酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ppt課件

1、第第1010章章 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)理酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)理活性中心活性中心active center)與酶活力直接相關(guān)的區(qū)域與酶活力直接相關(guān)的區(qū)域局限在酶分子的特定部位局限在酶分子的特定部位一、酶的活性部位一、酶的活性部位 ( active site 結(jié)合中心：與S結(jié)合 決議酶促反響的專注性 催化中心：促進(jìn)S發(fā)生化學(xué)變化 決議酶促反響的性質(zhì) 活性中心與酶的催化活性直接相關(guān)的化學(xué)基團(tuán)常見：His咪唑基、Ser-OH、 Glu-COOH、Cys-SH、Asp-OH位于活性中心位于活性中心活性中心以外，活性中心以外，穩(wěn)定分子構(gòu)象穩(wěn)定分子構(gòu)象必需基團(tuán)必需基團(tuán)非必需基團(tuán)非必需基團(tuán)一必需基團(tuán)一必需基團(tuán)

2、底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基團(tuán)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)催化基團(tuán) 活性中心活性中心 二二 酶活性部位的特點(diǎn)酶活性部位的特點(diǎn)1、幾個(gè)殘基、幾個(gè)殘基+輔助因子單純輔助因子單純/結(jié)合結(jié)合2、在空間構(gòu)象上集中到一同單體、在空間構(gòu)象上集中到一同單體/寡聚寡聚3、疏水空穴、疏水空穴4、經(jīng)過次級(jí)鍵與底物結(jié)合、經(jīng)過次級(jí)鍵與底物結(jié)合6、活性中心構(gòu)象具有柔韌性和可塑性、活性中心構(gòu)象具有柔韌性和可塑性5、與底物誘導(dǎo)契合、與底物誘導(dǎo)契合 酶酶 AA殘基殘基 活性中心活性中心AA 核糖核酸酶核糖核酸酶 124 H H K R D E溶菌酶溶菌酶 129 D E胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 241 H

3、 D S羧肽酶羧肽酶A 307 R E Y Zn2+胰蛋白酶胰蛋白酶 223 H D S 二、研討酶活性部位的方法二、研討酶活性部位的方法1.1.酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法 化合物化合物活性部位活性部位AAAA殘基側(cè)鏈基團(tuán)殘基側(cè)鏈基團(tuán) 共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合水解酶，確定一級(jí)構(gòu)造位置水解酶，確定一級(jí)構(gòu)造位置 推測(cè)某基團(tuán)能否在活性中心推測(cè)某基團(tuán)能否在活性中心 某基團(tuán)被修飾后：某基團(tuán)被修飾后： 酶活力改動(dòng)：為必需基團(tuán)酶活力改動(dòng)：為必需基團(tuán)1非特異性共價(jià)修飾非特異性共價(jià)修飾2 2特異性共價(jià)修飾特異性共價(jià)修飾試劑專注修飾活性部位某試劑專注修飾活性部位某AAAA，使酶失，使酶失活?；?。

4、 如：二異丙基氟磷酸如：二異丙基氟磷酸DFP)DFP)專注修飾專注修飾E E Ser-OHSer-OHESer OH+(CH3)2CH OPOFO(CH3)2CHESer OPOOOCH(CH3)2CH(CH3)2酶DFPDIP-E僅修飾活性中心僅修飾活性中心Ser-OHSer-OH(3)(3)親和標(biāo)志法親和標(biāo)志法與與S S構(gòu)造類似的共價(jià)修飾劑構(gòu)造類似的共價(jià)修飾劑能被專注地引入活性部位，接近能被專注地引入活性部位，接近S S結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)其活潑的化學(xué)基團(tuán)可與活性部位其活潑的化學(xué)基團(tuán)可與活性部位某一基團(tuán)某一基團(tuán) 構(gòu)成穩(wěn)定的共價(jià)鍵構(gòu)成穩(wěn)定的共價(jià)鍵CH2CH NHSO2CH3COOCH2CH3CH

5、2CH NHSO2CH3COCH2ClRCOCH2Cl+NH32N1RCOCH2N32N1TPETPCKTPCKE-His57烷化失活His57-N3對(duì)甲苯磺酰對(duì)甲苯磺酰L苯丙氨酸乙酯苯丙氨酸乙酯 (TPE)對(duì)甲苯磺酰對(duì)甲苯磺酰L苯丙氨酰氯甲基酮苯丙氨酰氯甲基酮TPCK胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法 活性部位活性部位AA殘基解離形狀和酶活性殘基解離形狀和酶活性直接相關(guān)直接相關(guān) 經(jīng)過動(dòng)力學(xué)方法求有關(guān)參數(shù)，經(jīng)過動(dòng)力學(xué)方法求有關(guān)參數(shù)， 對(duì)酶活性部位化學(xué)性質(zhì)作出判別。對(duì)酶活性部位化學(xué)性質(zhì)作出判別。3.X射線晶體構(gòu)造分析法射線晶體構(gòu)造分析法 4.定點(diǎn)誘變

6、法 利用定點(diǎn)誘變技術(shù)，改動(dòng)編碼蛋白基因中的DNA順序，改動(dòng)其中某AA后，測(cè)定酶活性的變化。 誘導(dǎo)契合機(jī)制誘導(dǎo)契合機(jī)制三、酶催化高效性的機(jī)制三、酶催化高效性的機(jī)制酶催化的本質(zhì)：降低反響的活化能。酶催化的本質(zhì)：降低反響的活化能。能能 量量 改改 變變活活 化化 過過 程程過渡態(tài)過渡態(tài)一底物和酶的臨近效應(yīng)和定向效應(yīng)一底物和酶的臨近效應(yīng)和定向效應(yīng) 底物底物酶酶二底物的形變和誘導(dǎo)契合二底物的形變和誘導(dǎo)契合能否契合能否契合專注性的由來專注性的由來 產(chǎn)物脫離產(chǎn)物脫離酶復(fù)原催化劑酶復(fù)原催化劑羧肽酶 A羧肽酶催化中的電子云形變 C=O接近電子云形變 定向極性專注性契合區(qū)H2+NC精氨酸C端確認(rèn)區(qū)留意酶活性中心提

7、供酶活性中心提供H+/H+H+/H+受體使敏感鍵斷裂的機(jī)制。受體使敏感鍵斷裂的機(jī)制。酸催化酸催化( (OHOH、NH3+NH3+、NH+NH+、-COOH-COOH、SH)SH)A- : A- : H+H+EHEHE-E-EH + OH-EH + OH-+ H+ H+AH + B+AH + B+堿催化堿催化( (失電子態(tài)失電子態(tài)) )A- : A- : B+B+ E-COO-+ E-COO-A- + E-COOH A- + E-COOH E-COO- + E-COO- + H+H+三酸堿催化三酸堿催化堿催化堿催化酸催化酸催化穩(wěn)定活性中心吸附羧氧原子使肽鍵失穩(wěn)使肽鍵失穩(wěn) 酶活性中心親電酶活性中心

8、親電/親核基團(tuán)參與親核基團(tuán)參與S敏感鍵斷裂的機(jī)制。敏感鍵斷裂的機(jī)制。親電基團(tuán)親電基團(tuán)帶正電荷性質(zhì)的基團(tuán)帶正電荷性質(zhì)的基團(tuán)親核基團(tuán)親核基團(tuán)帶負(fù)電荷性質(zhì)的基團(tuán)帶負(fù)電荷性質(zhì)的基團(tuán)四共價(jià)催化四共價(jià)催化A- : B+ -+ -OHOH - NH2 咪唑基咪唑基 親電催化親電催化2A- : 2 B+ Mg2+ Mg2+A: MgA + 2B+親核催化親核催化-OH-SHA- : + HO :B 中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，斷裂，構(gòu)成產(chǎn)物，酶復(fù)原。中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，斷裂，構(gòu)成產(chǎn)物，酶復(fù)原。不同酶促反響中的催化要素影響大小不同。不同酶促反響中的催化要素影響大小不同。OH的親核催化(胰凝乳蛋白酶)1 1、需求金屬離子的酶、需

9、求金屬離子的酶1 1 金屬酶金屬酶 (metalloenzyme)(metalloenzyme)含嚴(yán)密結(jié)合的金屬離子含嚴(yán)密結(jié)合的金屬離子2 2金屬激活酶金屬激活酶( metal-activited ( metal-activited enzyme)enzyme)含松散結(jié)合的金屬離子含松散結(jié)合的金屬離子五金屬離子催化五金屬離子催化2 2、金屬離子的作用、金屬離子的作用 A A、參與底物反響的定向、參與底物反響的定向 B B、經(jīng)過價(jià)態(tài)改動(dòng)參與電子轉(zhuǎn)移、經(jīng)過價(jià)態(tài)改動(dòng)參與電子轉(zhuǎn)移 C C、經(jīng)過靜電穩(wěn)定、經(jīng)過靜電穩(wěn)定/ /屏蔽負(fù)電荷屏蔽負(fù)電荷六多原催化和協(xié)同效應(yīng)六多原催化和協(xié)同效應(yīng)NHOOOH.CH3O

10、CH3OCH3OCH3OOHCH3OCH3OCH3OCH3OCOHNOH.七活性部位微環(huán)境的影響七活性部位微環(huán)境的影響四、酶催化反響機(jī)制的實(shí)例四、酶催化反響機(jī)制的實(shí)例一溶菌酶一溶菌酶lysozyme二胰凝乳蛋白酶二胰凝乳蛋白酶疏水口袋疏水口袋活性位點(diǎn)殘基活性位點(diǎn)殘基4.絲氨酸蛋白酶的催化機(jī)制催化三聯(lián)體催化三聯(lián)體親核攻擊親核攻擊穩(wěn)定穩(wěn)定His的正電方式的正電方式胰蛋白酶胰蛋白酶蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)水解酶水解酶巰基蛋白酶巰基蛋白酶天冬氨酸蛋白酶天冬氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶鋅蛋白酶鋅蛋白酶胰凝乳蛋質(zhì)酶胰凝乳蛋質(zhì)酶凝血酶凝血酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶趨同進(jìn)化趨同進(jìn)化convergent evolutio

11、n：催化三聯(lián)體：催化三聯(lián)體趨異進(jìn)化趨異進(jìn)化 divergent evolution：底物專注性：底物專注性三烯醇化酶三烯醇化酶enolase 作用需求金屬離子作用需求金屬離子堿催化堿催化穩(wěn)定中間產(chǎn)物穩(wěn)定中間產(chǎn)物酸催化酸催化別構(gòu)激活劑別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑別構(gòu)抑制劑2、 別構(gòu)酶的特點(diǎn)別構(gòu)酶的特點(diǎn)ONH2CO-O-OOP+Pi+-OOCCH2ONH2C NHCCOO-NH3+COO-CH2CCOO-HONHNHOCOO-OO-OOPO-OOPO-O-OPNH2NNOOH-OHH2COCTP（嘧啶生物合成的終端產(chǎn)物)CTP反饋抑制ATCaseZn2+ATCaseATP 別構(gòu)激活劑別構(gòu)激活劑CTP 別構(gòu)

12、抑制劑別構(gòu)抑制劑天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶調(diào)理亞基調(diào)理亞基催化亞基催化亞基 3磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶 具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶代表具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶代表 S形曲線正協(xié)同形曲線正協(xié)同表觀雙曲線負(fù)協(xié)同效應(yīng)表觀雙曲線負(fù)協(xié)同效應(yīng) 2別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)V= VS VSKm + SKm + S當(dāng)V=90V0.9Km=0.1SS9Km當(dāng)V=10VS1/9Km10%V 時(shí)s90%V時(shí) s= 812 2米氏曲線米氏曲線1 1負(fù)協(xié)同負(fù)協(xié)同3 3正協(xié)同正協(xié)同S90%VS10%V81321V1 0 %V90%V0 SV底物是別構(gòu)抑制劑底物是別構(gòu)抑制劑底物是別構(gòu)激活劑底物是別構(gòu)激活劑 整

13、體上產(chǎn)生激活、抑制景象整體上產(chǎn)生激活、抑制景象 改動(dòng)了調(diào)理的敏感區(qū)位置改動(dòng)了調(diào)理的敏感區(qū)位置別構(gòu)激活別構(gòu)激活別構(gòu)抑制別構(gòu)抑制V0 S底物敏感區(qū)底物敏感區(qū)3 3K K型效應(yīng)物和型效應(yīng)物和V V型效應(yīng)物：型效應(yīng)物：K0.5K0.5：別構(gòu)酶催化反響到達(dá)：別構(gòu)酶催化反響到達(dá)1/2 1/2 VmaxVmax時(shí)的時(shí)的SS改動(dòng)改動(dòng)K0.5K0.5不改動(dòng)不改動(dòng)VmaxVmax：K K型效應(yīng)物型效應(yīng)物改動(dòng)改動(dòng)VmaxVmax不改動(dòng)不改動(dòng)K0.5 K0.5 ：V V型效應(yīng)物型效應(yīng)物213213vvVmaxVmaxK0.500SSA A為為K K型效應(yīng)物型效應(yīng)物 B B為為V V型效應(yīng)物型效應(yīng)物1.1.未加效應(yīng)物；

14、未加效應(yīng)物；2.2.加激活劑；加激活劑；3 3加抑制劑加抑制劑A A為為K K型效應(yīng)物型效應(yīng)物B B為為V V型效應(yīng)物型效應(yīng)物別構(gòu)酶經(jīng)加熱或用化學(xué)試劑等處置，可別構(gòu)酶經(jīng)加熱或用化學(xué)試劑等處置，可引起別構(gòu)酶解離，失去調(diào)理活性。引起別構(gòu)酶解離，失去調(diào)理活性。 脫敏后表現(xiàn)為米氏酶動(dòng)力學(xué)雙曲線脫敏后表現(xiàn)為米氏酶動(dòng)力學(xué)雙曲線4脫敏作用脫敏作用3 3、別構(gòu)酶調(diào)理酶活性的機(jī)理、別構(gòu)酶調(diào)理酶活性的機(jī)理 1、對(duì)稱或協(xié)同模型、對(duì)稱或協(xié)同模型symmetry or concerted model,也稱齊變模型、也稱齊變模型、MWC模型模型 1965年由年由Monod、Wyman和和Changeux提出。提出。 該模

15、型的要點(diǎn)該模型的要點(diǎn) : 2、序變模型、序變模型sequential model，也稱，也稱KNF模型模型 1966年由年由Koshland、Nemethy和和Filmer提出。提出。 該模型的要點(diǎn)該模型的要點(diǎn) :二酶原的激活二酶原的激活J 酶原酶原(zymogen)(zymogen)：酶的無活性的前體：酶的無活性的前體J 酶原的激活：由無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢蠲冈募せ睿河蔁o活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程。性的酶的過程。J 酶原激活的意義：在特定的環(huán)境和條件下酶原激活的意義：在特定的環(huán)境和條件下發(fā)揚(yáng)作用；防止細(xì)胞本身消化；有的酶原可發(fā)揚(yáng)作用；防止細(xì)胞本身消化；有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存方式。以

16、視為酶的儲(chǔ)存方式。G 酶原激活的機(jī)理酶原激活的機(jī)理:酶酶 原原分子構(gòu)象發(fā)生改動(dòng)分子構(gòu)象發(fā)生改動(dòng)構(gòu)成或暴顯露酶的活性中心構(gòu)成或暴顯露酶的活性中心 一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽掉一個(gè)或幾個(gè)短肽在特定條件下在特定條件下賴賴?yán)i纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴?yán)i纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶 + 碎片碎片胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 +二肽二肽羧基肽酶原羧基肽酶原A羧基肽酶羧基肽酶A + 碎片碎片腸激酶腸激酶本身催化本身催化

17、腸激酶啟動(dòng)的酶原激活腸激酶啟動(dòng)的酶原激活經(jīng)過其它酶對(duì)其多肽鏈上的某經(jīng)過其它酶對(duì)其多肽鏈上的某些基些基團(tuán)進(jìn)展。團(tuán)進(jìn)展?？赡娴墓矁r(jià)修飾，使酶處于活性可逆的共價(jià)修飾，使酶處于活性/非非活性的互變形狀，從而調(diào)理酶的活活性的互變形狀，從而調(diào)理酶的活性。性。三可逆的共價(jià)修飾三可逆的共價(jià)修飾 酶 酶-P 蛋白激酶，磷酸化蛋白激酶，磷酸化磷酸酶，脫磷酸化磷酸酶，脫磷酸化酶的活性方式：酶的活性方式：能夠是磷酸化也能夠是脫磷酸化能夠是磷酸化也能夠是脫磷酸化由核苷三磷酸由核苷三磷酸ATP提供磷酸基提供磷酸基R生理?xiàng)l件下：生理?xiàng)l件下：幾乎一切的蛋白激酶都以幾乎一切的蛋白激酶都以ATP為磷酸基的供體，為磷酸基的供體，幾

18、乎一切的磷酸化反響都需幾乎一切的磷酸化反響都需Mg2+。1Thr、Ser、Tyr、Asp、GluP-O鍵銜接鍵銜接2Lys、Arg、HisP-N鍵銜接鍵銜接底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基有兩類：底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基有兩類：主主要要是是SerThrCa2+ 依賴性依賴性蛋白激酶蛋白激酶PKC)六、同工酶六、同工酶isoenzyme一定義：一定義： 催化一樣的化學(xué)反響，但其催化一樣的化學(xué)反響，但其蛋白質(zhì)分子構(gòu)造、理化性質(zhì)和免蛋白質(zhì)分子構(gòu)造、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差別的疫性能等方面都存在明顯差別的一組酶。一組酶。二特點(diǎn)：二特點(diǎn)： 1、都是寡聚酶、都是寡聚酶 2、不同的亞基組成、不同的亞基組成 3、不同亞基的活性中心非、不同亞基的活性中心非常類似常類似 4、組織分布部位不同、組織分布部位不同 5、所催化的反響有偏重點(diǎn)、所催化的反響有偏重點(diǎn)如：如：G生理及臨床意義生理及臨床意義G在代謝調(diào)理上起著在代謝調(diào)理上起著重要的作用；重要的作用；G用于解釋發(fā)育過程用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝中階段特有的代謝特征；特征；G