酶的結(jié)構(gòu)與功能

1、 1. 酶的組成成分 結(jié)合酶結(jié)合酶 除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白質(zhì)成分。除蛋白質(zhì)外，還有非蛋白質(zhì)成分。 根據(jù)組成成分，酶可分為兩類：根據(jù)組成成分，酶可分為兩類： 單純酶單純酶 僅由蛋白質(zhì)組成的酶。僅由蛋白質(zhì)組成的酶。 輔基輔基 與酶蛋白結(jié)合較緊密，常常以與酶蛋白結(jié)合較緊密，常常以結(jié)結(jié) 合，包括合，包括小分子有機(jī)物及金屬離子。小分子有機(jī)物及金屬離子。 輔因子有兩種輔因子有兩種： 輔酶輔酶 與酶蛋白結(jié)合較松弛的與酶蛋白結(jié)合較松弛的小分子有機(jī)物。小分子有機(jī)物。 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 2. 酶的聚合狀態(tài) 單體酶單體酶 酶蛋白僅有一條多肽鏈組成。酶蛋白僅有一條多肽鏈組成。 寡聚酶寡聚酶 酶蛋白是寡聚蛋

2、白質(zhì)，由幾個(gè)至十多酶蛋白是寡聚蛋白質(zhì)，由幾個(gè)至十多 個(gè)亞基組成，以非共價(jià)鍵連接。個(gè)亞基組成，以非共價(jià)鍵連接。 多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 由幾個(gè)酶聚合而成的復(fù)合體。一由幾個(gè)酶聚合而成的復(fù)合體。一 般由在系列反應(yīng)中功能相關(guān)的酶組成，般由在系列反應(yīng)中功能相關(guān)的酶組成， 有利于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。有利于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。 根據(jù)酶的聚合狀態(tài)，酶可分為三類：根據(jù)酶的聚合狀態(tài)，酶可分為三類： 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 3. 同工酶 指具有不同分子結(jié)構(gòu)但催化相同反應(yīng)的一組酶。指具有不同分子結(jié)構(gòu)但催化相同反應(yīng)的一組酶。 不同點(diǎn)不同點(diǎn)：體外：理化性質(zhì)：體外：理化性質(zhì) 體內(nèi)：催化特性、分布的部位、生物學(xué)功能體

3、內(nèi)：催化特性、分布的部位、生物學(xué)功能 每組同工酶中各種酶的異同：每組同工酶中各種酶的異同： 相同點(diǎn)相同點(diǎn)：催化相同的化學(xué)反應(yīng)：催化相同的化學(xué)反應(yīng), ,大多數(shù)是寡聚酶。大多數(shù)是寡聚酶。 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 同工酶的定義：同工酶的定義： 3. 同工酶 以乳酸脫氫酶為例以乳酸脫氫酶為例 一一. .酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 ( (lactate dehydrogenaselactate dehydrogenase，ldh)ldh) 3. 同工酶 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) ldh是是1959年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)同工酶。年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)同工酶。 由由4個(gè)亞基個(gè)亞基組成的寡聚酶，亞基分為

4、組成的寡聚酶，亞基分為m型和型和h型。型。 因此可以裝配成因此可以裝配成五種五種四聚體：四聚體： h4(ldh1)、h3m(ldh2)、h2m2(ldh3)、hm3(ldh4 、m4(ldh5) 不同的不同的ldh分布在不同組織中。例如，脊椎動(dòng)物心分布在不同組織中。例如，脊椎動(dòng)物心 臟中主要是臟中主要是 ldh1，而骨骼肌的則是，而骨骼肌的則是ldh5。 3. 同工酶 對(duì)于適應(yīng)不同的組織、器官的不同生理需要非常對(duì)于適應(yīng)不同的組織、器官的不同生理需要非常 重要；是代謝調(diào)節(jié)的一種重要方式。重要；是代謝調(diào)節(jié)的一種重要方式。 同工酶的作用：同工酶的作用： 同工酶物理性質(zhì)差異：同工酶物理性質(zhì)差異： 1.

5、1. aaaa組成和順序不同組成和順序不同 2.2. 催化特性不同催化特性不同 3.3. 電泳行為不同電泳行為不同 4.4. 組織、器官中分布不同組織、器官中分布不同 5.5. 生理功能不同生理功能不同 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 3. 同工酶 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 原點(diǎn) 心肌 腎 肝 骨骼肌 血清 ldh1(h4) ldh2(h3m) ldh3(h2m2) ldh4(hm3) ldh5(m4) 不同組織中的ldh同工酶的電泳圖譜 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) plant cell physiology, 2005. 3. 同工酶 一一. . 酶的結(jié)構(gòu)酶的結(jié)構(gòu) 是研究代謝調(diào)節(jié)、個(gè)體發(fā)

6、育、細(xì)胞分化、分子遺傳 等方面的有力工具。 研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的好材料。 在臨床醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)遺傳育種、病理分析上都有應(yīng)用 價(jià)值 。 指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直指酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶催化作用直 接有關(guān)的部位。接有關(guān)的部位。 （1 1）酶活性中心的組成：）酶活性中心的組成： 由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成。由一些氨基酸殘基的側(cè)鏈基團(tuán)組成。 對(duì)于結(jié)合酶，輔因子常常是活性中心的組成部分。對(duì)于結(jié)合酶，輔因子常常是活性中心的組成部分。 這些基團(tuán)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至可這些基團(tuán)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，甚至可 能不在一條肽鏈上，但在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)上彼能不在一條肽鏈上，但在蛋

7、白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)上彼 此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域。此靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 the structure of a glycogen phosphorylase monomer 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 （2 2）酶活性中心的特點(diǎn)）酶活性中心的特點(diǎn) substrates typically lose waters (of hydration 水合作用) in the formation of the es complex 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 （2 2）酶活性中

8、心的特點(diǎn)）酶活性中心的特點(diǎn) 2. 2. 都是酶分子表面的一個(gè)凹穴，有一定的大小和形都是酶分子表面的一個(gè)凹穴，有一定的大小和形 狀，但不是剛性的，而具有一定的柔性。狀，但不是剛性的，而具有一定的柔性。 3. 3. 活性中心為非極性的微環(huán)境，有利于與底物結(jié)合?；钚灾行臑榉菢O性的微環(huán)境，有利于與底物結(jié)合。 1. 1. 活性中心在酶分子總體積中只占相當(dāng)小的部分活性中心在酶分子總體積中只占相當(dāng)小的部分 （約（約1%1% 2%2%），相當(dāng)于），相當(dāng)于2 2 3 3個(gè)氨基酸殘基。個(gè)氨基酸殘基。 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 （2 2）酶活性中心的特點(diǎn)）酶活性中心的特點(diǎn) 4. 4. 底物與酶通過形

9、成較弱鍵力的次級(jí)鍵相互作用底物與酶通過形成較弱鍵力的次級(jí)鍵相互作用 并結(jié)合到酶的活性中心。并結(jié)合到酶的活性中心。 5. 5. 酶的活性部位并不是和底物的幾何圖形正好吻酶的活性部位并不是和底物的幾何圖形正好吻 合，而是在酶與底物結(jié)合的過程中，底物分子或合，而是在酶與底物結(jié)合的過程中，底物分子或 酶分子或它們兩者的構(gòu)象同時(shí)發(fā)生一定變化后才酶分子或它們兩者的構(gòu)象同時(shí)發(fā)生一定變化后才 相互契合，這時(shí)催化基團(tuán)的位置也正好處于所催相互契合，這時(shí)催化基團(tuán)的位置也正好處于所催 化底物的敏感化學(xué)鍵部位?；孜锏拿舾谢瘜W(xué)鍵部位。 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 結(jié)合部位結(jié)合部位：底物在此與酶分子結(jié)合。一

10、個(gè)酶的結(jié)：底物在此與酶分子結(jié)合。一個(gè)酶的結(jié) 合部位又可以分為各種亞位點(diǎn)，分別與底物的不合部位又可以分為各種亞位點(diǎn)，分別與底物的不 同部位結(jié)合。同部位結(jié)合。 催化部位催化部位：底物的敏感鍵在此被打斷或形成新的：底物的敏感鍵在此被打斷或形成新的 鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)酶的催化部鍵，從而發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)酶的催化部 位可以不止一個(gè)。位可以不止一個(gè)。 （2 2）有關(guān)酶活性中心的幾個(gè)術(shù)語）有關(guān)酶活性中心的幾個(gè)術(shù)語 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 有些酶的分子表面除了活性中心外，還具有有些酶的分子表面除了活性中心外，還具有 重要的功能部位重要的功能部位調(diào)節(jié)中心調(diào)節(jié)中心 調(diào)節(jié)中心調(diào)

11、節(jié)中心可以與小分子的代謝物相結(jié)合，使可以與小分子的代謝物相結(jié)合，使 酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，從而影響酶的活性。這酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，從而影響酶的活性。這 種作用叫種作用叫變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)( (又叫別構(gòu)效應(yīng)又叫別構(gòu)效應(yīng)) )； 具有具有變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)的酶叫的酶叫變構(gòu)酶變構(gòu)酶，引起變構(gòu)的小引起變構(gòu)的小 分子物質(zhì)叫分子物質(zhì)叫變構(gòu)劑變構(gòu)劑( (調(diào)節(jié)物調(diào)節(jié)物) )。 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 使酶活性升高的變構(gòu)叫正變構(gòu)，此時(shí)的使酶活性升高的變構(gòu)叫正變構(gòu)，此時(shí)的 變構(gòu)劑叫變構(gòu)劑叫正變構(gòu)劑正變構(gòu)劑( (正調(diào)節(jié)物正調(diào)節(jié)物) )； 使酶活性降低的變構(gòu)叫負(fù)變構(gòu)，此時(shí)的使酶活性降低的變構(gòu)叫負(fù)變構(gòu)，

12、此時(shí)的 變構(gòu)劑叫變構(gòu)劑叫負(fù)變構(gòu)劑負(fù)變構(gòu)劑( (負(fù)調(diào)節(jié)物負(fù)調(diào)節(jié)物) )。 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 2 變構(gòu)酶（別構(gòu)酶）是指一些含有變構(gòu)酶（別構(gòu)酶）是指一些含有2 2個(gè)或個(gè)或2 2個(gè)以個(gè)以 上亞基的寡聚酶上亞基的寡聚酶，在變構(gòu)酶分子上，別構(gòu)效應(yīng)劑，在變構(gòu)酶分子上，別構(gòu)效應(yīng)劑 的調(diào)節(jié)部位一般遠(yuǎn)離活性中心，但活性部位與調(diào)的調(diào)節(jié)部位一般遠(yuǎn)離活性中心，但活性部位與調(diào) 節(jié)部位之間或者活性部位之間，存在著相互作用節(jié)部位之間或者活性部位之間，存在著相互作用 （變構(gòu)效應(yīng)，協(xié)同效應(yīng)）。調(diào)節(jié)物與酶分子的調(diào)（變構(gòu)效應(yīng)，協(xié)同效應(yīng)）。調(diào)節(jié)物與酶分子的調(diào) 節(jié)部位結(jié)合

13、之后，引起酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，從節(jié)部位結(jié)合之后，引起酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，從 而提高或降低活性部位的酶活性而提高或降低活性部位的酶活性 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 變構(gòu)酶的特點(diǎn)：變構(gòu)酶的特點(diǎn)： 變構(gòu)酶分子上除了變構(gòu)酶分子上除了活性中心活性中心外，還有外，還有調(diào)節(jié)中調(diào)節(jié)中 心心。這兩個(gè)中心處在酶蛋白的不同部位，有。這兩個(gè)中心處在酶蛋白的不同部位，有 的在不同的亞基上，有的在同一亞基上。的在不同的亞基上，有的在同一亞基上。 變構(gòu)酶的變構(gòu)酶的 v-s v-s 的關(guān)系不符合米氏方程，所的關(guān)系不符合米氏方程，所 以其曲線不是雙曲線型。以其曲線不是雙曲線型。 已知的變構(gòu)酶都是寡聚酶。已知的變構(gòu)

14、酶都是寡聚酶。 2 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 2 1 a 24 5 6 7 83s 50% vmax 100% b s90%v s10%v=81 s90%v s10%v=3 別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線 a.為非調(diào)節(jié)酶的曲線 b.為別構(gòu)酶的s形曲線 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 2 完整的酶分子完整的酶分子 催化亞基催化亞基 調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基 (活性形式) (三聚體) (二聚體) e.coli atcase(天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 )中亞基排列及全酶與亞基的關(guān)系 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 2 二二. . 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 3 誘導(dǎo)酶（誘導(dǎo)酶（induce

15、nzymeinducenzyme）是細(xì)胞內(nèi)在正常狀態(tài)下）是細(xì)胞內(nèi)在正常狀態(tài)下 一類很少存在或沒有的酶，當(dāng)細(xì)胞中因加入了誘導(dǎo)一類很少存在或沒有的酶，當(dāng)細(xì)胞中因加入了誘導(dǎo) 物后而被誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，它的含量在誘導(dǎo)物存在下物后而被誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，它的含量在誘導(dǎo)物存在下 顯著增高，這種誘導(dǎo)物往往是該酶底物的類似物或顯著增高，這種誘導(dǎo)物往往是該酶底物的類似物或 底物本身。底物本身。 誘導(dǎo)酶是誘導(dǎo)酶是2020世紀(jì)四十年代，微生物學(xué)工作者在世紀(jì)四十年代，微生物學(xué)工作者在 研究大腸桿菌以葡萄糖和山梨糖醇為培養(yǎng)基時(shí)出現(xiàn)研究大腸桿菌以葡萄糖和山梨糖醇為培養(yǎng)基時(shí)出現(xiàn) 二度生長(zhǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的二度生長(zhǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的. . 二二. . 酶

16、的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 3 即第一次生長(zhǎng)的量與葡萄糖成比例，第二次生即第一次生長(zhǎng)的量與葡萄糖成比例，第二次生 長(zhǎng)的量與山梨糖醇濃度成比例。二度生長(zhǎng)現(xiàn)象是由長(zhǎng)的量與山梨糖醇濃度成比例。二度生長(zhǎng)現(xiàn)象是由 于一般大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)只有利用葡萄糖的酶，而不于一般大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)只有利用葡萄糖的酶，而不 含利用山梨糖醇的酶。因此對(duì)葡萄糖的利用不需要含利用山梨糖醇的酶。因此對(duì)葡萄糖的利用不需要 適應(yīng)，即可利用，而對(duì)山梨糖醇的利用必需在山梨適應(yīng)，即可利用，而對(duì)山梨糖醇的利用必需在山梨 糖醇的誘導(dǎo)下，生成能分解山梨糖醇的酶才能進(jìn)行糖醇的誘導(dǎo)下，生成能分解山梨糖醇的酶才能進(jìn)行 ，但這種誘導(dǎo)作用受到葡萄糖的阻遏，故必須在葡，但這種誘導(dǎo)作用受到葡萄