第二章酶的結(jié)構(gòu)與功能

1、第二章第二章 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能 在生物化學發(fā)展歷史上，酶學是個經(jīng)久不衰的主在生物化學發(fā)展歷史上，酶學是個經(jīng)久不衰的主題，一方面，代謝途徑及其調(diào)控機制的闡明有賴于關(guān)鍵酶題，一方面，代謝途徑及其調(diào)控機制的闡明有賴于關(guān)鍵酶的分離、純化及其動力學和調(diào)控的研究，另一方面，許多的分離、純化及其動力學和調(diào)控的研究，另一方面，許多酶又是研究蛋白質(zhì)、核酸和聚糖結(jié)構(gòu)與功能的重要工具。酶又是研究蛋白質(zhì)、核酸和聚糖結(jié)構(gòu)與功能的重要工具。隨著生物化學和分子生物學相關(guān)領(lǐng)域以及其它學科的發(fā)展，隨著生物化學和分子生物學相關(guān)領(lǐng)域以及其它學科的發(fā)展，尤其是結(jié)構(gòu)生物學、蛋白質(zhì)組學、基因工程、蛋白質(zhì)工程尤其是結(jié)構(gòu)生物學、

2、蛋白質(zhì)組學、基因工程、蛋白質(zhì)工程和免疫學的理論和技術(shù)向酶學的滲透，為酶學發(fā)展注入新和免疫學的理論和技術(shù)向酶學的滲透，為酶學發(fā)展注入新的活力。當前，酶學發(fā)展主要有兩大方向：即分子酶學和的活力。當前，酶學發(fā)展主要有兩大方向：即分子酶學和應(yīng)用酶學。分子酶學重點研究酶的分子生物學，酶的分子應(yīng)用酶學。分子酶學重點研究酶的分子生物學，酶的分子結(jié)構(gòu)、作用機制和調(diào)控，酶的合成、分揀、轉(zhuǎn)運和定位等。結(jié)構(gòu)、作用機制和調(diào)控，酶的合成、分揀、轉(zhuǎn)運和定位等。應(yīng)用酶學則包括酶法分析、酶工程、組織酶學、藥理酶學、應(yīng)用酶學則包括酶法分析、酶工程、組織酶學、藥理酶學、食品酶學等。食品酶學等。 化學熱力學說明反應(yīng)的起點和終點，解

3、決反應(yīng)的方向和限度。動力學研究反應(yīng)速度及各種因素如何定量地影響反應(yīng)速度。酶僅在熱力學允許的范圍內(nèi)加速反應(yīng)進程，或?qū)⒑哪芊磻?yīng)與放能過程相偶聯(lián)。 2.1.1.1 MichaelisMenten方程：方程： 2.1.2.2 凡能降低酶催化活性的物質(zhì)均可認為是酶的抑制劑。酶在抑制劑作用下活力下降甚至喪失，稱為抑制作用。 （1）抑制程度表示方法： （2）抑制作用的分類： （3）不可逆抑制與可逆抑制的鑒別： 2.2.1 可逆抑制作用 v2.2.1.1 競爭性抑制 KmKiKiKmKm斜率=I1Vmax1v1Km1Km1SI增大對照 圖2.9 竟爭性抑制的雙倒數(shù)作圖 圖2.10 竟爭性抑制的二次作圖競爭性抑

4、制 競爭性抑制 的雙倒數(shù)作圖氨甲喋呤四氫葉酸2003年美國FDA批準的抗HIV藥是HIV蛋白酶抑制劑 過渡態(tài)（transition state）底物（S）比基態(tài)底物（S）更易與酶結(jié)合并形成產(chǎn)物，因而過渡態(tài)類似物比一般的底物類似物有更強的抑制效應(yīng)。q 2.2.1.2 非競爭性抑制q 2.2.1.3 反競爭性抑制 q 2.2.1.4 混合性抑制 表2.2 幾種同位抑制作用動力學的比較 表2.3 雙底物反應(yīng)中同位可逆抑制劑的抑制類型q 2.2.1.5 底物抑制與產(chǎn)物抑制 反競爭性抑制混合性抑制 混合性抑制 的雙倒數(shù)作圖 2.2.2.1 非專一性不可逆抑制劑：主要有以下幾類 （1）有機磷化合物 （2）

5、有機汞、有機砷化合物 （3）烷基化試劑 （4）青霉素、頭孢霉素 （5）氰化物、硫化物和CO （6）重金屬鹽Ag+、Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金屬離子 胰蛋白酶與牛胰胰蛋白酶抑制劑的復合物對甲苯磺酰對甲苯磺酰L苯丙氨酰苯丙氨酰氯甲基酮（氯甲基酮（TPCK）對甲苯磺酰對甲苯磺酰L苯丙氨苯丙氨酰氯甲基酮（酰氯甲基酮（TPCK）對甲苯磺酰對甲苯磺酰L苯丙苯丙氨酰氯甲基酮（氨酰氯甲基酮（TPCK）2.3 酶的作用機制 酶催化的專一性包括底物結(jié)合專一性和催化作用專一性。前者要求酶選擇與其活性部位的幾何形狀和大小相吻合的底物；后者要求底物具備合適的鍵或基團，在ES中與酶的催化基團間有足夠大的作用力。底

6、物結(jié)合專一性與KS相關(guān)，而Kcat/Km反映催化專一性。 溶菌酶的結(jié)構(gòu)溶菌酶多肽鏈上活性中心殘基的位置 乙酰膽堿酯酶 二異丙基氟磷酸鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)ATPAdenylate Kinase.Adenylate Kinase.ATP 以研究得最為深入的胰凝乳蛋白酶為例 協(xié)同協(xié)同81V隨隨S而而2 2米氏曲線米氏曲線1 1負協(xié)同負協(xié)同3 3正協(xié)同正協(xié)同S90%VS10%V81321V1 0 %V V90%V V0 SVa 、僅底物是別構(gòu)調(diào)節(jié)物、僅底物是別構(gòu)調(diào)節(jié)物協(xié)同協(xié)同81V隨隨S而而底物是別構(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 b、當其他別構(gòu)物參與調(diào)節(jié)時、當其他別構(gòu)物參與調(diào)節(jié)

7、時v整體上產(chǎn)生激活、抑制現(xiàn)象整體上產(chǎn)生激活、抑制現(xiàn)象v改變了調(diào)節(jié)的敏感區(qū)位置改變了調(diào)節(jié)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)v圖2.20 正、負協(xié)同別構(gòu)酶與非別構(gòu)酶的動力學曲線比較 q 2.4.1.2 別構(gòu)酶的一般特性： 圖2.22 ATCase用對羥汞苯甲酸（pHMB）處理失去別構(gòu)性質(zhì)，變?yōu)檎５膩硎厦?脫敏的ATCase活性比天然酶大50%0vVmaxs3210S0.5213vVmaxsAB圖2.21 別構(gòu)效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)作用A為K型效應(yīng)劑，B為V型效應(yīng)劑。1. 未加效應(yīng)劑；2. 加入別構(gòu)激活劑；3. 加入別構(gòu)抑制劑vASP天然酶pHMB脫敏酶2.4.1.3

8、別構(gòu)酶的調(diào)節(jié) v（1）齊變模型（concerted modle）或?qū)ΨQ（symmetry）模型 圖2.23 別構(gòu)酶的齊變模型SSSSSSSSSS齊步變化SSSST態(tài)（對稱亞基）R態(tài)（對稱亞基）圖2.26 別構(gòu)酶的序變模型2.4.2 共價修飾調(diào)節(jié)酶 o（1）酶原激活： o（2）可逆的共價修飾： 2.4.5 酶活性調(diào)節(jié)實例 w2.4.5.1 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶 v 2.4.5.3 E.coli谷酰胺合成酶 AT+P(UMP)4AT+PIIURUT?GS12ATP12PPiGlnM g2+Gln2+Mn4H2O4UMPATP,2-kGMg2+4PPiATP,-kGM g2+2+Mn和12ADPAla

9、、Gly、HisTrp、AMP、CTPCar-PGlcN-PGln+ADP+PiAla、Car-PGly、GlcN-PHis、AMPCTPGlu+NH3+ATPGlu+NH3+ATPMg2+Mn2+圖2.30 E.coli谷酸胺合成酶的調(diào)節(jié)4UTP12PI（AMP）12GS-+-2.4.5.4 6-磷酸果糖-1-激酶(6-phosphofructo-1-Kinase, 6PF-1-K)/果糖1，6-二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatase,Fru-1,6-P2ase)v圖 2.31 可逆磷酸化對6PF-2，6-P2ase活性的調(diào)節(jié) v圖2.32 糖酵解與糖異生途徑的協(xié)調(diào)控制 G6P糖異生F6P蛋白激酶蛋白磷酸酶6PF-2-KFru-2,6-P2asePPFru-2,6-P26PF-1-KFru-1,6-P2aseAMPFru-1,6-P2(+)(-)丙酮酸糖酵解OAAP