王鏡巖生化4酶

1、4.1 酶可以按催化的反應類型分類4.2 比活是酶純化程度的指標4.3 酶降低反應的活化能，但不會改變反應平衡4.4 酶催化作用發(fā)生在活性部位 4.5 存在著幾種解釋酶催化作用的機制4.6 米氏方程是表示酶促反應的速度方程4.7 可逆抑制劑通過非共價鍵與酶結(jié)合4.8 不可逆抑制劑共價修飾酶4.9 酶促反應的速度受pH的影響4.10 絲氨酸蛋白酶可以說明酶活性的許多特征4.11 調(diào)節(jié)酶一般都是寡聚體4.12 某些酶具有組織或器官特異性4 酶王鏡巖生化4酶 酶是非常有效的和特異性高的生物催化劑。酶催化反應條件溫和、常溫、常壓。酶催化的反應比相應的沒有催化劑的反應快1031017倍。例如在0時，1m

2、ol過氧化氫酶能使5106 mol H2O2分解為H2O和O2；而在同樣條件下，每克離子鐵只能使6104mol H2O2分解，酶比鐵離子快了1010倍。 酶作用的特異性分為絕對特異性、相對特異性和立體異構(gòu)特異性。 絕對特異性是指酶只能催化一種或兩種結(jié)構(gòu)極相似的化合物的反應，如脲酶只水解尿素。而相對特異性是指酶可作用于一類化合物或一種化學鍵，如脂肪酶或酯酶催化酯鍵水解，對酯鍵兩側(cè)的基團要求不嚴格，對很多有機酸和醇（或酚）形成的酯鍵都能水解。 王鏡巖生化4酶 立體異構(gòu)特異性是指酶作用的底物應具有特定的立體結(jié)構(gòu)才能被催化。這種異構(gòu)性包括光學異構(gòu)性和幾何異構(gòu)性。 光學異構(gòu)性是指一種酶只能催化一對鏡像異

3、構(gòu)體中的一種，而對另一種不起作用。例如精氨酸酶只水解L-精氨酸生成L-鳥氨酸和尿素，而對D-精氨酸沒有作用。 幾何異構(gòu)性是指立體異構(gòu)中的順式和反式，-、-構(gòu)型。有的酶具有這種立體異構(gòu)的專一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成蘋果酸，對順丁烯二酸不起作用。王鏡巖生化4酶4.1 酶的命名和分類是根據(jù)酶催化的反應 將酶按照酶催化的有機化學反應類型分為六大類型：1. 氧化還原酶：催化氧化還原反應。其中的大多數(shù)酶稱之脫氫酶，但有些也稱之氧化酶、過氧化酶、加氧酶或還原酶。 2. 轉(zhuǎn)移酶：催化基團轉(zhuǎn)移反應。其中許多轉(zhuǎn)移酶需要輔酶。通常底物分子的一部分與酶或輔酶共價結(jié)合，這類酶包括激酶。 3

4、. 水解酶：催化水解反應。這是特殊的一類轉(zhuǎn)移酶，水作為轉(zhuǎn)移的基團的受體。王鏡巖生化4酶4. 裂合酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反應，或裂解，生成一個雙鍵。在裂解酶催化的可逆反應中，裂解酶催化一個底物加到第二個底物的一個雙鍵處。催化細胞內(nèi)的加成反應的裂解酶常命名為合成酶。5. 異構(gòu)酶：催化異構(gòu)化反應。這類反應是最簡單的酶促反應，因為這些反應只有一個底物或一個產(chǎn)物。 6. 連接酶：催化兩個底物的連接反應或稱之交聯(lián)反應。這類反應通常需要輸入能量，例如腺苷三磷酸ATP。連接酶也常稱之合成酶。王鏡巖生化4酶4.2 比活是酶純化程度的指標 酶活性也稱為酶活力，是指酶催化指定化學反應的能力。 酶活力的大

5、小用酶活性單位的多少來表示。 比活是指每毫克蛋白含有的酶單位數(shù)。純化步驟 級分體積 （ml） 總蛋白 （mg） 活力 （U） 比活（U/mg）粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分級80960960015凝膠層析80300870029離子交換2290423047豬腎氨基?；父鱾€步驟純化數(shù)據(jù)王鏡巖生化4酶4.3 酶降低反應的活化能，但不會改變反應平衡一個簡單的單底物的酶促反應可用下式表示。ESESEP 可以用相應反應歷程圖表示。a.無酶催化的反應b.酶催化的反應無催化催化反應劑產(chǎn)物自由能活化能過渡態(tài)自由能變化自由能王鏡巖生化4酶 縱坐標表示自由能（G），橫坐標為反應過程。從圖中可以

6、看到，S和P都含有一定的自由能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)。S和P之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座“ 山 ” 的能障，反應的底物必須提高能量水平才能跨越能障。 “ 山 ”頂處稱為過渡態(tài)，因為具有過渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為 S 或 P。從反應物的基態(tài)到達過渡態(tài)所需要的能量稱為反應的活化能。SP的活化能用G0 SP，PS的活化能用G0 PS表示。而G0 代表由S到P的整個標準自由能變化。一個底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒有降低。王鏡巖生化4酶 酶分子一般都很大，但酶中真正起催化作用的部位只是酶分子中某一

7、部位，該部位稱為酶的活性部位，活性部位是酶結(jié)合和催化底物的場所。 活性部位是一個三維空間結(jié)構(gòu)；通常位于酶蛋白的兩個結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙，或位于蛋白質(zhì)表面的凹槽。 活性部位是多肽鏈折疊形成的一個特殊的空間結(jié)構(gòu)，一些在氨基酸序列相距很遠的氨基酸殘基經(jīng)折疊會靠近，有的就是活性部位的組成成分，直接參與酶的催化作用。 對活性部位沒有直接貢獻的其它部位是形成和穩(wěn)定酶天然結(jié)構(gòu)所需要的。當然酶的其它功能還包括調(diào)節(jié)功能和指導酶正確定向于細胞中的信號部分。4.4 酶催化作用發(fā)生在活性部位王鏡巖生化4酶4.5 存在著幾種解釋酶催化作用的機制4.5.1 幾乎所有酶的作用機制都包括酸堿催化機制 在活性部位，離子化的氨

8、基酸殘基側(cè)鏈參與兩類化學催化，即酸堿催化和共價催化，是兩種主要的化學催化模式。 在酸堿催化中，一個反應的加速是通過催化一個質(zhì)子轉(zhuǎn)移完成的。酶利用在細胞接近中性pH條件下可以給出或接受質(zhì)子的氨基酸側(cè)鏈，酶的活性部位可以提供一個相當于強酸或強堿溶液的生物環(huán)境。 由于在大多數(shù)蛋白質(zhì)中，組氨酸側(cè)鏈咪唑基解離的pK值是6到7，所以它是一個在中性pH下用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的理想的基團。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充當酸堿催化劑，因為這些羧基解離的pK值近似為4。王鏡巖生化4酶 用B：表示一個堿，或一個質(zhì)子受體，而用BH表示相應的共軛酸，一個質(zhì)子的供體。一個質(zhì)子受體可以通過除去一個質(zhì)子切斷C-H鍵形成一個

9、負碳離子。王鏡巖生化4酶 也可參與涉及碳的其它鍵的斷裂，例如一個C-N鍵的斷裂，通過B：在中性溶液中除去水分子的一個質(zhì)子后產(chǎn)生的一個等價的OH來完成。王鏡巖生化4酶4.5.2 許多酶催化的基團轉(zhuǎn)移反應都是通過共價催化進行的 共價催化是第二種類型的化學催化模式，主要通過一個底物或底物的一部分與催化劑形成共價鍵催化基團的轉(zhuǎn)移反應。在酶作用下的共價催化中，一個底物的一部分首先轉(zhuǎn)移到酶上，然后再轉(zhuǎn)移到第二個底物上。例如基團X從分子A-X轉(zhuǎn)移到分子B上就是經(jīng)共價ES復合物X-E，按如下兩個步驟進行的。A-XE AX-EX-EB B-XEA-X B-X王鏡巖生化4酶4.5.3 底物與酶的結(jié)合在催化過程中起

10、著重要的作用1. 底物靠近和定向于酶的活性部位 顯然活性部位處的底物濃度越高越有利于反應。底物（也包括輔助因子）的敏感鍵逐漸靠近活性部位的催化基團，為的是定向于催化基團以便容易形成過渡態(tài)。2. 底物變形 許多活性部位開始與底物并不相適合，但為了結(jié)合底物酶的活性部位不得不變形（誘導契合）以適合底物。一旦與底物結(jié)合，酶可以使底物變形，使得敏感鍵易于斷裂和促使新鍵形成。王鏡巖生化4酶4.6 米氏方程是表示酶促反應的速度方程 酶促反應動力學簡稱之酶動力學，主要研究酶促反應的速度以及其它因素，例如抑制劑等對反應速度的影響。 在酶促反應中，如果底物的量遠遠超過酶量，則反應速度與酶濃度成正比。酶濃度反應速度

11、王鏡巖生化4酶 如果固定酶濃度，改變底物濃度，酶促反應的速度與底物濃度有什么樣關(guān)系呢？ 在低濃度底物情況下，反應相對于底物是一級反應，反應速度與底物成直線關(guān)系。 當?shù)孜餄舛忍幱谥虚g范圍時，相對于底物的反應是混合級反應。當?shù)孜餄舛仍黾訒r，反應由一級反應向零級反應過渡。 在高濃度底物下，酶被底物飽和，反應相對于底物是零級反應。反應速度與底物濃度無關(guān)。酶被底物飽和時的速度稱之最大反應速度Vmax， 當?shù)孜餄舛萐逐漸增大時，速度相對于S的曲線為一雙曲線。王鏡巖生化4酶酶濃度固定，反應速度與底物濃度之間的關(guān)系底物濃度零級反應一級反應王鏡巖生化4酶雙曲線方程可以寫成： VmaxS （4.2） KmS該方程

12、稱為Michaelis-Menten方程（米氏方程），其中 Km 值稱之米氏常數(shù)，Vmax是酶被底物飽和時的反應速度。米氏常數(shù)Km是酶促反應速度為最大酶促反應速度值一半時的底物濃度。這可通過用S取代米氏方程（4.2）中的Km證明，通過計算可得Vmax /2。王鏡巖生化4酶 酶（E）催化底物（S）在酶活性部位裂隙中先形成一個酶-底物復合物（ES），底物與酶短暫反應轉(zhuǎn)化為一個產(chǎn)物（P）的雙分子反應起始時的反應可以寫作（把酶看作一個反應分子）： k1 kcat ES ES EP （4.1） k1 方程中的速度常數(shù)k1為 S 和 E 的結(jié)合常數(shù)，k1是ES的解離常數(shù)。kcat為第二步反應的速度常數(shù)，也

13、稱為催化常數(shù)（或轉(zhuǎn)換數(shù)）。由ES轉(zhuǎn)換為游離的酶和產(chǎn)物的反應是用單箭頭表示的。這是因為在剛開始的時候，生成的產(chǎn)物非常少，所以可逆反應（ES ES）可以忽略。 王鏡巖生化4酶 當?shù)孜餄舛确浅４髸r，反應速度接近于一個恒定值。在曲線的這個區(qū)域，酶幾乎被底物飽和，反應相對于底物S是個零級反應。就是說再增加底物對反應速度沒有什么影響。（飽和時）VmaxES0Etotal catES （4.3） 速度常數(shù)等于催化常數(shù) cat。飽和時，所有的E都是以ES存在。方程（4.3）中還有另一個簡單的關(guān)系式： Vmax cat Etotal 從中得出： catVmax / Etotal。催化常數(shù)是Vmax除以起始的酶濃

14、度Etotal或除以在飽和條件下每秒每摩爾酶催化下轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的底物的摩爾數(shù)。 cat的單位是s1。 cat的倒數(shù)是完成一個催化過程所需要的時間，所以催化常數(shù)可以衡量一個酶促反應的快慢。 王鏡巖生化4酶4.6.1米氏方程的推導 假定存在一個時間周期，在此期間 S 結(jié)合 E的速度與 ES 解離的速度相同。此時ES是個恒定值，因為 ES 解離為 ES 或 EP 的速度等于由 ES 形成 ES 的速度。由ES 形成 ES的速度取決于游離酶的濃度，即等于EtotalES?？蓪懗桑海? cat ）ES 1（EtotalES）S （4.4）整理方程，將速度常數(shù)集中在一邊，并定義為米氏常數(shù)Km。 （1 cat

15、 ） （EtotalES）S Km （4.5） 1 ES從方程（4.5）：KmES（EtotalES）S ES（KmS）EtotalS王鏡巖生化4酶 EtotalS ES （4.6） KmS由于酶促反應速度取決于ES轉(zhuǎn)換為EP的速度。 catES （4.7） 將方程（4.6）代入（4.7）， cat EtotalS （4.8） KmS因為 cat EtotalVmax，代入方程（4.8），就得到了米氏方程。 VmaxS （4.9） KmS王鏡巖生化4酶 （1 cat ） Km 1 如果 cat比 1或1小得多， cat可以忽略，Km就變成了 1 / 1 ，這是 ES 解離為ES的平衡常數(shù)。 同

16、樣Michaelis和Menten假定ES與ES處于快速的平衡中， Km就是 ES 的解離常數(shù)。因此 Km是 E 對 S 的親和力的量度。如果 Km的值越小，表明 E 與 S 結(jié)合的越緊密。 如果一個酶可作用幾個底物，例如己糖激酶對葡萄糖的Km值為1.5104；對果糖的Km值為1.5103 ，顯然酶對葡萄糖的親和性更高，葡萄糖就稱之為己糖激酶的天然底物。王鏡巖生化4酶4.6.2 Km 和 Vmax可以用雙倒數(shù)作圖法確定 在計算機廣泛應用之前，通常都是利用米氏方程的轉(zhuǎn)換形式求出Km和Vmax值。常用的米氏方程轉(zhuǎn)換形式是Lineweaver-Burk方程，也稱為雙倒數(shù)方程。 1 Km 1 1 Vm

17、ax S Vmax 將1/ 對1/S作圖，可以獲得一條直線。從直線與x軸的截距可以得到 1/Km 的絕對值；而 1/Vmax 是直線與y軸的截距。雖然由雙倒數(shù)作圖得到的 Km 和 Vmax 值的精確性要比計算機計算給出的值差，但雙倒數(shù)作圖直觀、容易理解，為酶抑制研究提供了易于識別的圖形。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.7.1 競爭性抑制劑只與游離的酶結(jié)合 4.7 可逆抑制劑通過非共價鍵與酶結(jié)合王鏡巖生化4酶 競爭性抑制劑一與酶結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合，所以說底物、抑制劑與酶的結(jié)合是競爭性的。 只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒有抑制劑存在時一樣，即最大反應速度應當是不變的。

18、 因此在有競爭性抑制劑存在下， Vmax不變，但Km 增加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的競爭性，這是由于酶作用的底物Trp的側(cè)鏈中含有吲哚基。王鏡巖生化4酶4.7.2 反競爭性抑制劑只與ES結(jié)合反競爭性抑制劑只與ES結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合。王鏡巖生化4酶在反競爭性抑制作用中，Vmax減小（1/Vmax增大），Km減?。?/Km的絕對值增大）。王鏡巖生化4酶4.7.3 非競爭性抑制劑與ES和E都結(jié)合非競爭性抑制劑與底物結(jié)合部位不同，所以他既可與E結(jié)合，也可與ES結(jié)合，生成的EI和ESI都是失活形式的復合物。王鏡巖生化4酶在非競爭性抑制作用中， Km不變， Vmax變小。王鏡巖生化4酶4.7.4 可逆

19、的酶抑制劑常用于酶學研究和臨床 臨床上通過改變酶活性可以提供非常有效的治療手段。在癌癥和微生物或病毒感染中，藥物治療的目的是在不傷害宿主細胞的條件下防止受侵害細胞或病毒的繁殖。例如通過抑制病毒DNA合成所需要的酶就可使病毒感染減輕。 核苷3-疊氮-2,3-脫氧胸腺嘧啶（AZT,）是第一個用于治療獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）的藥物，它通過代謝可轉(zhuǎn)換為相應的AZT 5-三磷酸，該三磷酸化合物抑制催化由病毒RNA模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。 王鏡巖生化4酶 氨甲蝶呤和三甲氧芐二氨嘧啶都是二氫葉酸還原酶的競爭性抑制劑，該酶是胸腺嘧啶單磷酸（TMP）合成所必需的酶。 氨甲蝶呤可以抑制脊椎動物二氫葉酸還

20、原酶和被用于選擇性殺傷快速分裂的細胞，是最成功的癌癥化療制劑之一。 三甲氧芐二氨嘧啶是原核生物二氫葉酸還原酶的一個有潛力的選擇性抑制劑，但對人的還原酶的抑制很弱，所以常被用于某些細菌感染和瘧疾的治療。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶 另外，磺胺藥是以對氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細菌生長繁殖所需要的葉酸中對氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以磺胺藥與葉酸競爭結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺胺藥是細菌二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑。 人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以基本上不受磺胺藥。但細菌不能利用外源的葉酸。王鏡巖生化4酶磺胺藥中的主要成分 葉 酸王

21、鏡巖生化4酶4.8 不可逆抑制劑共價修飾酶 不可逆抑制抑制劑與酶分子形成一個穩(wěn)定的共價鍵。有機磷化合物、有機汞、有機砷化合物、氰化物等都是酶的不可逆抑制劑。有機磷化合物可以使以可反應的絲氨酸為活性部位殘基的水解酶失活。 神經(jīng)毒氣二異丙基氟磷酸（DFP）是有機磷化合物中的一員。DFP與酶活性部位的絲氨酸殘基反應生成二異丙基磷酰絲氨酸。神經(jīng)毒氣對神經(jīng)極端有毒，生物學上的作用抑制乙酰膽堿酯酶，使乙酰膽堿不能分解為乙酸和膽堿，乙酰膽堿的堆積引起一系列神經(jīng)中毒癥狀，所以也稱為神經(jīng)毒劑。 王鏡巖生化4酶 二異丙基氟磷酸（DFP）與酶活性部位的絲氨酸殘基反應生成二異丙基磷酰絲氨酸。兩者之間形成的是共價健。王

22、鏡巖生化4酶 低濃度的吡啶醛肟甲碘化物（PAM）可以作為解毒藥取代磷酸和重新激活取代的酶。 因為帶正電荷的甲基吡啶基團可以與乙酰膽堿酯酶的陰離子部位結(jié)合，取代靠近有機酯的磷原子的親核氧，使酶恢復活性。王鏡巖生化4酶4.9 酶促反應的速度受pH的影響 反應的起始速度對pH作圖，大多數(shù)情況下可得到一個鐘形曲線，例如葡萄糖-6-磷酸酶。有的酶溫度曲線不是鐘形，例如胃蛋白酶是個偏向酸性區(qū)的半鐘形曲線。從曲線可以看出，在某一pH下，反應速度可達到最大，這一pH稱為酶的最適pH。 葡萄糖-6-磷酸酶 胃蛋白酶鐘形曲線半鐘形曲線王鏡巖生化4酶 絲氨酸蛋白酶家族活性部位中都含有絲氨酸殘基，包括凝血因子和胰凝乳

23、蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶等消化酶。 細胞合成的是蛋白酶的非活性前體酶原，必須經(jīng)過共價修飾才能具有活性。 腸胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶原和羧肽酶原在合適的生理條件下，于細胞外通過有選擇地水解一個或幾個肽鍵后被激活。 4.10 絲氨酸蛋白酶可以說明酶活性的許多特征4.10.1 胰凝乳蛋白酶原是胰凝乳蛋白酶的非活性前體王鏡巖生化4酶 胰凝乳蛋白酶原的激活首先是在胰蛋白酶的催化下，Arg-15和Ile-16之間的肽鍵被切斷，生成一個具有很高活性的，但相當不穩(wěn)定的稱為-胰凝乳蛋白酶。 -胰凝乳蛋白酶的氨基酸殘基第13和14、146和147以及148和149之間的肽鍵易于被活性的胰凝乳蛋白

24、酶切割，稱為自動激活作用，切下了Ser-14Arg-15和Thr-147Asn-148兩個二肽，最后生成了最穩(wěn)定形式的酶，即-胰凝乳蛋白酶，或簡稱為胰凝乳蛋白酶。 胰凝乳蛋白酶是含有241個氨基酸殘基的由3條鏈組成的蛋白酶。胰凝乳蛋白酶的三級結(jié)構(gòu)是通過連接殘基1和122、42和58、136和201、168和182以及191和220的5個二硫鍵穩(wěn)定的。王鏡巖生化4酶胰凝乳蛋白酶原的激活過程胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶-胰凝乳 蛋白酶胰凝乳蛋白酶王鏡巖生化4酶 4.10.2 凝血涉及酶原激活的級聯(lián)反應 凝血涉及十多種蛋白，其中某些蛋白質(zhì)是以非活性的絲氨酸蛋白酶原形式在血液中循環(huán)。當血管損傷時，凝血酶原通過

25、級聯(lián)反應的方式被快速地激活。每一個絲氨酸蛋白酶對它的底物都具有很高的特異性，催化一個或幾個肽鍵的水解。 酶原的依次激活最終導致凝血酶的生成，凝血酶催化可溶性的循環(huán)中的血纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為不溶的血纖維。 凝血蛋白數(shù)字的大小大致表示出發(fā)現(xiàn)的先后次序，腳標a特指有活性的因子。凝血酶和因子VIIa、IXa、Xa、XIa和XIIa是與其它絲氨酸蛋白酶，例如胰蛋白酶同源的絲氨酸蛋白酶。王鏡巖生化4酶 凝血酶原和因子VII、XI和X都含有鈣結(jié)合部位，Ca2+是將這些凝血因子定位于血小板膜表面所必需的。組織因子和因子Va以及 VIIIa是促進特殊蛋白酶活性的非酶輔助因子蛋白質(zhì)。 血友病是一種遺傳病，常見的血友病

26、A是缺少因子VIII的血液遺傳病，而不常見的血友病B是由于缺少因子XI造成的。編碼這兩種因子的基因都位于X染色體上，所以血友病是與X染色體相關(guān)的疾病。 患有血友病A的病人現(xiàn)在可以通過注射因子VIII治療，因子VIII是通過編碼該蛋白的基因的克隆和表達制備的。王鏡巖生化4酶內(nèi)在途徑外在途徑血管損傷組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.10.3 X-射線晶體圖分析揭示了絲氨酸蛋白酶底物結(jié)合特異性 胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶結(jié)構(gòu)上的微小差別反映出它們底物的特異性。胰蛋白酶與胰凝乳蛋白酶之間結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個不帶電荷的氨基酸殘基（圖a），而

27、胰蛋白酶是一個帶電荷的天冬氨酸殘基（圖b），這個帶負電荷的殘基是造成胰蛋白酶底物特異性的原因，在ES復合物中，它與底物的帶正電荷的Arg和Lys殘基的側(cè)鏈形成離子對。 彈性蛋白酶在三級結(jié)構(gòu)上類似于胰凝乳蛋白酶，但彈性蛋白酶的結(jié)合口袋要淺得多。胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶結(jié)合部位的入口處有兩個甘氨酸殘基，而在彈性蛋白酶的入口處是比甘氨酸大得多的纈氨酸和蘇氨酸殘基（圖c）。王鏡巖生化4酶胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個不帶電荷的氨基酸殘基王鏡巖生化4酶底物“口袋”中有一個帶電荷的天冬氨酸殘基王鏡巖生化4酶酶結(jié)合底物的口袋中含有纈氨酸和蘇氨酸殘基，限制大的底物進入王鏡巖生化4酶4.11 調(diào)節(jié)酶一般都是

28、寡聚體 上面是一個多酶催化途徑，總的結(jié)果是由A生成P。終產(chǎn)物是調(diào)節(jié)酶E1的一個別構(gòu)抑制劑，E1催化第一個關(guān)鍵的反應。這種類型的調(diào)節(jié)稱為反饋抑制。一個調(diào)節(jié)酶有一個位于它的催化中心以外的第二個配體結(jié)合部位，這個部位稱為調(diào)節(jié)部位。酶構(gòu)象的變化是與一個別構(gòu)激活劑或抑制劑和酶的調(diào)節(jié)部位的結(jié)合有關(guān)，這種構(gòu)象的變化傳遞給酶的活性部位，活性部位形狀的變化改變了酶的活性。王鏡巖生化4酶調(diào)節(jié)酶的一些共同特征：1、調(diào)節(jié)酶的活性對代謝的抑制劑和激活劑是很敏感的。調(diào)節(jié)化合物是結(jié)合在與催化部位不同的另一個部位。這樣的調(diào)節(jié)劑稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)劑。2、典型的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑非共價地結(jié)合在它們調(diào)節(jié)的酶上。許多調(diào)節(jié)劑改變了酶對底物的Km值，

29、而有些調(diào)節(jié)劑是改變Vmax。3、一個調(diào)節(jié)酶在體外可以部分變性引起調(diào)節(jié)特性的全部或部分喪失，但酶的催化化學并未喪失，這一過程稱為脫敏作用，進一步證明了催化和調(diào)節(jié)事件發(fā)生在酶的不同部位。王鏡巖生化4酶4、一個調(diào)節(jié)酶通常至少有一個底物，反應速度對該底物濃度的曲線是S型的，而不是雙曲線型的。5、絕大多數(shù)調(diào)節(jié)酶都具有四級結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)酶中的每一條多肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。具有相同亞基的調(diào)節(jié)酶的每一條多肽鏈上既含有催化部位，又含有調(diào)節(jié)部位，所以這樣的寡聚體是一個簡單的對稱的復合體，通常是二聚體或四聚體。6、別構(gòu)酶因為具有協(xié)同效應，所以不符合米氏方程。王鏡巖生化4酶 加入激活劑可以使S型曲線向雙曲線漂

30、移，可以明顯地降低Km值，并提高酶的活性。如果加入抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降低。王鏡巖生化4酶4.11.1 有兩種模型可以描述別構(gòu)調(diào)節(jié)作用 說明配體與寡聚蛋白結(jié)合協(xié)同性的齊變和序變兩個模型已經(jīng)獲得了人們的普遍認可。齊變模型也稱為對稱驅(qū)動模型或KNF模型。序變模型也稱為MWC模型或配體誘導模型。 齊變模型可用來解釋相同配體（例如底物）的協(xié)同結(jié)合。該模型假設每個亞基對每個配體只有一個結(jié)合部位，每個亞基的構(gòu)象受到其它亞基的限制，當?shù)鞍踪|(zhì)改變構(gòu)象時，它仍維持它的分子對稱性（圖a）。因此存在著兩種構(gòu)象的平衡，一種是對底物具有高親和性的R構(gòu)象，另一種是低親和性的T構(gòu)象。 序變模型是近年來

31、更為普遍運用的模型。其主要是依據(jù)這樣一種設想，即一個配體可以誘導它要結(jié)合的亞基的三級結(jié)構(gòu)的變化。這個亞基-配體復合體又能夠改變相鄰亞基的構(gòu)象。這一模型特別強調(diào)對于配體只有一種形狀是親和力最高的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個寡聚分子中允許存在著高親和力和低親和力的亞基（圖b）。王鏡巖生化4酶序變模型齊變模型王鏡巖生化4酶4.11.2 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶是第一個分析得比較透徹的別構(gòu)酶 在E.coli中ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一個關(guān)鍵的反應是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一個最有效的抑制劑是代謝途徑的終產(chǎn)物胞嘧啶三磷酸（CTP），他們還發(fā)現(xiàn)ATP是

32、酶的激活劑。 ATP是嘌呤核苷酸合成途徑的終產(chǎn)物。ATP對ATCase的激活作用可能是增強嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的兩種類型的核苷酸的供應達到平衡。CTP和ATP都影響底物天冬氨酸的結(jié)合。ATCase催化反應中，速度對天冬氨酸濃度作圖得到的是S型曲線。CTP使酶對天冬氨酸的Km值明顯增大，但并沒有改變Vmax，所以CTP是一個競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來的S曲線更為明顯，表明天冬氨酸結(jié)合ATCase的過程中具有更大的協(xié)同性。ATP的存在使得S型曲線向雙曲線漂移，降低了底物對酶結(jié)合的協(xié)同性。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.11.3 某些調(diào)節(jié)酶

33、受磷酸化作用調(diào)控 對于某些酶可以通過共價修飾來調(diào)控，磷酸化作用是最常見的共價修飾調(diào)節(jié)類型。最常見的共價修飾是酶的一個特定的絲氨酸殘基的磷酸化。一個典型的哺乳動物細胞中大約1/3的蛋白質(zhì)都可能含有共價結(jié)合的磷酸。蛋白激酶催化ATP末端的磷酸基團轉(zhuǎn)移到酶的特定的絲氨酸殘基上。酶的磷酸絲氨酸經(jīng)蛋白磷酸化酶水解釋放出磷酸基團后，又還原為脫磷酸的狀態(tài)。催化途徑中的酶通常是受磷酸化作用激活，通過脫磷酸化作用而失活，合成代謝途徑中的大多數(shù)酶經(jīng)磷酸化作用失活，脫磷酸化作用使其恢復活性。 丙酮酸脫氫酶催化葡萄糖降解中的一步關(guān)鍵反應，丙酮酸脫羧生成乙酰輔酶A和二氧化碳。這個反應將酵解途徑與檸檬酸循環(huán)聯(lián)系起來。丙酮

34、酸脫氫酶的磷酸化使脫氫酶失活。磷酸化的丙酮酸脫氫酶可以通過酶中磷酸絲氨酸殘基水解而恢復活性，反應是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受Ca2+激活。王鏡巖生化4酶無活性 有活性磷酸化 脫磷酸王鏡巖生化4酶4.12 某些酶具有組織或器官特異性 催化同一反應的來自同一個生物的不同蛋白質(zhì)稱為同功酶。同功酶具有不同的Km和Vmax值，可以通過電泳區(qū)分開。 多亞基的同功酶中，亞基在結(jié)構(gòu)上的類似使得它們可以組裝成一個雜化的寡聚體。例如乳酸脫氫酶（ LDH）是一個四聚體，從某些組織可分離到5種LDH。這些同功酶是由兩種類型的亞基組裝成的，一種是在心肌中占優(yōu)勢H型亞基，另一種是在骨骼肌中占優(yōu)勢的M型亞基，

35、5種同功酶都是由這兩種亞基按不同比例組裝成的四聚體，即H4（心肌中）、H3M、H2M2、HM3和M4（骨骼肌中），它們都催化丙酮酸還原成乳酸或其逆反應。各組織器官中LDH同工酶的分布及含量不同，各有其特定的分布酶譜。 同功酶分布上的不同對生物體內(nèi)反應的調(diào)節(jié)具有重要的意義。例如肌肉中富含LDH5，它對丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異性。在臨床上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷疾病。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶 要點歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點是催化效率高，具有底物和反應的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA之外，

36、絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標，對同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。 3. 酶也和其他催化劑一樣，可以通過降低反應的活化能來提高反應速度，使反應快速達到平衡點，但酶不能改變平衡點。 王鏡巖生化4酶 4. 酶活性部位是一個具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應。酶活性部位的可離子化和可反應的氨基酸殘基形成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個主要模式是酸堿催化和共價催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進反應進行；在共價催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價結(jié)合形成反應的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反應速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定