地結(jié)合在一起才表現(xiàn)出活力。這種由二者結(jié)合成為具有生物活性的整體就叫做全酶(holoenzyme) 。
在催化反應中,酶蛋白與輔助因子所起的作用不同,酶反應的專一性、性取決于酶蛋白本身,而輔助因子往往參與電子、原子或某些基團的傳遞作用。根據(jù)輔助因子與酶蛋白結(jié)合程度不同,可以把輔助因子分為輔酶和輔基。在酶分子中,與酶蛋白松馳結(jié)合,能通過透析除去的輔助因子稱為輔酶(coenzyme),而與酶蛋白以共價牢固結(jié)合,不能經(jīng)透析除去的輔助因子稱為輔基(prosthetic group)。
酶分子較其他化學催化劑不穩(wěn)定,強酸、強堿、高溫、高壓都能引起酶的變性。酶的作用必須在合適的條件下(常溫、常壓、近中性pH)進行,否則,溫度、PH、底物濃度以及效應物等反應條件對酶活力影響很大。一般認為能使酶活力增大的物質(zhì)稱為酶的激活劑(activator),而使酶活力降低的物質(zhì)稱為酶的抑制劑(inhibitor)。激活劑和抑制劑對酶的作用常表現(xiàn)某種程度的特異性。
四、具有特殊意義的堿性磷酸酶
1、定義:
堿性磷酸酶是一種膜結(jié)合蛋白,在生物體內(nèi)直接參與磷酸基團的轉(zhuǎn)移和代謝的生理過程。屬于同源二聚體蛋白,分子量為56KDa。每個單體由449個氨基酸組成,完整的AKP分子呈現(xiàn)典型的α/β的拓撲結(jié)構(gòu),同時每個單體均具有一個活性中心,活性中心區(qū)域由Asp101-Ser102-Ala103三連體、Arg166、水分子、三個金屬離子及其配體氨基酸組成。AKP被phoA 基因編碼,與很多分泌蛋白一樣,在細胞質(zhì)內(nèi)合成氨基末端帶有信號肽的單體前體,信號肽引導前體跨內(nèi)膜運輸后被切除,同源二聚體形成。
堿性磷酸酶是一種能夠?qū)孜锶チ姿峄拿?,即通過水解磷酸單酯將底物分子上的磷酸基團除去,并生成磷酸根離子和自由的羥基,這類底物包括核酸、蛋白、生物堿等。而該脫去磷酸基團的過程被稱為去磷酸化或脫磷酸化。堿性磷酸酶是磷酸酶的一種,磷酸酶的作用與激酶的作用正相反,激酶是磷酸化酶,可以利用能量分子,如ATP,將磷酸基團加到對應底物分子上。堿性磷酸酶在堿性環(huán)境有zui大活力,對來源于細菌中的ALP來說,其zui適pH是8.0,而對來源于牛的ALP則是8.5。
ALP是一種含鋅的糖蛋白,在堿性環(huán)境中(zui適Ph為10左右)可以水解各種天然及人工合成的磷酸單酯化合物底物。
2.分布:
堿性磷酸酶(ALP或AKP)是廣泛分布于人體肝臟、骨骼、腸、腎和胎盤等組織經(jīng)肝臟向膽外排出的一種酶。這種酶能催化核酸分子脫掉5'磷酸基團,從而使DNA或RNA片段的5'-P末端轉(zhuǎn)換成5'-OH末端。但它不是單一的酶,而是一組同功酶。目前已發(fā)現(xiàn)有AKP1、AKP2、AKP3、AKP4、AKP5與AKP6六種同功酶。其中第1、2、6種均來自肝臟,第3種來自骨細胞,第4種產(chǎn)生于胎盤及癌細胞,而第5種則來自小腸絨毛上皮與成纖維細胞。
3、正常范圍:
正常范圍(連續(xù)監(jiān)測法)
女性,1-12歲小于500U/L;大于15歲,40-150U/L;
男性,1-12歲小于500U/L;12-15歲,小于750U/L;大于15歲,40-150U/L。
高值可能說明有膽管阻塞現(xiàn)象;低值更多出現(xiàn)于兒童和孕婦身上。高值表明有可能發(fā)生了活動性骨沉積(這個可能譯的不準,請指正,原文為active bone deposition),因為ALP是成骨細胞活動(造骨)的副產(chǎn)物(例如在佩吉氏斯癥[畸形性骨炎]的案例中)。
一般來說,低值要比高值少見。堿性磷酸酶偏低有著實際臨床意義,在臨床上一般堿性磷酸酶偏高說明有肝膽系統(tǒng)疾病。堿性磷酸酶指標低也可以見于慢性腎炎,貧血,甲狀腺機能不全等。此外,堿性磷酸酶偏低在肝病患者朋友們也是比較常見的,此時需要引起告訴重視,建議做進一步檢查,查明病因,以便對癥施治。
4、臨床意義:
臨床上測定ALP主要用于骨骼 、肝膽系統(tǒng)疾病的診斷和鑒別診斷,尤其是黃疸的鑒別診斷。對于不明原因的高ALP血清水平,可測定同工酶以協(xié)助明確其器官來源。
1.生理性增高:兒童在生理性的骨骼發(fā)育期,堿性磷酸酶活力可比正常人高1~2倍。處于生長期的青少年,以及孕婦和進食脂肪含量高的食物后均可以升高。
2.病理性升高:
(1)骨骼疾病如佝僂病、軟骨病、骨惡性腫瘤、惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移等;
(2)肝膽疾病如肝外膽道阻塞、肝癌、肝硬化、毛細膽管性肝炎等;
(3)其他疾病如甲狀旁腺機能亢進。
3.病理性降低:見于重癥慢性腎炎、兒童甲狀腺機能不全、貧血等。
抑制作用
除來源于胎盤外所有哺乳動物的ALP同工酶都能被高精氨酸所抑制;而除來源于腸和胎盤外所有的ALP同工酶都能被左旋咪唑所抑制;而除了來源于胎盤的ALP(PALP和SEAP)外,幾乎所有的ALP都能在65℃2小時即被滅活。
單乙醇胺對堿性磷酸酶有溫度依賴的抑制作用;
較高濃度的無機磷可競爭性地抑制堿性磷酸酶的活性;
EDTA通過絡合堿性磷酸酶而導致該酶活性中心微環(huán)境構(gòu)象發(fā)生變化,從而不可逆地抑制堿性磷酸酶的活性;
其他的抑制劑還有聯(lián)苯胺(競爭性)、L-苯丙氨酸和丹酰-L-苯丙氨酸(反競爭性)、含氮雜環(huán)氧釩配合物(選擇性)、五氯酚(對人胎盤堿性磷酸酶反競爭性抑制)等。
偏高危害
堿性磷酸酶(ALP)是診斷膽道系統(tǒng)疾病時常用的指標.堿性磷酸酶存在于機體的各個組織,以骨骼,肝臟,腎臟含量較多.正常血清中的堿性磷酸酶主要來自于骨骼,由成骨細胞產(chǎn)生,由血液到肝臟,從膽道系統(tǒng)排泄.膽汁淤積性肝炎肝炎和肝外梗阻時此酶明顯升高,ALP只能提示膽道梗阻性病變,不能鑒別梗阻是良性還是惡性.一般慢肝大多都有多多少少的纖維化現(xiàn)象,只是輕重而已.
堿性磷酸酶偏高預示著肝臟異常,堿性磷酸酶偏高時,有可能是肝囊腫、肝結(jié)核、阻塞性黃疸、繼發(fā)性肝癌和原發(fā)性肝癌等;堿性磷酸酶偏高預示著骨骼疾病,堿性磷酸酶偏高時,有可能是骨軟化癥、骨折愈合期、骨細胞癌和惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移等;堿性磷酸酶偏高預示著白血病、甲狀腺機能亢進。
五、如何提取及測定請見:《堿性磷酸酶的分離提取及比活力測定》。
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