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文檔簡介

1、第第6 6章章 酶酶 化化 學學 主要介紹酶的化學本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、特性和功主要介紹酶的化學本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、特性和功能;酶的作用動力學;酶的作用機理;酶的應能;酶的作用動力學;酶的作用機理;酶的應用;還介紹了別構(gòu)酶、共價調(diào)節(jié)酶、同工酶等用;還介紹了別構(gòu)酶、共價調(diào)節(jié)酶、同工酶等的概念、性質(zhì)、生物學意義。的概念、性質(zhì)、生物學意義。 主要內(nèi)容:主要內(nèi)容:概述概述1833年,佩延(年,佩延(Payen)從麥芽的水抽提物中沉淀出一種對)從麥芽的水抽提物中沉淀出一種對熱不穩(wěn)定的物質(zhì),它可促進淀粉水解成糖,人們開始意識到熱不穩(wěn)定的物質(zhì),它可促進淀粉水解成糖,人們開始意識到生物細胞中可能存在著一種類似于催化劑的物質(zhì)。生

2、物細胞中可能存在著一種類似于催化劑的物質(zhì)。1878年,庫尼(年,庫尼(Khne)首先把這類物質(zhì)稱為)首先把這類物質(zhì)稱為“enzyme” ,這個字來自希臘文,意為,這個字來自希臘文,意為“在酵母中在酵母中”,中文譯為酶。,中文譯為酶。1897年,巴克納(年,巴克納(Bchner)兄弟用不含酵母細胞的抽提液)兄弟用不含酵母細胞的抽提液成功實現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細胞無關(guān),而與細胞液中成功實現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細胞無關(guān),而與細胞液中的酶有關(guān)。的酶有關(guān)。1926年,年,Sumner從刀豆中提取出了脲酶并獲得結(jié)晶,首次從刀豆中提取出了脲酶并獲得結(jié)晶,首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。證明酶是具有催

3、化活性的蛋白質(zhì)。1930年年 Northrop 分離得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋分離得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶并證實其均為蛋白質(zhì)。酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)確立。白酶結(jié)晶并證實其均為蛋白質(zhì)。酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)確立。1982年,年,Cech和和Altman在對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)在對四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNA具有具有催化作用,從而催化作用,從而發(fā)現(xiàn)核酶發(fā)現(xiàn)核酶 (ribozyme),打破了以往酶是),打破了以往酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。一、酶的概念一、酶的概念 (一)酶的生物學意義(一)酶的生物學意義 6CO2+6H2O+能量能量 C6H12O6+6O2 植物植物動物動物N2+3H2

4、 500 ,300大氣壓大氣壓Fe2NH3N2 + 3H2 2NH3某些微生物某些微生物 酶是由活細胞產(chǎn)生的,具有催化活性和高度專酶是由活細胞產(chǎn)生的,具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子,包括蛋白質(zhì)和核酸。一性的特殊生物大分子,包括蛋白質(zhì)和核酸。(二)酶是生物催化劑(二)酶是生物催化劑 1酶與一般催化劑的共同點酶與一般催化劑的共同點 (1)用量少而催化效率高)用量少而催化效率高 (2)能加快化學反應的速度,但不改變平衡點,反)能加快化學反應的速度,但不改變平衡點,反 應前后本身不發(fā)生變化應前后本身不發(fā)生變化 如如 CO2+H2O H2CO3 (3)降低反應所需的活化能)降低反應所需的活化能

5、 例例 2H2O22H2O+O2 反反 應應活化能活化能非催化反應非催化反應75.24kJ/mol鈀催化反應鈀催化反應48.9kJ/molH2O2酶催化酶催化8.36kJ/mol2酶作為生物催化劑的特殊點酶作為生物催化劑的特殊點 (1)高的催化效率)高的催化效率 以摩爾為單位進行比較,酶的催化效率比化學催以摩爾為單位進行比較,酶的催化效率比化學催化劑高化劑高1071013倍,比非催化反應高倍,比非催化反應高1081020倍。倍。 例例 2H2O22H2O+O2 1mole H2O2酶酶 能催化能催化 5106mole H2O2的分解的分解 1mole Fe3+ 只能催化只能催化610-4mol

6、e H2O2的分解的分解 轉(zhuǎn)換數(shù)(轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number, TN or kcat): 每秒鐘或每分鐘,每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)。每秒鐘或每分鐘,每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)。(每每秒鐘或每分鐘每摩爾酶轉(zhuǎn)換底物的摩爾數(shù)秒鐘或每分鐘每摩爾酶轉(zhuǎn)換底物的摩爾數(shù)) (2)高的專一性)高的專一性(3)溫和的反應條件)溫和的反應條件 (4)酶在體內(nèi)受到嚴格調(diào)控)酶在體內(nèi)受到嚴格調(diào)控 如酶濃度的調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、抑制如酶濃度的調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、抑制劑和激活劑的調(diào)節(jié)、別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的共價修飾調(diào)節(jié)、劑和激活劑的調(diào)節(jié)、別構(gòu)調(diào)節(jié)、酶的共價修飾調(diào)節(jié)、酶原活化等。酶原活化等。 (5)酶的催化

7、活力與輔酶、輔基和金屬離子有關(guān))酶的催化活力與輔酶、輔基和金屬離子有關(guān) (三)酶的化學本質(zhì)(三)酶的化學本質(zhì) 1大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)(大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)(Most enzymes are proteins) 1926年美國年美國Sumner 脲酶的結(jié)晶,并指出酶是蛋白質(zhì)脲酶的結(jié)晶,并指出酶是蛋白質(zhì) 1930年年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶,并進一步證明了酶是蛋白質(zhì)。白酶的結(jié)晶,并進一步證明了酶是蛋白質(zhì)。 J.B.SumnerJ.H.Northrop酶是蛋白質(zhì)的主要依酶是蛋白質(zhì)的主要依據(jù)據(jù)1. 酶經(jīng)酸堿水解后的最終產(chǎn)物是氨基酸,酶能

8、被蛋白酶酶經(jīng)酸堿水解后的最終產(chǎn)物是氨基酸,酶能被蛋白酶水解而失活;水解而失活;2. 酶是具有空間結(jié)構(gòu)的生物大分子,凡使蛋白質(zhì)變性的酶是具有空間結(jié)構(gòu)的生物大分子,凡使蛋白質(zhì)變性的因素都可使酶變性失活;因素都可使酶變性失活;3. 酶是兩性電解質(zhì),在不同酶是兩性電解質(zhì),在不同pH下呈現(xiàn)不同的離子狀態(tài),下呈現(xiàn)不同的離子狀態(tài),在電場中向某一電極泳動,各自具有特定的等電點;在電場中向某一電極泳動,各自具有特定的等電點;4. 酶和蛋白質(zhì)一樣,具有不能透過半透膜等膠體性質(zhì);酶和蛋白質(zhì)一樣,具有不能透過半透膜等膠體性質(zhì);5. 酶也有蛋白質(zhì)所具有的化學呈色反應。酶也有蛋白質(zhì)所具有的化學呈色反應。不是所有的蛋白質(zhì)都

9、是酶,只是具有催化作用的不是所有的蛋白質(zhì)都是酶,只是具有催化作用的蛋白質(zhì),才稱為酶。蛋白質(zhì),才稱為酶。 20世紀世紀80年代發(fā)現(xiàn)某些年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性,有催化活性,還有一些抗體也有催化活性,甚至有些還有一些抗體也有催化活性,甚至有些DNA也有催化活性,使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受也有催化活性,使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。到很大沖擊。 2某些某些RNA有催化活性有催化活性 1982年美國年美國T. Cech等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的等人發(fā)現(xiàn)四膜蟲的rRNA前前體能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進行自我加工,發(fā)體能在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進行自我加工,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)RNA有催化活性有催化活性 Thomas

10、Cech University of Colorado at Boulder, USA 1983年美國年美國S.Altman等研究等研究RNaseP(由(由20%蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)和80%的的RNA組成),發(fā)現(xiàn)組成),發(fā)現(xiàn)RNaseP中的中的RNA可催化可催化E. coli tRNA的前體加工。的前體加工。 Sidney Altman Yale University New Haven, CT, USA Cech和和Altman各自獨立地發(fā)現(xiàn)了各自獨立地發(fā)現(xiàn)了RNA的的催化活性,并命名這一類酶為催化活性,并命名這一類酶為ribozyme(核(核酶),酶),2人共同獲人共同獲1989年諾貝爾化學獎。

11、年諾貝爾化學獎。 1Cell vol 31, 147157,1982年。年。 2Sci. Amer. Vol 255, 6475,1986。 3抗體酶(抗體酶(abzyme) 抗體:與抗原特異結(jié)合的免疫球蛋白??贵w:與抗原特異結(jié)合的免疫球蛋白。 抗體酶:指具有催化功能的抗體分子,在抗體分子的可變區(qū)抗體酶:指具有催化功能的抗體分子,在抗體分子的可變區(qū) (即肽鏈的(即肽鏈的N端)是識別抗原的活性區(qū)域,這部分區(qū)端)是識別抗原的活性區(qū)域,這部分區(qū) 域被賦予了酶的屬性。域被賦予了酶的屬性。 1986年美國年美國Schultz和和Lerner兩個實驗室同時在兩個實驗室同時在Science上發(fā)表論文,報道他

12、們成功地得到了具有催化活性的抗體。上發(fā)表論文,報道他們成功地得到了具有催化活性的抗體。 抗體酶的性質(zhì)抗體酶的性質(zhì) 抗體酶的用途抗體酶的用途 4有些有些DNA也有催化活性也有催化活性 1995年年Cuenoud等發(fā)現(xiàn)有些等發(fā)現(xiàn)有些DNA分子分子亦具有催化活性。亦具有催化活性。 (四)酶的組成(四)酶的組成 1單純蛋白質(zhì)酶類:單純蛋白質(zhì)酶類:又稱簡單酶類,分子中又稱簡單酶類,分子中僅含有蛋白質(zhì)僅含有蛋白質(zhì),其水解產(chǎn)物只有氨基酸。主要是水解酶,如蛋白酶、淀粉酶、其水解產(chǎn)物只有氨基酸。主要是水解酶,如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。脂肪酶、核糖核酸酶等。 2綴合蛋白質(zhì)酶類綴合蛋白質(zhì)酶類 全酶全酶

13、=酶蛋白酶蛋白+輔助因子(輔酶、輔基或金屬離子)輔助因子(輔酶、輔基或金屬離子) 輔酶(輔酶(coenzyme)某些為催化活性所必需的,某些為催化活性所必需的,與酶蛋白疏松結(jié)合的小分子量的有機物質(zhì)。與酶蛋白疏松結(jié)合的小分子量的有機物質(zhì)。 輔基(輔基(prosthetic group)酶蛋白結(jié)合較牢固的酶蛋白結(jié)合較牢固的分子。輔基可以是有機化合物,如糖類、脂肪分子。輔基可以是有機化合物,如糖類、脂肪和核酸;也可以是金屬離子或金屬配位化合物。和核酸;也可以是金屬離子或金屬配位化合物。 (五)根據(jù)酶蛋白分子的特點將酶分成三類(五)根據(jù)酶蛋白分子的特點將酶分成三類 1單體酶(單體酶(monomeric

14、 enzyme)僅有一個活性中心的多肽鏈構(gòu)成的酶,一般是由一條多肽鏈組成2寡聚酶(寡聚酶(oligomeric enzyme)寡聚酶由2個或多個相同或不相同亞基組成的酶,稱為寡聚酶。 3多酶復合物(多酶復合物(multienzyme complex)幾個酶嵌合而成的復合物成為多酶復合物。二、酶的命名和分類二、酶的命名和分類 1961年國際酶學委員會(年國際酶學委員會(enzyme commission)提出的酶的命名和分類方法。提出的酶的命名和分類方法。 (一)命名(一)命名 1系統(tǒng)名稱(系統(tǒng)名稱(systematic name) (1)標明底物,催化反應的性質(zhì))標明底物,催化反應的性質(zhì) G-

15、6-PF-6-P G-6-P異構(gòu)酶異構(gòu)酶 例例:(2)兩個底物參加反應時應同時列出,中間用冒號()兩個底物參加反應時應同時列出,中間用冒號(:) 分開。如其中一個底物為水時,水可略去。分開。如其中一個底物為水時,水可略去。 例例1:丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸 丙氨酸丙氨酸:-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶 例例2:脂肪脂肪+H2O 脂酸脂酸+甘油甘油 脂肪水解酶脂肪水解酶 2習慣名稱(習慣名稱(recommended name) (1)底物)底物 (2)反應性質(zhì))反應性質(zhì) (3)底物,反應性質(zhì))底物,反應性質(zhì) (4)來源或其它特點)來源或其它特點 (5)

16、 (5) 根據(jù)最適根據(jù)最適pHpH胃蛋白酶、唾液淀粉酶胃蛋白酶、唾液淀粉酶(二)系統(tǒng)分類法及編號(二)系統(tǒng)分類法及編號 1分類分類: 6大類酶,氧轉(zhuǎn)水大類酶,氧轉(zhuǎn)水 裂異連裂異連 用用4個阿拉伯數(shù)字的編號表示,數(shù)字中用個阿拉伯數(shù)字的編號表示,數(shù)字中用“”隔開,前面冠以隔開,前面冠以EC(為(為Enzyme Commission)。)。(三)六大類酶催化反應的性質(zhì)(三)六大類酶催化反應的性質(zhì) 1氧化還原酶類(氧化還原酶類(oxido-reductases) 催化氧化還原反應的酶,包括氧化酶類、催化氧化還原反應的酶,包括氧化酶類、脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶等。脫氫酶類、過氧化氫酶、過氧化物酶

17、等。 (1)氧化酶類:催化底物脫氫,并氧化生成)氧化酶類:催化底物脫氫,并氧化生成H2O或或H2O2 。2A2H+O2 2A+2H2O A2H+O2 A+H2O2 鄰苯二酚氧化酶(鄰苯二酚氧化酶(EC 1.10.3.1,鄰苯二酚:氧氧化酶),鄰苯二酚:氧氧化酶) 鄰苯二酚鄰苯二酚鄰苯醌鄰苯醌例:例:OHOH+ O2鄰鄰苯苯二二酚酚氧氧化化酶酶OO2+ 2H2O2(2)脫氫酶類:直接催化底物脫氫)脫氫酶類:直接催化底物脫氫 A2H + B A + B2H 例:乳酸脫氫酶(例:乳酸脫氫酶(EC 1.1.1.27,L-乳酸:乳酸:NAD+氧化還原酶)氧化還原酶) 乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸COOHC HC

18、H3H O+ NAD+COOHCOCH3+ NADH + H+乳乳酸酸脫脫氫氫酶酶2轉(zhuǎn)移酶類(轉(zhuǎn)移酶類(transferases) 催化基團的轉(zhuǎn)移催化基團的轉(zhuǎn)移 AR+ BBRA +例:谷丙轉(zhuǎn)氨酶(例:谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)()(EC 2.6.1.2,L-丙氨酸:丙氨酸: 酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶)酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶) 包括轉(zhuǎn)甲基酶、轉(zhuǎn)?;?、轉(zhuǎn)糖苷酶、轉(zhuǎn)磷酰酶、轉(zhuǎn)氨酶等包括轉(zhuǎn)甲基酶、轉(zhuǎn)?;?、轉(zhuǎn)糖苷酶、轉(zhuǎn)磷酰酶、轉(zhuǎn)氨酶等3水解酶類(水解酶類(hydrolases) AB + H2O AOH + BH 4裂合酶類(裂合酶類(lyases) 從底物移去一個基團而形成雙鍵或逆反應從底物移去一個基團而形成雙

19、鍵或逆反應 AB A + B 例例1:包括醛縮酶、水合酶、脫羧酶、脫氨酶等包括醛縮酶、水合酶、脫羧酶、脫氨酶等例例2:5異構(gòu)酶類(異構(gòu)酶類(isomerase) 催化異構(gòu)化反應催化異構(gòu)化反應 例:例:AB6連接酶類(連接酶類(ligases, 也稱也稱synthetases合成酶類)合成酶類) 將兩個小分子合成一個大分子,通常需要將兩個小分子合成一個大分子,通常需要ATP供能。供能。 例:例: 乙酸+CoASH+ATP 乙酰SCoA+AMP+PPiA + B + ATP AB + ADP + PiA + B + ATP AB + AMP + PPi(連接酶)(異構(gòu))(裂合)(水解)酶的編號酶的

20、編號EC類類. .亞類號亞類號. .亞亞類號亞亞類號. .序號序號 在每一大類酶中,根據(jù)底物分子中被作用的基團或鍵的性質(zhì)分為在每一大類酶中,根據(jù)底物分子中被作用的基團或鍵的性質(zhì)分為若干若干亞類亞類,每一亞類再分為若干,每一亞類再分為若干亞亞類亞亞類。然后再把屬于這一亞亞。然后再把屬于這一亞亞類的酶按順序排好。這樣就把所有的酶分門別類地排成一個表,類的酶按順序排好。這樣就把所有的酶分門別類地排成一個表,稱為酶表。每個酶在表中的位置可用一個統(tǒng)一的編號表示。稱為酶表。每個酶在表中的位置可用一個統(tǒng)一的編號表示。如催化乳酸脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿溉绱呋樗崦摎涿皋D(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿溉?、酶的專?/p>

21、性及活性中心三、酶的專一性及活性中心 (一)酶的專一性(特異性,(一)酶的專一性(特異性,specificity) 1、絕對專一性(、絕對專一性(absolute specificity) 例例: CONH2NH2H2O脲脲酶酶CO2 + 2NH3CONH2NHCH3H2O脲脲酶酶X(1)族專一性(基團專一性,)族專一性(基團專一性,group specificity) 2、相對專一性(、相對專一性(relative specificity) A B 或或 A B如如-D-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 OCH2OHOHOHOOHR(2)鍵專一性)鍵專一性 A BR1COOR2+ H2O酯酯酶酶R1CO

22、OH + R2OH3、立體專一性(、立體專一性(stereospecificity) (1)D-,L-立體異構(gòu)專一性立體異構(gòu)專一性 如如L-乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 (2)幾何異構(gòu)專一性)幾何異構(gòu)專一性 CCHHHOOCCOOH+ H2O延延胡胡索索酸酸水水化化酶酶CH2COOHCHOHCOOH(3)酶能區(qū)分從有機化學觀點來看是屬于對稱分子中兩個等)酶能區(qū)分從有機化學觀點來看是屬于對稱分子中兩個等 同的基團,只催化其中的一個基團,而不催化另一個。同的基團,只催化其中的一個基團,而不催化另一個。 例例1: CH2OHCHCH2OHHO14+ ATP甘甘油油激激酶酶CH2CHCH2OHHO14OP+

23、ADP若甘油激酶不能區(qū)分兩個若甘油激酶不能區(qū)分兩個CH2OH基團,則會生成基團,則會生成 :CH2CHCH2OHHO14OPCH2OHCHCH2HO14OP和和例例2: DC OHDH3C+NCHCONH2R+4NAD+ D(重氫)- DNCCONH2R4NAD 輔輔酶酶的的還還原原型型HD( ( A型型 ) )+H3CCDO(二)關(guān)于酶作用專一性的幾種假說(二)關(guān)于酶作用專一性的幾種假說 1、鎖鑰學說(、鎖鑰學說(lock and Key theory) 1894年年 Fischer 提出:提出:酶和底物結(jié)合時,底物的結(jié)構(gòu)和酶的活動中心的結(jié)構(gòu)十分吻合,就好像一把鑰匙配一把鎖一樣。酶的這種互補

24、形狀,使酶只能與對應的化合物契合,從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物,這就是“鎖和鑰匙學說”。2、三點附著學說、三點附著學說 :立體對映的一對底物雖然基團相同,但空間排列不同,這就可能出現(xiàn)這些基團與酶分子活性中心的結(jié)合基團能否互補匹配的問題,只有三點都互補匹配時,酶才作用于這個底物,如果因排列不同,則不能三點匹配,酶不能作用于它。(可以較好地解釋酶的立體異構(gòu)專一性)3、誘導契合學說(、誘導契合學說(induced-fit theory) 1958年年 Koshland提出:提出:酶并不是事先就以一種與底物互補的形狀存在,而是在受到誘導之后才形成互補的形狀。這種方式如同一只手伸進手套之后,才

25、誘導手套的形狀發(fā)生變化一樣。底物一旦結(jié)合上去,就能誘導酶蛋圖白的構(gòu)像發(fā)生相應的變化,從而使酶和底物契合而形成酶-底物絡合物,這就是“誘導契合學說”。A;E與與S原有構(gòu)象原有構(gòu)象B;正常;正常S引入引入C;不正常;不正常S引入引入多了龐大基團多了龐大基團D;不正常;不正常S引入引入少了某些基團少了某些基團(三)酶的活性中心(三)酶的活性中心(active center) 1、活性中心的概念、活性中心的概念 酶是蛋白質(zhì),是大分子化合物,在這樣一酶是蛋白質(zhì),是大分子化合物,在這樣一個大分子中只有一小部分是與底物結(jié)合,并與個大分子中只有一小部分是與底物結(jié)合,并與催化作用直接有關(guān),這個部位稱酶的活性中心

26、。催化作用直接有關(guān),這個部位稱酶的活性中心。 注意:雖然酶的催化作用取決于構(gòu)成活性中心的幾個氨基酸,但并注意:雖然酶的催化作用取決于構(gòu)成活性中心的幾個氨基酸,但并不意味著酶分子中的其他部分就不重要了。因為酶活性中心的形成不意味著酶分子中的其他部分就不重要了。因為酶活性中心的形成首先依賴于整個酶分子的結(jié)構(gòu)。如木瓜蛋白酶,失去首先依賴于整個酶分子的結(jié)構(gòu)。如木瓜蛋白酶,失去N端的端的20個氨個氨基酸后雖然仍有活性,但此時酶分子并不穩(wěn)定,很容易喪失活性?;岷箅m然仍有活性,但此時酶分子并不穩(wěn)定,很容易喪失活性。因此,沒有酶蛋白結(jié)構(gòu)的完整性,酶蛋白分子的穩(wěn)定性就隨之降低,因此,沒有酶蛋白結(jié)構(gòu)的完整性,酶

27、蛋白分子的穩(wěn)定性就隨之降低,活性中心也就不存在了?;钚灾行囊簿筒淮嬖诹?。 組成酶活性中心的氨基酸側(cè)鏈基團主要有組成酶活性中心的氨基酸側(cè)鏈基團主要有Glu和和ASP的的-COOH,Lys的的-NH2,His的咪唑的咪唑基,基,Ser的的-OH,Cys的的-SH,Tyr的側(cè)鏈基團。的側(cè)鏈基團。 對于需要輔酶的酶來說,輔酶分子或輔酶對于需要輔酶的酶來說,輔酶分子或輔酶分子上的某一部分常常也是活性中心的組成分子上的某一部分常常也是活性中心的組成部分。部分。酶活性中心酶活性中心 結(jié)合部位(結(jié)合位)結(jié)合部位(結(jié)合位)酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域。結(jié)合部位決定酶的專一性。催化部位(催化位)催化部位(催化位

28、)酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位。催化部位決定酶所催化反應的性質(zhì)。酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點 酶酶 AA殘基數(shù)殘基數(shù) 活性部位的活性部位的AA殘基殘基核糖核酸酶核糖核酸酶 124 124 His12, His119, Lys41His12, His119, Lys41溶菌酶溶菌酶 129 129 Asp52, Glu35Asp52, Glu35胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 241 241 His57, Asp102, Ser195His57, Asp102, Ser195胃蛋白酶胃蛋白酶 348 348 Asp32, Asp215Asp32, Asp215木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 2

29、12 212 Cys25, His159Cys25, His159羧肽酶羧肽酶A 307 Arg127, Glu270, Tyr248A 307 Arg127, Glu270, Tyr248 1. 活性中心只占酶分子總體積的很小一部分活性中心只占酶分子總體積的很小一部分無論底物是小分子或大分子化合物,酶與之接觸的部位,均無論底物是小分子或大分子化合物,酶與之接觸的部位,均局限于幾個或十幾個氨基酸殘基?;钚圆课煌ǔV徽颊麄€酶局限于幾個或十幾個氨基酸殘基?;钚圆课煌ǔV徽颊麄€酶分子體積的分子體積的1%-2%。某些酶活性部位的某些酶活性部位的AA殘基殘基2. 酶的活性部位是位于酶分子表面酶的活性部位

30、是位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)的一個裂縫內(nèi)蛋白質(zhì)球形分子的表面通常都有一個內(nèi)蛋白質(zhì)球形分子的表面通常都有一個內(nèi)陷的凹穴,此凹穴正好能夠容納一個或陷的凹穴,此凹穴正好能夠容納一個或兩個小分子底物或大分子底物的一部分兩個小分子底物或大分子底物的一部分。底物分子結(jié)合到裂縫內(nèi)并發(fā)生催化作。底物分子結(jié)合到裂縫內(nèi)并發(fā)生催化作用。用。3. 酶的活性部位是一個三維實體酶的活性部位是一個三維實體對簡單酶來說,活性部位就是酶分子中對簡單酶來說,活性部位就是酶分子中在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基在三維結(jié)構(gòu)上比較靠近的少數(shù)幾個氨基酸殘基或是這些殘基上的某些基團組成酸殘基或是這些殘基上的某些基團組成的,它們在的,它們

31、在一級一級結(jié)構(gòu)上,可能相距結(jié)構(gòu)上,可能相距很遠很遠, 但在蛋白質(zhì)但在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)上空間結(jié)構(gòu)上(三級結(jié)構(gòu))(三級結(jié)構(gòu))彼此很近,形成具有彼此很近,形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域域。對于結(jié)合酶類來說,它們對于結(jié)合酶類來說,它們肽鏈上的某些肽鏈上的某些氨基酸氨基酸以及以及輔酶或輔基分子上的某一部輔酶或輔基分子上的某一部分結(jié)構(gòu)分結(jié)構(gòu)往往就是其活性部位的組成部分往往就是其活性部位的組成部分。4. 酶與其專一性底物的結(jié)合一般通過離子鍵、酶與其專一性底物的結(jié)合一般通過離子鍵、氫鍵等非共價鍵。氫鍵等非共價鍵。2、活性中心與必需基團、活性中心與必需基團 必需基團必需基團:酶表現(xiàn)活性所不能缺少的基團

32、酶表現(xiàn)活性所不能缺少的基團.1.直接參與酶和底物的結(jié)合或催化直接參與酶和底物的結(jié)合或催化2.并不直接參與酶對底物的結(jié)合和催化并不直接參與酶對底物的結(jié)合和催化,但對于維持酶分子的空但對于維持酶分子的空間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象起了重要作用間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象起了重要作用,是酶活性中心以外的必需基團是酶活性中心以外的必需基團.如如Ser的羥基,的羥基,Cys的巰基和的巰基和His的咪唑基(若它改變了,活性中心的咪唑基(若它改變了,活性中心的構(gòu)象就會改變)。的構(gòu)象就會改變)。酶的活性中心示意圖酶的活性中心示意圖活性中心是酶分子上由催化基團和結(jié)合基團構(gòu)成的一個微區(qū)活性中心是酶分子上由催化基團和結(jié)合基團構(gòu)成的一個微區(qū)四、酶具

33、有高催化效率的作用機理四、酶具有高催化效率的作用機理 (一)與酶高效率有關(guān)的因素(一)與酶高效率有關(guān)的因素 1、鄰近效應與定向效應、鄰近效應與定向效應 (proximity and rientation effect) 化學反應速度是與反應物濃度成正比的,因此提高酶促反應速度的最主要方式是使酶的活性中心區(qū)域的底物濃度極高,即在酶的活性中心區(qū)域底物與酶的催化基團之間極端地“靠近”。除了底物與酶活性中心的催化基團“靠近”外,底物的反應基團與酶活性中心的催化基團之間還需嚴格地“定向”,反應物分子才能被利用,迅速形成過渡態(tài)。 鄰近效應:指兩個反應的分子,它們反應的基團需要互相鄰近效應:指兩個反應的分子

34、,它們反應的基團需要互相 靠近,才能反應??拷?,才能反應。 定向效應定向效應: 指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確指酶的催化基團與底物的反應基團之間的正確 定向。定向。 僅僅是靠近還不夠,還需要酶和底物的反應基團在反應中彼此僅僅是靠近還不夠,還需要酶和底物的反應基團在反應中彼此相互嚴格地定向,即酶活性中心的催化基團相互嚴格地定向,即酶活性中心的催化基團( (氨基酸殘基上的氨基酸殘基上的基團基團) )定向于底物的反應基團。只有定向于底物的反應基團。只有既靠近又定向既靠近又定向,底物分子,底物分子才能迅速的形成過渡態(tài),加速反應的進行。才能迅速的形成過渡態(tài),加速反應的進行??拷c定向靠近與定向

35、A. A. 酶的催化基團和酶的催化基團和底物的反應基團既不底物的反應基團既不靠近,也不定向??拷?,也不定向。B. B. 兩個基團靠近,兩個基團靠近,但不定向,不利于但不定向,不利于反應進行。反應進行。C. C. 兩個基團既靠近,兩個基團既靠近,又定向,有利于反又定向,有利于反應進行。應進行。X-射線衍射分析證明:底物分子向酶的活性部射線衍射分析證明:底物分子向酶的活性部位靠近并結(jié)合,底物誘導酶的構(gòu)象發(fā)生改變,位靠近并結(jié)合,底物誘導酶的構(gòu)象發(fā)生改變,特別是酶的活性部位的結(jié)構(gòu)。特別是酶的活性部位的結(jié)構(gòu)。酶也可誘導底物的構(gòu)象發(fā)生變化酶也可誘導底物的構(gòu)象發(fā)生變化,促使底物分,促使底物分子中的敏感鍵變形

36、、斷裂,子中的敏感鍵變形、斷裂,底物由基態(tài)變?yōu)榧さ孜镉苫鶓B(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),降低了活化能,使酶促反應加速。發(fā)態(tài),降低了活化能,使酶促反應加速。2、張力效應和底物形變(、張力效應和底物形變(strain and distortion) 在酶與其專一性底物分子誘導楔合的過程中,酶與底物均發(fā)生形變。(三)酸堿催化(三)酸堿催化廣義酸堿催化是指通廣義酸堿催化是指通過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過質(zhì)子堿接受部分或是通過質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用。質(zhì)子的作用。酶活性中心的一些基團酶活性中心的一些基團作為作為質(zhì)子的供體質(zhì)子的供體或或質(zhì)子的質(zhì)子的受體受體對底物進行廣義的酸對底物進行廣義的酸堿催化,

37、達到降低反應活堿催化,達到降低反應活化能的過程化能的過程。組氨酸的組氨酸的咪唑基咪唑基是酶催化反應中的最有效、最活潑的催化功能基團。咪唑是酶催化反應中的最有效、最活潑的催化功能基團。咪唑基的基的pK=6.0,在生理,在生理pH條件下,有一半以酸性形式存在,另一半以堿性條件下,有一半以酸性形式存在,另一半以堿性形式存在,因此既可以作質(zhì)子的供體又可以作質(zhì)子的受體,在酶促反應中形式存在,因此既可以作質(zhì)子的供體又可以作質(zhì)子的受體,在酶促反應中發(fā)揮作用。發(fā)揮作用。4、共價催化(、共價催化(covalent catalysis) 什么是共價催化?什么是共價催化?一些酶與其專一性底物形成反應活性很強的共價中

38、間物,大大降低了反應的活化性(能閾)。 共價催化共價催化 親電子催化親電子催化 親核催化親核催化共價催化的一般形式是酶共價催化的一般形式是酶活性中心上的活性中心上的親核基團親核基團對對底物的底物的親電子基團親電子基團進行攻進行攻擊,二者形成共價鍵,這擊,二者形成共價鍵,這個共價中間物很容易變成個共價中間物很容易變成過渡態(tài),反應的活化能大過渡態(tài),反應的活化能大大降低,反應速度加快。大降低,反應速度加快。酶分子中參與共價催化的酶分子中參與共價催化的親核基團主要包括親核基團主要包括 Ser的的羥基、羥基、Cys的巰基和的巰基和His的的咪唑基等。咪唑基等。5、酶活性中心的疏水環(huán)境效應、酶活性中心的疏

39、水環(huán)境效應 酶表面往往有內(nèi)銜的空穴酶表面往往有內(nèi)銜的空穴,并且空穴多處于疏水環(huán)境中并且空穴多處于疏水環(huán)境中,且且此空穴一般為酶的活性中心此空穴一般為酶的活性中心.疏水環(huán)境的介電常數(shù)很低疏水環(huán)境的介電常數(shù)很低,有利有利于中間復合物的形成和穩(wěn)定于中間復合物的形成和穩(wěn)定.酶的活性中心周圍的環(huán)境是一個酶的活性中心周圍的環(huán)境是一個非極性環(huán)境非極性環(huán)境,即,即低介電環(huán)境低介電環(huán)境,在低的介電環(huán)境中排斥水分子,酶的催化基團和底物分子的在低的介電環(huán)境中排斥水分子,酶的催化基團和底物分子的敏感鍵之間有很大的反應力,有助于加速酶促反應。敏感鍵之間有很大的反應力,有助于加速酶促反應。如果酶的活性中心周圍是一個高介電

40、環(huán)境中,活性中心就會如果酶的活性中心周圍是一個高介電環(huán)境中,活性中心就會有水分子存在,水分子對帶電離子有屏蔽作用,削弱帶電離有水分子存在,水分子對帶電離子有屏蔽作用,削弱帶電離子之間的靜電作用,不利于酶促反應的進行。子之間的靜電作用,不利于酶促反應的進行。例如:例如:酶活性中心的羧基與水形成酶活性中心的羧基與水形成氫鍵,導致酶活性中心羧基表面有氫鍵,導致酶活性中心羧基表面有一層水化層,水分子的屏蔽作用,一層水化層,水分子的屏蔽作用,大大削弱了酶分子與底物離子間的大大削弱了酶分子與底物離子間的靜電相互引力,不利于酶促反應。靜電相互引力,不利于酶促反應。6.金屬離子催化需要金屬的酶分類金屬酶金屬激

41、活酶金屬離子參與催化途徑通過結(jié)合底物為反應定向可逆改變離子氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負電荷7.多元催化和協(xié)同效應酶催化反應中常常是幾個基元催化反應配合在一起共同作用。胰凝乳蛋白酶是由胰凝乳蛋白酶是由241個個氨基酸組成,分子量為氨基酸組成,分子量為25000,分子呈橢圓狀,分子呈橢圓狀,含含-螺旋較少?;钚圆柯菪^少?;钚圆课挥晌挥蒘er195、His57、Asp102三個氨基酸殘基三個氨基酸殘基構(gòu)成,這三個氨基酸殘構(gòu)成,這三個氨基酸殘基形成催化三聯(lián)體?;纬纱呋?lián)體。催化三聯(lián)體催化三聯(lián)體催化機制的特點:催化機制的特點:廣義的酸堿催化廣義的酸堿催化 共價催化共價催化 五、酶的作

42、用動力學(五、酶的作用動力學(kinetics) 什么是動力學?什么是動力學?研究反應速度的規(guī)律及各種因素對研究反應速度的規(guī)律及各種因素對反應速度的影響反應速度的影響 什么是酶作用動力學?什么是酶作用動力學? 研究酶所催化的化學反應速研究酶所催化的化學反應速度以及各種因素對酶反應速度的影響度以及各種因素對酶反應速度的影響酶作用動力學研究的意義酶作用動力學研究的意義 .動力學研究是了解酶作用機理的重要途徑之一動力學研究是了解酶作用機理的重要途徑之一.為了了解酶在代謝中的作用和某些藥物的作用機理為了了解酶在代謝中的作用和某些藥物的作用機理.動力學知識在酶的分離提純過程中也不可缺少動力學知識在酶的分

43、離提純過程中也不可缺少.在工業(yè)生產(chǎn)中如何找到最適條件,使用最少酶量,在在工業(yè)生產(chǎn)中如何找到最適條件,使用最少酶量,在最短時間完成一定的催化反應也必須用酶的動力學知最短時間完成一定的催化反應也必須用酶的動力學知識識影響因素:影響因素:底物濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活、溫度、抑制劑、激活劑劑(一)底物濃度對酶反應速度的影響(一)底物濃度對酶反應速度的影響 1米氏方程的提出米氏方程的提出 第一步第一步: E+S ES 中間復合物學說:中間復合物學說: 第二步第二步: ESE+P VES 1913年年Michaelis和和Menten推導了米氏方程推導了米氏方程 SKSVvmmax 建立了

44、表示底物濃度與建立了表示底物濃度與酶促反應速度之間定量酶促反應速度之間定量關(guān)系的方程式關(guān)系的方程式恒態(tài)法推導:恒態(tài)法推導: 1925年年Briggs和和Haldame對米氏方程作了一次重對米氏方程作了一次重要的修正,提出了恒態(tài)的概念。要的修正,提出了恒態(tài)的概念。 E + S ES E + Pk1k2k3 所謂恒態(tài)是指反應進行一定所謂恒態(tài)是指反應進行一定時間后,時間后,ES的生成速度和的生成速度和ES的的分解速度相等,亦即分解速度相等,亦即ES的凈生成的凈生成速度為零,此時速度為零,此時ES的濃度不再改的濃度不再改變,達到恒態(tài),也稱穩(wěn)態(tài)。變,達到恒態(tài),也稱穩(wěn)態(tài)。2米氏方程的推導米氏方程的推導 基

45、本前提:基本前提:反應方程式反應方程式: 在米氏方程推導中引入在米氏方程推導中引入3個假設(shè)個假設(shè): (1)P0 忽略忽略 這步反應這步反應 ESE + Pk4(2) SES ESS (3)E+SES平衡,要求平衡,要求k3k3k2k3時,時,k3k3可忽略,可忽略,Km=k2/k1Km=k2/k1。KmKm可看作是可看作是ESES復合物的解復合物的解離常數(shù)??纱致缘胤从畴x常數(shù)??纱致缘胤从趁概c底物之間的親和程度酶與底物之間的親和程度:KmKm值大表示親和值大表示親和程度小,酶的催化活性低;程度小,酶的催化活性低; KmKm值小表示親和程度大,酶的催化活值小表示親和程度大,酶的催化活性高。性高。

46、5米氏常數(shù)的求法米氏常數(shù)的求法 (1)v對對S作圖作圖 (2)雙倒數(shù)作圖法()雙倒數(shù)作圖法(Lineweaver-Burk作圖法)作圖法) 將米氏方程改寫成將米氏方程改寫成 maxmaxmV1S1VKv1 (3)直接線性作圖法)直接線性作圖法 (Eisenthal和和Cornish-Bowden法)法) Eisenthal和和Cornish-Bowden直接線性作圖直接線性作圖(二)酶的抑制作用和抑制作用動力學(二)酶的抑制作用和抑制作用動力學 什么是抑制作用(什么是抑制作用(inhibition)?研究抑制作用的意義研究抑制作用的意義 1、不可逆抑制作用(、不可逆抑制作用(irreversi

47、ble inhibition) E+IEI例例: DFP(DIFP)對胰凝乳蛋白酶的抑制)對胰凝乳蛋白酶的抑制 2、可逆抑制作用、可逆抑制作用(reversible inhibition)及其動力學及其動力學 (1)競爭性抑制作用()競爭性抑制作用(competitive inhibition) E+I EI 例例: 丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用 競爭性抑制作用動力學方程的推導競爭性抑制作用動力學方程的推導 競爭性抑制作用可用下式表示競爭性抑制作用可用下式表示 : E + S ES E + Pk1k2k3+Iki2ki1EIEI+S no reaction 推導

48、的要點推導的要點 推導出的方程推導出的方程 )K I 1(KKSKSVvimmmmax 競爭性抑制作用動力學方程的討論競爭性抑制作用動力學方程的討論 A、與標準米氏方程比較、與標準米氏方程比較 B、當、當 I 0時,方程還原成米氏方程。時,方程還原成米氏方程。 mK0v , I 時,時, C、取方程的倒數(shù),進行雙倒數(shù)作圖、取方程的倒數(shù),進行雙倒數(shù)作圖 maximaxmV1S1)K I 1(VKv1 D、抑制程度、抑制程度: 0vv1 SVSKS)KI(1KSV1vv1maxmimmax0 S)KI(1KSK1imm 當當S 很大很大很大很大0vv1 SS1 0 0 (2)非競爭性抑制作用()非

49、競爭性抑制作用(noncompetitive inhibition) E+S ES ESI IE+I EI ESI S 非競爭性抑制作用動力學公式推導非競爭性抑制作用動力學公式推導 非競爭性抑制作用可用下式表示非競爭性抑制作用可用下式表示 :E + S ES E + Pkm+IkiEI + S+IkiEISkm經(jīng)推導后得方程經(jīng)推導后得方程 : imaxmaxmmaxK I 1VVSKSVv 非競爭性抑制作用動力學方程討論非競爭性抑制作用動力學方程討論 A、與米氏方程比較、與米氏方程比較 imaxK I 1VV B、當當I0 VVmax I 0v0Vmax C、取方程倒數(shù),進行雙倒數(shù)作圖、取方程

50、倒數(shù),進行雙倒數(shù)作圖 D、抑制程度、抑制程度: 0vv1 (3)反競爭性抑制作用()反競爭性抑制作用(uncompetitive inhibition) E + S ES E + P+IkiESISKSVvmmax imaxmaxK I 1VV immK I 1KK 動力學方程動力學方程 :動力學方程的討論動力學方程的討論 A、與米氏方程比較、與米氏方程比較 B、雙倒數(shù)作圖、雙倒數(shù)作圖 三種可逆抑制作用的總結(jié)三種可逆抑制作用的總結(jié) . .可根據(jù)雙倒數(shù)作圖法,區(qū)分三種抑制作用可根據(jù)雙倒數(shù)作圖法,區(qū)分三種抑制作用. .特征:特征:競爭性:可增加底物濃度來解除抑制作用競爭性:可增加底物濃度來解除抑制

51、作用非競爭性:可增加酶濃度來解除抑制作用非競爭性:可增加酶濃度來解除抑制作用反競爭:底物濃度增加,抑制作用增加,無反競爭:底物濃度增加,抑制作用增加,無法減輕抑制法減輕抑制例:最常見的是競爭性抑制劑例:最常見的是競爭性抑制劑 磺胺藥中的對一氨基苯磺酰胺磺胺藥中的對一氨基苯磺酰胺 SO2 NH2H2N葉酸參與核酸的嘧啶和嘌呤的合成,兩者競爭葉酸參與核酸的嘧啶和嘌呤的合成,兩者競爭FH2合成酶合成酶 例例2: 抗癌藥物抗癌藥物5一氟尿嘧啶一氟尿嘧啶 (PABA)細菌:細菌:PABAFH2合成酶合成酶FH2FH4人:人: 葉酸葉酸(食物)(食物)FH2FH4葉酸還原酶葉酸還原酶(三)(三)pH對酶反

52、應速度的影響對酶反應速度的影響 1酶反應的最適酶反應的最適pH(optimum pH) 反反應應速速度度pH最最適適p pH H68100 酶的最適酶的最適pH不是一個固定的常數(shù)不是一個固定的常數(shù),它受到底,它受到底物的種類、濃度物的種類、濃度; 緩沖液的種類、濃度緩沖液的種類、濃度; 酶的純度酶的純度;反應的溫度、時間等的影響。反應的溫度、時間等的影響。例例: 堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時堿性磷酸酶催化磷酸苯酯水解時 s為為2.5x10-5 M,最適,最適pH為為 8.3 s為為2.5x10-2 M,最適,最適pH為為10.0 2pH影響反應速度的原因影響反應速度的原因 ( 1 ) pH(

53、1 ) pH影響了酶分子、底物分子和影響了酶分子、底物分子和ESES復合物的復合物的 解離狀態(tài)。解離狀態(tài)。 ( 2 ) ( 2 ) 過高、過低的過高、過低的pHpH導致酶蛋白變性。導致酶蛋白變性。(四)溫度對酶反應速度的影響(四)溫度對酶反應速度的影響 1最適溫度(最適溫度(optimum temperature) 最適溫度與最適最適溫度與最適pH一樣,也不是一個固定一樣,也不是一個固定的常數(shù)的常數(shù),它隨底物的種類、濃度,它隨底物的種類、濃度, 溶液的離子強溶液的離子強度度, pH, 反應時間等的影響。反應時間等的影響。例例: 反應時間短,最適溫度高。反應時間短,最適溫度高。 反應時間長,最適

54、溫度低。反應時間長,最適溫度低。(五)激活劑對酶反應速度的影響(五)激活劑對酶反應速度的影響 什么是激活劑(什么是激活劑(activator)?酶的激活劑酶的激活劑1. 無機離子無機離子 (1)一些金屬離子,如)一些金屬離子,如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、 Cu2+、Zn2+、Fe2+等。等。 專一性專一性 有的金屬離子可以互相替代有的金屬離子可以互相替代 有的離子間有拮抗作用有的離子間有拮抗作用 (2)陰離子:如)陰離子:如Cl-、Br-、I-、CN- 等等 (3)氫離子)氫離子 2. 有機分子有機分子3. 具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子,如酶原可被一些具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的大分子,如酶原可被一些

55、蛋白酶激活,蛋白酶可看作為激活劑。蛋白酶激活,蛋白酶可看作為激活劑。 (2)EDTA(1)某些還原劑如)某些還原劑如Cys、GSH等等別構(gòu)調(diào)節(jié):酶分子上非催化部位與某些化合物可逆的結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的改變,進而改變酶活性狀態(tài),稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。別構(gòu)酶:具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶。效應物:凡使酶發(fā)生別構(gòu)效應的物質(zhì),通常為小分子代謝物或輔助因子。正效應物:因別構(gòu)導致酶活性增加的物質(zhì)。負效應物:因別構(gòu)導致酶活性降低的物質(zhì)。七、酶活性的調(diào)節(jié)七、酶活性的調(diào)節(jié)(一)別構(gòu)酶(也稱變構(gòu)酶,(一)別構(gòu)酶(也稱變構(gòu)酶,allosteric enzyme) (一)別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)上的特點(一)別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)上的特點:多個亞基

56、、有四級結(jié)構(gòu)、活性中心與別構(gòu)中心可處于不同的亞基或同一亞基不同的部位。 (二)別構(gòu)酶性質(zhì)上的特點(二)別構(gòu)酶性質(zhì)上的特點:當專一性底物與別構(gòu)中心誘導楔合時,隨著別構(gòu)中心構(gòu)象的改變,該酶的活性中心構(gòu)象也會相應發(fā)生變化,從而引起酶催化活性的改變。 (三)別構(gòu)酶的別構(gòu)效應(三)別構(gòu)酶的別構(gòu)效應(allosteric effect) 1、什么是別構(gòu)效應、什么是別構(gòu)效應: 指調(diào)節(jié)物與酶分子上的調(diào)節(jié)中心結(jié)合以后指調(diào)節(jié)物與酶分子上的調(diào)節(jié)中心結(jié)合以后,酶的構(gòu)象發(fā)生了改變酶的構(gòu)象發(fā)生了改變,從而影響了酶的活性中心與底物的結(jié)合和對從而影響了酶的活性中心與底物的結(jié)合和對底物的催化底物的催化,進而使酶活力增加或者降低

57、進而使酶活力增加或者降低.正別構(gòu)(正協(xié)同)正別構(gòu)(正協(xié)同):結(jié)合導致反應速率增加結(jié)合導致反應速率增加負別構(gòu)(負協(xié)同)負別構(gòu)(負協(xié)同):結(jié)合導致反應速率減慢結(jié)合導致反應速率減慢2、同促效應與異促效應、同促效應與異促效應 同促效應同促效應:指調(diào)節(jié)物為底物本身指調(diào)節(jié)物為底物本身異促效應異促效應:調(diào)節(jié)物不是底物而是其它物質(zhì)調(diào)節(jié)物不是底物而是其它物質(zhì),包括代謝產(chǎn)物包括代謝產(chǎn)物.(四)別構(gòu)酶的作用動力學(四)別構(gòu)酶的作用動力學 1、正協(xié)同效應(、正協(xié)同效應(positive cooperative effect) 2、負協(xié)同效應(、負協(xié)同效應(negative cooperative effect) 別構(gòu)

58、酶經(jīng)加熱或用化學試劑處理,可引起別構(gòu)酶解離,失去調(diào)節(jié)活性,稱為脫敏作用。脫敏作用表現(xiàn)為米氏動力學曲線(五)別構(gòu)酶舉例(五)別構(gòu)酶舉例 1、大腸桿菌天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(、大腸桿菌天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(E-Coli aspartate transcarbamylase, ATCase) (1)ATCase催化的化學反應和催化的化學反應和ATCase的動力學曲線的動力學曲線 氨甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸(2)ATCase活性調(diào)節(jié)的機理活性調(diào)節(jié)的機理 CTPATP有催化活性的構(gòu)象有催化活性的構(gòu)象 無催化活性的構(gòu)象無催化活性的構(gòu)象 CCCCCCR汞汞鹽鹽完完整整的的催催化化亞亞基基調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)亞亞基基CC

59、CCCC+(三三聚聚體體)(二二聚聚體體)(活活性性)ATCaseRR RR RR RR RR R(二)共價調(diào)節(jié)酶(二)共價調(diào)節(jié)酶(covalently modulated enzymes) 什么是共價調(diào)節(jié)酶?什么是共價調(diào)節(jié)酶?是一類由其它酶對其結(jié)構(gòu)進行可逆共價修飾,使其處于活性和非活性的互變狀態(tài),從而調(diào)節(jié)酶活性。 常見的是磷酸化常見的是磷酸化/脫磷酸化,腺苷?;摿姿峄?,腺苷?;?脫腺苷脫腺苷?;?,乙?;;?,乙?;?脫乙?;?,尿苷?;撘阴;?,尿苷?;?脫尿苷?;撃蜍挣;?,甲基化甲基化/脫甲基化,脫甲基化,S-S/SH相互轉(zhuǎn)變,共相互轉(zhuǎn)變,共6種類型。種類型。目前已知可以受化學修飾調(diào)節(jié)

60、的酶幾乎又都是別構(gòu)酶。 共價調(diào)節(jié)酶最典型的例子是動物組織的共價調(diào)節(jié)酶最典型的例子是動物組織的糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 1. 糖原磷酸化酶催化的反應糖原磷酸化酶催化的反應 催化糖原的磷酸解,生成催化糖原的磷酸解,生成G-1-P。 糖原糖原 G-1-P + 糖原糖原+ H3PO4糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(n-1個個Glc基)基) (n個個Glc基)基) 2、結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)特征 3、調(diào)節(jié)機理、調(diào)節(jié)機理 磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化磷酸化酶構(gòu)象的變化磷酸化酶構(gòu)象的變化( (包括亞基的聚合與包括亞基的聚合與 解離解離化學信號的放大化學信號的放大( (級聯(lián)放大級聯(lián)放大) ) 酶的磷

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