王鏡巖-生物化學(xué)I-第9章酶促反應(yīng)動力學(xué)—第10章酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)

1、 化學(xué)反應(yīng)的兩個基本問題： 反應(yīng)進(jìn)行的方向、可能性和限度 反應(yīng)進(jìn)行的速率和反應(yīng)機(jī)制一、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)一、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動力學(xué)化學(xué)動力學(xué)（一）反應(yīng)速率及其測定 以單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物 濃度的改變來表示。（二）反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級數(shù)（二）反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級數(shù)1.反應(yīng)分子數(shù)：反應(yīng)分子數(shù)：反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目反應(yīng)中真正相互作用的分子的數(shù)目 單分子反應(yīng)：單分子反應(yīng)：A P 雙分子反應(yīng)：雙分子反應(yīng)：A+B P+Q 單分子反應(yīng) v = kc 雙分子反應(yīng) v = kc1c2 c 、c1、c2 ：反應(yīng)物濃度（mol/l） k：比例常數(shù)/反應(yīng)速率常數(shù)2.反應(yīng)級數(shù) 能以v = k

2、c表示，為一級反應(yīng)； 能以v = kc1c2表示，則為二級反應(yīng)； v 與反應(yīng)物濃度無關(guān)，則為零級反應(yīng)。雙分子反應(yīng)、一級反應(yīng)雙分子反應(yīng)、一級反應(yīng)（三）各級反應(yīng)的特征 1.一級反應(yīng)： 反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。 v = kc C0C0/20tPCt反應(yīng)物的消耗反應(yīng)物的消耗產(chǎn)物的增加產(chǎn)物的增加半衰期半衰期t1/2：有一半反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的時間有一半反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的時間lnC0lnC0/20tCtk當(dāng)當(dāng)t=t時時，c c= =1/2c c0 0, ,則則t0.693k,即半衰期與反應(yīng)即半衰期與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)。物的初濃度無關(guān)。2.二級反應(yīng)： v

3、 = k（a- x）（b x） a 、b：反應(yīng)物A、B的初濃度 x：t時已發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)濃度 （a- x）、（b x）： t時后A、B的濃度3.零級反應(yīng)零級反應(yīng)： v = k一級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)一級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度無關(guān)二級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成反比二級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成反比零級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成正比零級反應(yīng)：半衰期與反應(yīng)物的初濃度成正比 單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)；單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)； 酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示；成量來

4、表示； 反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在很?。ㄒ话阍? 5以內(nèi)）時的反應(yīng)速度；以內(nèi)）時的反應(yīng)速度； 底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度。（S E）二、底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響二、底物濃度對酶反應(yīng)速率的影響初速度初速度 酶促反應(yīng)速度逐漸降低酶促反應(yīng)速度逐漸降低 酶促反應(yīng)的時間進(jìn)展曲線酶促反應(yīng)的時間進(jìn)展曲線v 在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈度的影響呈矩形雙曲線關(guān)系。矩形雙曲線關(guān)系。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反反應(yīng)速度與底物濃度成正比；反應(yīng)為一級反

5、應(yīng)。應(yīng)為一級反應(yīng)。隨著底物濃度的增高隨著底物濃度的增高反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)反應(yīng)速度不再成正比例加速；反應(yīng)為混合級反應(yīng)。為混合級反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_(dá)一定程度反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)速度不再增加，達(dá)最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)反應(yīng)為零級反應(yīng)E + S ES P + E（一）中間絡(luò)合物學(xué)說（一）中間絡(luò)合物學(xué)說 k4三個假設(shè)：三個假設(shè)：（1）E與與S形成形成ES復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而復(fù)合物的反應(yīng)是快速平衡反應(yīng)，而 ES分解為分解為E及及P的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于的反應(yīng)為慢反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于慢反應(yīng)即慢反應(yīng)即 Vk3ES。（2）S的總濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的總濃

6、度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于E的總濃度，因此在反應(yīng)的初的總濃度，因此在反應(yīng)的初始階段，始階段，S的濃度可認(rèn)為不變即的濃度可認(rèn)為不變即SSt。 （3）P0 忽略忽略 這步反應(yīng)這步反應(yīng) ESE + Pk4E + S ESE + P（二）酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式（二）酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程式1、米氏方程的推導(dǎo)、米氏方程的推導(dǎo)v1913年年Michaelis和和Menten提出反應(yīng)速度與底提出反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米曼氏方程物濃度關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，即米曼氏方程式，簡稱米氏方程式，簡稱米氏方程(Michaelis equation)。S：底物濃度：底物濃度V：不同：不同S時的反應(yīng)速度時的反應(yīng)速度Vmax：最大

7、反應(yīng)速度：最大反應(yīng)速度(maximum velocity) m：米氏常數(shù)：米氏常數(shù)(Michaelis constant) VmaxS Km + S 穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時ES濃度不變濃度不變 反應(yīng)速度反應(yīng)速度 V=k3ES ES的生成速度的生成速度=消耗速度消耗速度 k1ES=k2ES + k3ES E的質(zhì)量平衡方程的質(zhì)量平衡方程 E=Et - ESE + S ES P + E()()()穩(wěn)態(tài)時ES濃度不變反應(yīng)速度 V=k3ES ES的生成速度=消耗速度 k1ES=k2ES + k3ESE的質(zhì)量平衡方程 E=Et - ESE + S ES P + EV= V VSKm + S V V=Vmax=k3E

8、Smax=k3EtKm= k2 + k3 k1 a.當(dāng)S很小時V=V VS/Km 反應(yīng)V= V VSKm + Sb.當(dāng)S很大時V=V VS/S=V V 0 級反應(yīng)混合混合級級Km=?Km = SV= V VSKm + S若若 VV/2V2V SKm + S1Km + S = 2S2 2、動力學(xué)參數(shù)的意義、動力學(xué)參數(shù)的意義（1）米氏常數(shù)）米氏常數(shù)Km的意義的意義KmS Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是時的底物濃度，單位是mol/L。2Km + S Vmax VmaxS Km是酶的特性常數(shù)： 與pH 、溫度、離子強(qiáng)度、酶及底物種類有關(guān)

9、，與酶濃度無關(guān)，可以鑒定酶?？梢耘袛嗝傅膶Ｒ恍院吞烊坏孜锟梢耘袛嗝傅膶Ｒ恍院吞烊坏孜颣m值最小的底物值最小的底物最適底物最適底物/天然底物天然底物1/Km近似表示酶對底物的親和力：近似表示酶對底物的親和力：1/Km越越大大、親和力越、親和力越大大Km= k2 + k3 k1Kmk2（分離能力）/k1（親合能力）E + S ES P + EKm越越小小，親和力越，親和力越強(qiáng)。強(qiáng)。SS很小時，反應(yīng)速度就能達(dá)到很大。很小時，反應(yīng)速度就能達(dá)到很大。性能優(yōu)，代謝中這類酶更為重要性能優(yōu)，代謝中這類酶更為重要k2k3時時 Km可幫助判斷某代謝反應(yīng)的方向和途徑可幫助判斷某代謝反應(yīng)的方向和途徑催化可逆反應(yīng)的酶對

10、正催化可逆反應(yīng)的酶對正/逆兩向底物逆兩向底物Km不同不同 Km較小者為主要底物較小者為主要底物根據(jù)根據(jù)Km：判斷某判斷某s時時v與與Vmax的關(guān)系的關(guān)系判斷抑制劑的類型判斷抑制劑的類型乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶（1.710-5）丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶（1.310-3）丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶（1.010-3）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰乙酰CoA乙醛乙醛丙酮酸濃度較低時：丙酮酸濃度較低時：代謝哪條途徑?jīng)Q定于代謝哪條途徑?jīng)Q定于Km最小的酶最小的酶一底物多酶反應(yīng)一底物多酶反應(yīng)（2）Vmax和和k3（kcat)的意義的意義一定酶濃度下，酶對特定底物的一定酶濃度下，酶對特定底物的Vmax也是一也是一個常數(shù)。個

11、常數(shù)。S很大時，很大時， Vmax k3E 。k3表示當(dāng)酶被底物飽和時，每秒鐘每個酶分子表示當(dāng)酶被底物飽和時，每秒鐘每個酶分子轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，轉(zhuǎn)換底物的分子數(shù)，又稱為轉(zhuǎn)換數(shù)、催化常數(shù)又稱為轉(zhuǎn)換數(shù)、催化常數(shù)kcat kcat越大，酶的催化效率越高越大，酶的催化效率越高（3） kcat/km的意義：的意義：V= V VmaxSKm + SVmax=kcatEt V=kcatEtSKm + S當(dāng)S Km時，EEt是是E和和S反應(yīng)形成產(chǎn)物的表觀二級速率常數(shù)。反應(yīng)形成產(chǎn)物的表觀二級速率常數(shù)。 其大小可用于比較酶的催化效率。其大小可用于比較酶的催化效率。kcat/km k3k1k2+k3 kcat/km

12、的上限為的上限為k1,即生成即生成ES的速率，即酶的速率，即酶的催化效率不超過的催化效率不超過E和和S形成形成ES的結(jié)合速率的結(jié)合速率kcat/kmkcat/km的大小可以比較不同酶或同一種酶的大小可以比較不同酶或同一種酶催化不同底物的催化效率。催化不同底物的催化效率。（1）Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法雙倒數(shù)作圖法3 3、 KmKm與與V V的求取的求取蔗糖酶米氏常數(shù)（蔗糖酶米氏常數(shù)（Km）的測定）的測定1. 配12支蔗糖底物溶液，濃度分別為0、0.005、0.00625、0.0075、0.00875、0.010、0.0125、0.015、0.02、0.025、0.0375、0.

13、050M，在35水浴保溫；2. 加入3U/ml已在35 水浴保溫的酶溶液，準(zhǔn)確作用5分鐘，終止反應(yīng)；3. 各吸取0.5ml反應(yīng)液與3，5-二硝基水楊酸，沸水浴5分鐘，冷卻后在540nm測定吸光度OD值；4. 作圖 （2）Eadie-Hofstee作圖法作圖法v=Vmax-KmvS v VSVmax斜率斜率Km （3）Hanes-Woolf作圖法作圖法 Sv =SVmax +KmVmax 斜率斜率= 1/Vm-KmVmax=v+vS Km vVmaxS3Km2KmKm（4）Eisenthal和和Cornish-Bowden線性作圖法線性作圖法（三）多底物的酶促反應(yīng)動力學(xué)（三）多底物的酶促反應(yīng)動力

14、學(xué) 分為單底物、雙底物和三底物反應(yīng)分為單底物、雙底物和三底物反應(yīng)1.酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類：酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類：有序反應(yīng)（有序反應(yīng)（ordered reactions）領(lǐng)先底物領(lǐng)先底物釋放釋放釋放釋放A和和Q競爭地與自由酶結(jié)合競爭地與自由酶結(jié)合（1 1）序列反應(yīng)或單置換反應(yīng)）序列反應(yīng)或單置換反應(yīng)2.多底物反應(yīng)按動力學(xué)機(jī)制分類：多底物反應(yīng)按動力學(xué)機(jī)制分類：隨機(jī)反應(yīng)（隨機(jī)反應(yīng)（random reactions）如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反應(yīng)如肌酸激酶使肌酸磷酸化的反應(yīng) A AE PE P E E Q EQ EB B A和和Q競爭自由酶競爭自由酶E形式形式 B和和P競爭修飾酶形式競爭修飾酶形式

15、E A和和Q不同不同E結(jié)合結(jié)合 B和和P也不與也不與E結(jié)合。結(jié)合。(2)乒乓反應(yīng)或雙置換反應(yīng)乒乓反應(yīng)或雙置換反應(yīng)3.3.雙底物反應(yīng)的動力學(xué)方程雙底物反應(yīng)的動力學(xué)方程（1）序列機(jī)制的底物動力學(xué)方程及動力學(xué)圖 在在B的濃度達(dá)到飽和時的濃度達(dá)到飽和時A的米氏常數(shù)的米氏常數(shù) 在在A的濃度達(dá)到飽和時的濃度達(dá)到飽和時B的米氏常數(shù)的米氏常數(shù) 底物底物A與酶結(jié)合的解離常數(shù)與酶結(jié)合的解離常數(shù) 底物底物A、B都達(dá)到飽和時最大反應(yīng)速率都達(dá)到飽和時最大反應(yīng)速率（2）乒乓機(jī)制的底物動力學(xué)方程及動力學(xué)圖 在在B的濃度達(dá)到飽和時的濃度達(dá)到飽和時A的米氏常數(shù)的米氏常數(shù) 在在A的濃度達(dá)到飽和時的濃度達(dá)到飽和時B的米氏常數(shù)的米氏

16、常數(shù) 底物底物A、B都達(dá)到飽和時最大反應(yīng)速率都達(dá)到飽和時最大反應(yīng)速率 三、酶的抑制作用三、酶的抑制作用w失活作用失活作用：使酶：使酶Pr變性而引起酶活力喪失。變性而引起酶活力喪失。w抑制作用抑制作用：使酶活力下降但不引起變性。：使酶活力下降但不引起變性。w抑制劑抑制劑：能引起抑制作用的物質(zhì)。：能引起抑制作用的物質(zhì)。（一）抑制程度的表示方法V0 ：Vi ：不加入抑制劑時的反應(yīng)速率不加入抑制劑時的反應(yīng)速率加入抑制劑后的反應(yīng)速率加入抑制劑后的反應(yīng)速率以反應(yīng)速率的變化表示以反應(yīng)速率的變化表示1.1.相對活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）相對活力分?jǐn)?shù)（殘余活力分?jǐn)?shù)）a =v iv 0 a%=viv0 100 2.

17、相對活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)）相對活力百分?jǐn)?shù)（殘余活力百分?jǐn)?shù)） V0 Vi Vi V03.3.抑制分?jǐn)?shù)抑制分?jǐn)?shù)指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)指被抑制而失去活力的分?jǐn)?shù)i=1a=1viv0 V0 Vi 4.抑制百分?jǐn)?shù)抑制百分?jǐn)?shù)i=(1a) 100 =（1viv0 ）100 Vi V0 抑抑制制率率 依據(jù)依據(jù)： 能否用透析、超濾等物理方法能否用透析、超濾等物理方法 除去抑制劑，使酶復(fù)活除去抑制劑，使酶復(fù)活。不可逆抑制不可逆抑制與與可逆抑制可逆抑制（二）抑制作用的分類（二）抑制作用的分類1 1、不可逆抑制作用、不可逆抑制作用 ： 抑制劑與酶必需基團(tuán)以牢固的共價鍵相連抑制劑與酶必需基團(tuán)以牢固的共價鍵相連 很

18、多為劇毒物質(zhì)很多為劇毒物質(zhì) 重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、 氰化物、青霉素、毒鼠強(qiáng)等。氰化物、青霉素、毒鼠強(qiáng)等。不可逆抑制不可逆抑制不可逆抑制劑 非專一性非專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑（作用于一（作用于一/幾類基團(tuán)）幾類基團(tuán)） 專一性專一性不可逆抑制劑不可逆抑制劑（作用于某一種酶的（作用于某一種酶的 活性部位基團(tuán)）活性部位基團(tuán)）2、不可逆抑制劑、不可逆抑制劑不可逆抑制不可逆抑制 （1） 非專一性不可逆抑制劑非專一性不可逆抑制劑 重金屬離子重金屬離子 Ag+ 、 Cu2+ 、 Hg2+ 、 Pb2+ 、 Fe3+ 高濃度時可使酶蛋白變性失活；高濃度時可使酶蛋白

19、變性失活； 低濃度時對酶活性產(chǎn)生抑制。低濃度時對酶活性產(chǎn)生抑制。 通過加入通過加入EDTA解除解除 H2N-CH-COOH CH2 SH H2N-CH-COOH CH2 S-CH2COOHICH2COOHHI烷化劑烷化劑（多為鹵素化合物）（多為鹵素化合物）+碘乙酸碘乙酸有機(jī)磷化合物（敵百蟲、沙林）有機(jī)磷化合物（敵百蟲、沙林）膽堿膽堿酯酶酯酶OHPOC2H5OC2H5S有機(jī)磷農(nóng)藥部分+(CH3)3N+CH2CH2OCOCH3(CH3)3N+CH2CH2OH +CH3COOHH2O膽堿乙酰化酶膽堿乙?；改憠A酯酶膽堿酯酶膽堿膽堿乙酰膽堿乙酰膽堿積累導(dǎo)致神經(jīng)中毒癥狀積累導(dǎo)致神經(jīng)中毒癥狀如何緊急救治？

20、如何緊急救治？排毒排毒 洗胃、喝雞蛋清牛奶洗胃、喝雞蛋清牛奶 導(dǎo)泄、利尿?qū)?、利?血液透析（清除游離狀態(tài)毒物）血液透析（清除游離狀態(tài)毒物） 解毒藥：解磷定解毒藥：解磷定NCH3CHNOHRO O RO ORO X RO OE P + EOH P + HX有機(jī)磷化合物有機(jī)磷化合物 羥基酶羥基酶 磷?；噶柞；? (失活失活) ) 酸酸RO ORO OE P + -CHNOH磷酰化酶磷?；? (失活失活) )NN+ +CH3 -CHNNN+ +CH3O ORO OR +EOH P解磷定解磷定解毒解毒 - - - - - - 解磷定解磷定(PAM)(PAM)：有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物有機(jī)汞、有機(jī)砷

21、化合物與酶分子中-SH作用； 可通過加入過量巰基化合物解除。氰化物、硫化物和氰化物、硫化物和COCO 與酶中金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物與酶中金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物 如氰化物與含鐵卟啉細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合如氰化物與含鐵卟啉細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合青霉素（青霉素（penicillinpenicillin） 與細(xì)菌糖肽轉(zhuǎn)肽酶與細(xì)菌糖肽轉(zhuǎn)肽酶Ser-OHSer-OH活性，活性， 影響細(xì)胞壁合成。影響細(xì)胞壁合成。（2 2） 專一性不可逆抑制劑專一性不可逆抑制劑 KsKs型型 具有底物類似的結(jié)構(gòu)具有底物類似的結(jié)構(gòu)（設(shè)計(jì)）（設(shè)計(jì)） 帶有一活潑基團(tuán)：與必需基團(tuán)反應(yīng)（抑制）帶有一活潑基團(tuán)：與必需基團(tuán)反應(yīng)（抑制） 利用對

22、酶親合性進(jìn)行修飾利用對酶親合性進(jìn)行修飾 親合標(biāo)記試劑（親合標(biāo)記試劑（affinity labeling reagentaffinity labeling reagent）Kcat型型具有底物類似的結(jié)構(gòu)具有底物類似的結(jié)構(gòu)本身是酶的底物本身是酶的底物還有一潛伏的反應(yīng)基團(tuán)還有一潛伏的反應(yīng)基團(tuán)“自殺性底物自殺性底物” 抑制作用可通過透析等方法除去。 原因：非共價鍵結(jié)合可逆抑制可逆抑制競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)非競爭性抑制非競爭性抑制(non-competitive I.）反競爭性抑制反競爭性抑制(uncompetitive I.) 3 3、可逆抑制作用：、可逆

23、抑制作用：（1）競爭性（）競爭性（Competitive)抑制抑制 抑制劑（抑制劑（ inhibitor）【舉例】【舉例】G 丙二酸丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶COOH CH2 CH2COOH COOH COOH CH2 丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸競爭性抑制競爭性抑制G 磺胺類藥物的抑菌機(jī)制：磺胺類藥物的抑菌機(jī)制：與與對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸競爭競爭二氫葉酸合成酶二氫葉酸合成酶二氫蝶呤啶二氫蝶呤啶 對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸二氫葉酸二氫葉酸合成酶合成酶二氫葉酸二氫葉酸COOH H2N SO2

24、NHR H2N 磺磺 胺胺 類類 藥藥 物物利用競爭性抑制是藥物設(shè)計(jì)主要思路利用競爭性抑制是藥物設(shè)計(jì)主要思路磺胺類藥磺胺類藥抗菌機(jī)理：抗菌機(jī)理： （與對氨基苯甲酸（與對氨基苯甲酸是結(jié)構(gòu)類似物）是結(jié)構(gòu)類似物）競爭性抑制細(xì)菌葉酸形成，抑制細(xì)菌繁殖競爭性抑制細(xì)菌葉酸形成，抑制細(xì)菌繁殖人通過食物直接補(bǔ)充葉酸，對人無毒害。人通過食物直接補(bǔ)充葉酸，對人無毒害。生物堿麻醉生物堿麻醉競爭性替代競爭性替代 生物堿嗎啡、海洛因、可卡因、尼古丁 嗎啡嗎啡 海洛因海洛因麻醉機(jī)理源自源自37C37C醫(yī)學(xué)網(wǎng)醫(yī)學(xué)網(wǎng)痛覺神痛覺神經(jīng)信號經(jīng)信號阿片阿片鴉片類物質(zhì)鴉片類物質(zhì)生物堿競爭性替代腦生物堿競爭性替代腦肽肽麻醉致幻麻醉致幻腦

25、肽腦肽(E)(E)控制痛控制痛覺信號的釋放覺信號的釋放抑制物抑制物（2）非競性（）非競性（Non-competitive)抑制抑制無法形成產(chǎn)物wNoncompetitive inhibition（3）反競爭性（）反競爭性（Uncompetitive ）抑制）抑制1：反應(yīng)體系不加：反應(yīng)體系不加I2： 體系中加入體系中加入一定量不可逆抑制劑一定量不可逆抑制劑3：體系中加入：體系中加入一定量可逆抑制劑一定量可逆抑制劑v123E(三三)可逆和不可逆抑制作用的鑒別可逆和不可逆抑制作用的鑒別Ev不可逆抑制劑不可逆抑制劑的作用的作用Ev可逆抑制劑可逆抑制劑 的作用的作用I I ( (四）可逆四）可逆抑制作用

26、抑制作用動力學(xué)動力學(xué)1.1.競爭性抑制競爭性抑制消去消去ES斜率斜率斜率斜率競爭性：I與S與酶活性中心結(jié)合機(jī)會均等V下降發(fā)生抑制Km增大增大親和力親和力Vmax不變不變S 增大，增大，I結(jié)合機(jī)率減小結(jié)合機(jī)率減小Km 變大，變大，Vmax不變不變2.2.非競爭性抑制非競爭性抑制截距截距V下降發(fā)生抑制Km不變親和力不受影響Vmax減小部分酶始終失活Km不變，不變，Vmax變小變小 3. 3. 反競爭性抑制作用反競爭性抑制作用Km、Vmax都變小都變小上圖反映出溫度如何影響酶活力？產(chǎn)產(chǎn)物物累累積積量量 最適溫度最適溫度 最適溫度最適溫度w動物酶動物酶 3540w植物酶植物酶 4050w微生物微生物

27、大部分大部分 4050w個別高溫菌個別高溫菌 90以上以上 四、溫度對酶反應(yīng)的影響四、溫度對酶反應(yīng)的影響溫度越高，活化分子越多，反應(yīng)速度快；溫度越高，活化分子越多，反應(yīng)速度快；酶變性時間越短，反應(yīng)速度下降也迅速。酶變性時間越短，反應(yīng)速度下降也迅速。 五、五、pH 對酶反應(yīng)的影響對酶反應(yīng)的影響w最適最適pH時的酶時的酶活力最大活力最大最適最適pH因酶而異，因酶而異，多數(shù)酶在多數(shù)酶在7.0左右左右是酶的特性之一是酶的特性之一 六、激活劑對酶反應(yīng)的影響六、激活劑對酶反應(yīng)的影響無機(jī)離子無機(jī)離子陽離子陽離子 K K+ +、CaCa2+2+、NaNa+ +、2+2+、ZnZn2+2+等等陰離子陰離子 Cl

28、 Cl - -、Br Br - -等等中等大小的有機(jī)分子中等大小的有機(jī)分子某些激酶某些激酶第十章第十章 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)一、酶的活性部位一、酶的活性部位二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)三、影響酶催化效率的有關(guān)因素三、影響酶催化效率的有關(guān)因素四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例五、酶活性的調(diào)節(jié)控制五、酶活性的調(diào)節(jié)控制六、同工酶六、同工酶一、酶的活性部位一、酶的活性部位活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基活性中心：酶分子中結(jié)合底物并起催化作用的少數(shù)氨基酸殘基，包括底物結(jié)合部位（決定酶的專一性）、催化酸殘基，包括底物結(jié)合部位（決定酶

29、的專一性）、催化部位（決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)）。部位（決定酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)）。頻率最高的活性中心的氨基酸殘基：頻率最高的活性中心的氨基酸殘基：SerSer、HisHis、CysCys、TyrTyr、AspAsp、GluGlu、LysLys。不需要輔酶的酶：活性中心是酶分子在三維結(jié)構(gòu)上比較不需要輔酶的酶：活性中心是酶分子在三維結(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的某些基團(tuán)?？拷纳贁?shù)幾個氨基酸殘基或是這些殘基的某些基團(tuán)。 需要輔酶的酶：輔酶分子或輔酶分子的某一部分結(jié)構(gòu)往需要輔酶的酶：輔酶分子或輔酶分子的某一部分結(jié)構(gòu)往往就是活性中心的組成部分。往就是活性中心的組成部分。 （一）酶活性部

30、位的特點(diǎn)（一）酶活性部位的特點(diǎn)接觸殘基：接觸殘基：R1、R2、R6、R8、R9、R163輔助殘基：輔助殘基：R3、R4、R5、R164、R165結(jié)構(gòu)殘基：結(jié)構(gòu)殘基：R10、R162、R169非貢獻(xiàn)殘基：其它非貢獻(xiàn)殘基：其它酶蛋白酶蛋白必需殘基必需殘基非必需殘基非必需殘基活性中心活性中心活性中心外活性中心外接觸殘基接觸殘基輔助殘基輔助殘基結(jié)構(gòu)殘基結(jié)構(gòu)殘基結(jié)合殘基結(jié)合殘基催化基團(tuán)催化基團(tuán)（1 1）接觸殘基：）接觸殘基：結(jié)合基團(tuán)，催化基團(tuán)。結(jié)合基團(tuán)，催化基團(tuán)。（2 2）輔助殘基：）輔助殘基：不與底物接觸，輔助酶與底物結(jié)合，協(xié)助不與底物接觸，輔助酶與底物結(jié)合，協(xié)助接觸殘基。接觸殘基。上述兩類殘基構(gòu)成上

31、述兩類殘基構(gòu)成酶活性中心酶活性中心。（3 3）結(jié)構(gòu)殘基：）結(jié)構(gòu)殘基：維持酶分子三維構(gòu)象，與酶活性相關(guān)，但維持酶分子三維構(gòu)象，與酶活性相關(guān)，但不在酶活性中心范圍內(nèi)，屬于酶活性中心以外的必需殘基。不在酶活性中心范圍內(nèi)，屬于酶活性中心以外的必需殘基。上述三類殘基統(tǒng)稱酶的上述三類殘基統(tǒng)稱酶的必需基團(tuán)必需基團(tuán)（4 4）非貢獻(xiàn)殘基（非必需基團(tuán)）非貢獻(xiàn)殘基（非必需基團(tuán)）可能在免疫，酶活性調(diào)節(jié)，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，防止降解等方面起作可能在免疫，酶活性調(diào)節(jié)，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，防止降解等方面起作用。用。 酶活性部位的特點(diǎn)：酶活性部位的特點(diǎn)：（1 1）活性部位在酶分子的總體中只占相當(dāng)小的部分，）活性部位在酶分子的總體中只占相當(dāng)小的部

32、分，往往只占整個酶分子體積的往往只占整個酶分子體積的1%-2% 1%-2% ；（2 2）酶的活性部位是一個三維實(shí)體，）酶的活性部位是一個三維實(shí)體，具有三維空間結(jié)具有三維空間結(jié)構(gòu)構(gòu)。 活性中心的空間構(gòu)象不是剛性的，在與底物接觸活性中心的空間構(gòu)象不是剛性的，在與底物接觸時表現(xiàn)出一定的柔性和運(yùn)動性。（鄒承魯研究酶變性的時表現(xiàn)出一定的柔性和運(yùn)動性。（鄒承魯研究酶變性的工作）工作）（3 3）通過誘導(dǎo)契合酶和底物結(jié)合；）通過誘導(dǎo)契合酶和底物結(jié)合；（4 4）酶的活性部位是位于酶表面的一個裂隙內(nèi)，裂隙）酶的活性部位是位于酶表面的一個裂隙內(nèi)，裂隙內(nèi)是一個相當(dāng)疏水的環(huán)境，從而有利于同底物的結(jié)合；內(nèi)是一個相當(dāng)疏水的

33、環(huán)境，從而有利于同底物的結(jié)合；（5 5）底物通過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上。）底物通過次級鍵較弱的力結(jié)合到酶上。（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法（1 1）通過酶的專一性：）通過酶的專一性：研究酶的專一性底物的結(jié)構(gòu)特研究酶的專一性底物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、酶的競爭性抑制劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。點(diǎn)、酶的競爭性抑制劑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。（2 2）酶的化學(xué)修飾法：）酶的化學(xué)修飾法：例如例如1.1.用用共價修飾的試劑共價修飾的試劑作用作用于酶，查明保持酶活力的必需基團(tuán)；于酶，查明保持酶活力的必需基團(tuán)；2.2.親和標(biāo)記（合成親和標(biāo)記（合成底物類似物）；底物類似物）；3.SH3.SH保護(hù)劑的使用。保護(hù)劑的使用。（3

34、3）X X射線晶體衍射法射線晶體衍射法（4 4）分子生物學(xué)的方法）分子生物學(xué)的方法二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)（1 1）酶反應(yīng)分為兩類：僅涉及）酶反應(yīng)分為兩類：僅涉及電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移和涉及和涉及電子和電子和質(zhì)子兩者或者其他基團(tuán)的轉(zhuǎn)移質(zhì)子兩者或者其他基團(tuán)的轉(zhuǎn)移。（2 2）催化作用是以氨基酸側(cè)鏈上的功能基團(tuán)和輔酶為）催化作用是以氨基酸側(cè)鏈上的功能基團(tuán)和輔酶為媒介。媒介。（3 3）酶催化反應(yīng)的最適）酶催化反應(yīng)的最適pHpH范圍通常狹小。范圍通常狹小。（4 4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，一個巨大的酶結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定活性部位的

35、構(gòu)象是必要的。一個巨大的酶結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定活性部位的構(gòu)象是必要的。（5 5）酶具有復(fù)雜的折疊結(jié)構(gòu)。）酶具有復(fù)雜的折疊結(jié)構(gòu)。三、影響酶催化效率的有關(guān)因素三、影響酶催化效率的有關(guān)因素（一）底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)（一）底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)：鄰近效應(yīng)：酶與底物形成中間復(fù)合物后使底物之間、酶酶與底物形成中間復(fù)合物后使底物之間、酶的催化基團(tuán)與底物之間相互靠近，提高了反應(yīng)基團(tuán)的有的催化基團(tuán)與底物之間相互靠近，提高了反應(yīng)基團(tuán)的有效濃度。效濃度。定向效應(yīng)：定向效應(yīng)：由于酶的構(gòu)象作用，底物的反應(yīng)基團(tuán)之間、由于酶的構(gòu)象作用，底物的反應(yīng)基團(tuán)之間、酶與底物的反應(yīng)基團(tuán)之間正確取向的效應(yīng)。酶與底物的反應(yīng)基團(tuán)

36、之間正確取向的效應(yīng)。酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應(yīng)基團(tuán)相互鄰近，同時使反應(yīng)基團(tuán)的分子軌心附近，反應(yīng)基團(tuán)相互鄰近，同時使反應(yīng)基團(tuán)的分子軌道以正確方位相互交疊，反應(yīng)易于發(fā)生。道以正確方位相互交疊，反應(yīng)易于發(fā)生。鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)對反應(yīng)速度的影響：鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)對反應(yīng)速度的影響：使底物濃度在活性中心附近很高使底物濃度在活性中心附近很高 酶對底物分子的電子軌道具有導(dǎo)向作用酶對底物分子的電子軌道具有導(dǎo)向作用 酶使分子間反應(yīng)轉(zhuǎn)變成分子內(nèi)反應(yīng)酶使分子間反應(yīng)轉(zhuǎn)變成分子內(nèi)反應(yīng)鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)對底物起固定作用鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)對底

37、物起固定作用 （二）底物的形變和誘導(dǎo)契合（二）底物的形變和誘導(dǎo)契合酶中某些基團(tuán)可使底物分子的敏感鍵中某些基團(tuán)的電子云酶中某些基團(tuán)可使底物分子的敏感鍵中某些基團(tuán)的電子云密度變化，產(chǎn)生電子張力，降低了底物的活化能。密度變化，產(chǎn)生電子張力，降低了底物的活化能。酶從低活性形式轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙笍牡突钚孕问睫D(zhuǎn)變?yōu)楦呋钚孕问?，利于催化?；钚孕问?，利于催化。底物形變，利于形成底物形變，利于形成ESES復(fù)復(fù)合物。合物。底物構(gòu)象變化，過度態(tài)結(jié)底物構(gòu)象變化，過度態(tài)結(jié)構(gòu)，大大降低活化能。構(gòu)，大大降低活化能。ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物底物 羧肽酶結(jié)合底物前后構(gòu)象變化（三）酸堿催化（三）酸堿催化酶分子的一

38、些功能基團(tuán)起瞬時質(zhì)子供體或質(zhì)子受體的作用。酶分子的一些功能基團(tuán)起瞬時質(zhì)子供體或質(zhì)子受體的作用。影響酸堿催化反應(yīng)速影響酸堿催化反應(yīng)速度的兩個因素度的兩個因素酸堿強(qiáng)度酸堿強(qiáng)度(pK(pK值）。值）。組氨酸咪唑基組氨酸咪唑基的解離的解離常數(shù)為常數(shù)為6 6，在，在pH6pH6附近附近給出質(zhì)子和結(jié)合質(zhì)子給出質(zhì)子和結(jié)合質(zhì)子能力相同，能力相同，是最活潑是最活潑的催化基團(tuán)的催化基團(tuán)。給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)給出質(zhì)子或結(jié)合質(zhì)子的速度。咪唑基最子的速度。咪唑基最快，半壽期小于快，半壽期小于1010-10-10秒秒（四）共價催化（四）共價催化酶作為親核基團(tuán)或親電基團(tuán)，與底物形成一個反應(yīng)活性酶作為親核基團(tuán)或親電基團(tuán)，與底物形

39、成一個反應(yīng)活性很高的共價中間物。很高的共價中間物。酶親核基團(tuán)：酶親核基團(tuán)：Ser-OHSer-OH，Cys-SHCys-SH，His-NHis-N、Asp-COOHAsp-COOH；底物親電中心：磷?；ǖ孜镉H電中心：磷?；?P=O-P=O），），?；；?C=O-C=O），糖基（），糖基（Glu-C-OHGlu-C-OH）某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。作用。催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為使

40、反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共共價催化價催化。（五）金屬離子催化（五）金屬離子催化金屬酶（金屬酶（metalloenzyme):metalloenzyme):含緊密結(jié)合的金屬離子，含緊密結(jié)合的金屬離子，F(xiàn)eFe2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、MnMn2+2+、CoCo3+3+。金屬金屬- -激活酶（激活酶（metal-activated enzyme):metal-activated enzyme):含松散結(jié)合的含松散結(jié)合的金屬離子，金屬離子，NaNa+ +、K K+ +、MgMg2+2+、CaCa2+2+。金屬離子參加的四種主要催化途徑金屬離子參加的四種主要催化

41、途徑（1 1）通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向）通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向（2 2）通過自身價數(shù)的改變參加氧化還原反應(yīng)）通過自身價數(shù)的改變參加氧化還原反應(yīng)（3 3）屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷）屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷（4 4）金屬離子通過水的離子化促進(jìn)親核催化。）金屬離子通過水的離子化促進(jìn)親核催化。（六）多元催化和協(xié)同效應(yīng)（六）多元催化和協(xié)同效應(yīng)在酶催化反應(yīng)中，常常是幾個基元催化反應(yīng)配合在一在酶催化反應(yīng)中，常常是幾個基元催化反應(yīng)配合在一起共同起作用。起共同起作用。（七）活性部位微環(huán)境的影響（七）活性部位微環(huán)境的影響 疏水環(huán)境疏水環(huán)境介電常數(shù)低，加強(qiáng)極性基團(tuán)間的作用。介電常數(shù)低，加強(qiáng)極性基團(tuán)間的作用。電

42、荷環(huán)境電荷環(huán)境在酶活性中心附近，往往有一電荷離子，可穩(wěn)定過渡在酶活性中心附近，往往有一電荷離子，可穩(wěn)定過渡態(tài)的離子態(tài)的離子 四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例（一）溶菌酶（一）溶菌酶（lysozymelysozyme）NAG:N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸 溶菌酶-底物復(fù)合物酶切位點(diǎn)酶切位點(diǎn)溶菌酶活性中心與底物結(jié)合示意圖Asp52Glu35（極性區(qū)）（極性區(qū)）（非極性區(qū)）（非極性區(qū)）溶菌酶催化反應(yīng)機(jī)理C1+非極性區(qū)非極性區(qū)極性區(qū)極性區(qū)HO - E環(huán)環(huán)H2O（廣義酸堿催化）（廣義酸堿催化）（二）（二）RNase ARNase A R

43、Nase-底物復(fù)合物RNase活性中心的酸堿催化機(jī)理核糖核酸鏈?zhǔn)躌nase水解的位點(diǎn)（三）羧肽酶（三）羧肽酶 A A 羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心ZnZn2+2+的中心作用的中心作用羧肽酶活性中心必需基團(tuán)與底物羧肽酶活性中心必需基團(tuán)與底物間的結(jié)合間的結(jié)合ZnZn羧肽酶結(jié)合底物前后構(gòu)象變化羧肽酶活性中心的共價催化機(jī)理 145（四）絲氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）（四）絲氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯(lián)體構(gòu)象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網(wǎng)酶分子中的電荷中繼網(wǎng)B.加上底物后，從加上底物后，

44、從Ser轉(zhuǎn)移一個質(zhì)子給轉(zhuǎn)移一個質(zhì)子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負(fù)電荷的帶正電荷的咪唑基通過帶負(fù)電荷的Asp靜電靜電相互作用被穩(wěn)定相互作用被穩(wěn)定Ser195102AspHis57底物底物氫鍵體系氫鍵體系- -電荷中繼網(wǎng)電荷中繼網(wǎng)胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（1）結(jié)合底物結(jié)合底物His57 質(zhì)子供體質(zhì)子供體形成共價形成共價ES復(fù)合物復(fù)合物C-N鍵斷裂鍵斷裂底物底物胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制（2） 氨基產(chǎn)物釋放氨基產(chǎn)物釋放四面體中間物四面體中間物的瓦解的瓦解水親核攻擊水親核攻擊羧基產(chǎn)物釋放羧基產(chǎn)物釋放H2OR-NH2五、酶活性的調(diào)節(jié)控制五、酶活性的調(diào)節(jié)控制（一）別構(gòu)調(diào)控（一）別構(gòu)調(diào)控概念概念：酶分

45、子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)合后導(dǎo)致酶分子發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，合后導(dǎo)致酶分子發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，稱為酶的稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)(allosteric regulation)，具有這種，具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱別構(gòu)酶調(diào)節(jié)作用的酶稱別構(gòu)酶(allosteric enzyme)(allosteric enzyme)。別構(gòu)酶促。別構(gòu)酶促反應(yīng)底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系不符合米氏方程，呈反應(yīng)底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系不符合米氏方程，呈S S型型曲線曲線。凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用

46、的物質(zhì)稱為效應(yīng)物凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物(effector)(effector)，通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性增加通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性增加的物質(zhì)稱為正效應(yīng)物的物質(zhì)稱為正效應(yīng)物(positive effector)(positive effector)或別構(gòu)激活劑，或別構(gòu)激活劑，反之稱負(fù)效應(yīng)物反之稱負(fù)效應(yīng)物(negative effector)(negative effector)或別構(gòu)抑制劑?；騽e構(gòu)抑制劑。別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關(guān)鍵酶利用別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關(guān)鍵酶利用別構(gòu)調(diào)節(jié)來控制代謝途徑之間的平

47、衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重別構(gòu)調(diào)節(jié)來控制代謝途徑之間的平衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重要的生物學(xué)意義。要的生物學(xué)意義。A-非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶B-正協(xié)同別構(gòu)酶正協(xié)同別構(gòu)酶 的的S形曲線形曲線 別構(gòu)酶與米氏酶的動力學(xué)曲線比較別構(gòu)酶與米氏酶的動力學(xué)曲線比較當(dāng)?shù)孜餄舛劝l(fā)生很小當(dāng)?shù)孜餄舛劝l(fā)生很小的變化時，別構(gòu)酶就的變化時，別構(gòu)酶就極大地控制著反應(yīng)速極大地控制著反應(yīng)速度。度。在正協(xié)同效應(yīng)中使得在正協(xié)同效應(yīng)中使得酶反應(yīng)速度對底物濃酶反應(yīng)速度對底物濃度的變化極為敏感。度的變化極為敏感。區(qū)分酶的類型有兩種標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分酶的類型有兩種標(biāo)準(zhǔn)a. Koshlanda. Koshland標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：CICI（cooperativity ind

48、excooperativity index）協(xié)同）協(xié)同指數(shù)：酶分子中的結(jié)合位點(diǎn)被底物飽和指數(shù)：酶分子中的結(jié)合位點(diǎn)被底物飽和90%90%和和10%10%時底時底物濃度的比值。亦稱飽和比值物濃度的比值。亦稱飽和比值Rs(saturation ratio)Rs(saturation ratio) Rs= Rs= 酶與底物結(jié)合達(dá)酶與底物結(jié)合達(dá)90%90%飽和度時底物濃度飽和度時底物濃度酶與底物結(jié)合達(dá)酶與底物結(jié)合達(dá)10%10%飽和度時底物濃度飽和度時底物濃度 Rs=81 Rs=81 米氏類型酶米氏類型酶 RsRs 81 81 具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶 RsRs 81 81 具有負(fù)協(xié)同

49、效應(yīng)的別構(gòu)酶具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶b.Hillb.Hill系數(shù)：系數(shù)： HillHill系數(shù)系數(shù)=1 =1 米氏類型酶米氏類型酶 HillHill系數(shù)系數(shù) 1 1 具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶 HillHill系數(shù)系數(shù) 1 1 具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶1-非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶2-正協(xié)同別構(gòu)酶正協(xié)同別構(gòu)酶3-負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶 正、負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶的動力學(xué)曲線比較具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的酶在底物具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的酶在底物濃度較低的范圍內(nèi)酶活力上濃度較低的范圍內(nèi)酶活力上升快，但再繼續(xù)下去，底物升快，但再繼續(xù)下去，底物濃度雖有較大的提高，但反濃度雖有較大的提高，但反

50、應(yīng)速度升高卻較小。使得酶應(yīng)速度升高卻較小。使得酶反應(yīng)速度對底物濃度的變化反應(yīng)速度對底物濃度的變化不敏感不敏感天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCaseATCase）ATCaseATP+氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸E.coli的ATCase的亞基排列c:催化亞基（催化亞基（catalytic subunit）r:調(diào)節(jié)亞基（調(diào)節(jié)亞基（ regulative subunit）ATCaseATCase半分子（半分子（c3r3)c3r3)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)ATCase的別構(gòu)過渡作用低催化活性構(gòu)象低催化活性構(gòu)象T(tense) - 態(tài)態(tài)CCCCC

51、C R R R R R RCCCCCC高催化活性構(gòu)象高催化活性構(gòu)象R(relax) -態(tài)態(tài)R RR RR RPALAPALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)結(jié)合到ATCase活性中心的模型ATCase變構(gòu)效應(yīng)的動力學(xué)特征ATP（正效應(yīng)劑）（正效應(yīng)劑）CTP（負(fù)效應(yīng)劑）（負(fù)效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象低催化活性構(gòu)象T(tense) - 態(tài)態(tài)CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性構(gòu)象高催化活性構(gòu)象R(relax) -態(tài)態(tài)R RR RR RVmax1/2VmaxKm別構(gòu)酶的齊變模型S SSSS SSS SST狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）R狀態(tài)（對稱亞基）狀態(tài)（對稱亞基）SSSS對稱亞基

52、對稱亞基對稱亞基對稱亞基齊步變化齊步變化別構(gòu)酶的序變模型SS SS SSSSSSSSSS亞基全部亞基全部處于處于R型型亞基全部亞基全部處于處于T型型依次序變化依次序變化（二）酶的共價修飾（二）酶的共價修飾 某些酶可以通過其它酶對其多肽鏈上某些基團(tuán)進(jìn)行可逆的共某些酶可以通過其它酶對其多肽鏈上某些基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。這類酶稱為。這類酶稱為共價修飾酶共價修飾酶。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要進(jìn)行共價修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流進(jìn)行共價修飾，其中一

53、部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶或限速酶。量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶或限速酶。 由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，節(jié)約能量，機(jī)制多樣，在體由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，節(jié)約能量，機(jī)制多樣，在體內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級聯(lián)放大反應(yīng)，內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級聯(lián)放大反應(yīng)，所以日益引人注目。所以日益引人注目。 AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g關(guān)鍵酶（限速酶）關(guān)鍵酶（限速酶）P2蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶nPiH2O反應(yīng)類型反應(yīng)類型

54、共價修飾共價修飾 被修飾的氨基酸殘基被修飾的氨基酸殘基共價修飾反應(yīng)的例子磷酸化磷酸化腺苷?；佘挣；蜍挣；蜍挣；疶yr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷-同型同型 CysATP ADP腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖456 級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控糖原分解示意圖意義意義：由于由于酶的酶的共價修飾反應(yīng)是共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要酶促反應(yīng)，只要有少量信號分子有少量信號分子（如激素）存在，（如激素）存在，即可通過加速這即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極式快速、效率極高。高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶