酶的作用機制和酶的調(diào)節(jié)

第10章酶的作用機制和酶的調(diào)節(jié)Metabolicregulationisachievedthroughanexquisitelybalancedinterplayamongenzymesandsmallmolecules,aprocesssymbolizedbythedelicatebalanceofforcesinthismobile.(SeaScapebyAlexanderColder/WhitneyMuseumofAmericanArt.NY)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第一頁，共一百零三頁。或者稱活性中心（activecenter)——與酶活力直接相關(guān)的區(qū)域局限在酶分子的特定部位一、酶的活性部位(activesite）揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二頁，共一百零三頁。

結(jié)合中心：與S結(jié)合決定酶促反應(yīng)的專一性

催化中心：促進S發(fā)生化學(xué)變化決定酶促反應(yīng)的性質(zhì)

活性中心揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三頁，共一百零三頁。必需基團：與酶的催化活性直接相關(guān)的化學(xué)基團常見：His咪唑基、Ser-OH、Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-COOH位于活性中心活性中心以外，穩(wěn)定分子構(gòu)象必需基團非必需基團（一）酶活性部位的特點揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四頁，共一百零三頁。底物活性中心以外的必需基團結(jié)合基團催化基團活性中心揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五頁，共一百零三頁。（一）酶活性部位的特點1、活性部位只占相當(dāng)小的部分幾個殘基+輔助因子（單純/結(jié)合）2、在空間構(gòu)象上集中到一起形成一個三維實體（單體/寡聚）3、與底物誘導(dǎo)契合4、位于酶表面裂縫(crevice)內(nèi)6、活性中心構(gòu)象具有柔性或可運動性5、通過次級鍵與底物結(jié)合揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六頁，共一百零三頁。酶AA殘基活性中心AA核糖核酸酶124HHKRDE溶菌酶129DE胰凝乳蛋白酶241HDS羧肽酶A307REYZn2+胰蛋白酶223HDS揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十頁，共一百零三頁。（二）、研究酶活性部位的方法1.酶分子側(cè)鏈基團的化學(xué)修飾法

化合物活性部位AA殘基側(cè)鏈基團↓

共價結(jié)合水解酶，確定一級結(jié)構(gòu)位置揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十一頁，共一百零三頁?！茰y某基團是否在活性中心

某基團被修飾后：

判斷修飾劑與活性部位結(jié)合的依據(jù)：

S/競爭性I可以保護修飾劑的作用酶活力影響程度與修飾劑濃度相關(guān)酶活力改變：為必需基團（1）非特異性共價修飾利用某些化學(xué)試劑與酶蛋白中某類氨基酸殘基的側(cè)鏈反應(yīng)而使基團的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十二頁，共一百零三頁。（2）特異性共價修飾——試劑專一修飾活性部位某一AA，使酶失活。

如：二異丙基氟磷酸（DFP)專一修飾酶（主要為蛋白水解酶及酯酶）活性部位的Ser-OH，從而使酶失活。僅修飾活性中心Ser-OH揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十三頁，共一百零三頁。利用DFP共價修飾法對某些蛋白水解酶進行研究，發(fā)現(xiàn)許多酶活性部位都含有絲氨酸，還具有相似的肽段：Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro順序。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十四頁，共一百零三頁。(3)親和標(biāo)記法——與S結(jié)構(gòu)相似的共價修飾劑能被專一地引入活性部位，接近S結(jié)合位點其活潑的化學(xué)基團可與活性部位某一基團形成穩(wěn)定的共價鍵專一性不可逆抑制劑/活性部位指示試劑揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十五頁，共一百零三頁。對甲苯磺酰－L－苯丙氨酸乙酯(TPE)對甲苯磺酰－L－苯丙氨酰氯甲基酮（TPCK）胰凝乳蛋白酶揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十六頁，共一百零三頁。2.動力學(xué)參數(shù)測定法

活性部位AA殘基解離狀態(tài)和酶活性直接相關(guān)

通過動力學(xué)方法求有關(guān)參數(shù)，對酶活性部位化學(xué)性質(zhì)作出判斷。3.X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法

解析與S結(jié)合的酶分子的三維結(jié)構(gòu)了解酶活性部位AA殘基所處的相對位置以及與活性部位有關(guān)的其它基團揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十七頁，共一百零三頁。4.定點誘變法

利用定點誘變技術(shù)，改變編碼蛋白基因中的DNA順序，改變其中某AA后，測定酶活性的變化。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十八頁，共一百零三頁。酶催化反應(yīng)的某些獨特性質(zhì)為許多反應(yīng)所共有，可概括如下：二、酶催化反應(yīng)的獨特性質(zhì)酶反應(yīng)可分成兩類，一類僅涉及電子轉(zhuǎn)移（速率：108s-1數(shù)量級）；另一類涉及電子和質(zhì)子兩者或者其他基團的轉(zhuǎn)移（速率：103s-1數(shù)量級）大部分反應(yīng)屬于第二類。酶的催化作用是由氨基酸側(cè)鏈上的功能基團和輔酶為媒介的。酶催化反應(yīng)的最適pH范圍通常是狹小的與底物相比較，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些。酶除活性基團外，還有別的特性使反應(yīng)進行更有利，并使更復(fù)雜的多底物反應(yīng)按一定途徑進行。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第十九頁，共一百零三頁。主要有利條件：①在活性部位存在1個以上的催化基團，所以能進行協(xié)同催化②存在有結(jié)合部位，底物分子可以按固有方位結(jié)合在活性部位附近③在2個或2個以上底物反應(yīng)時，存在1個以上的底物分子結(jié)合部位④底物結(jié)合到酶分子后，底物分子中的鍵產(chǎn)生張力，有利于過渡態(tài)復(fù)合物的形成。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十頁，共一百零三頁。（一）底物和酶的鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

三、影響酶催化效率的有關(guān)因素鄰近效應(yīng)：酶與底物形成復(fù)合物后，底物與底物、催化基團與底物之間結(jié)合于同一分子（酶）而使有效濃度極大增加，從而使反應(yīng)速率大增的效應(yīng)。催化中鄰近效應(yīng)的一個例子：（a）游離的咪唑催化乙酸對硝基苯酯的速度較慢；（b）變成分子內(nèi)反應(yīng)后要快24倍有機化學(xué)模式實驗揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十一頁，共一百零三頁。定向效應(yīng)：反應(yīng)物的反應(yīng)基團之間和酶的催化基團與底物的反應(yīng)基團之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng)。鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)對酶促反應(yīng)的影響：提高有效濃度、正確取位；變分子間反應(yīng)為分子內(nèi)反應(yīng)。Page等認(rèn)為兩類效應(yīng)在雙分子反應(yīng)中起的促進作用至少分別達到104倍。酶催化效率提高的實質(zhì)：底物分子結(jié)合在酶的活性部位，作用基團互相鄰近并定向，大大提高了酶的催化效率。定向效應(yīng)的一個例子：鄰羥苯丙酸的內(nèi)酯形成，當(dāng)兩個甲基取代了苯環(huán)鄰近的碳原子上的氫，使羧基與羥基之間更好定向時，兩個速率常數(shù)之比為2.5×1011。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十二頁，共一百零三頁。（二）底物的形變和誘導(dǎo)契合酶與專一性底物結(jié)合后，酶的基團或離子使底物的某些基團的電子云密度增高或降低，產(chǎn)生“電子張力”，使底物分子發(fā)生形變而接近過渡態(tài)，反應(yīng)容易發(fā)生。誘導(dǎo)契合：當(dāng)?shù)孜锖兔附佑|時，可誘導(dǎo)酶分子的構(gòu)象變化，使酶活性中心的各種基團處于和底物互補契合的正確空間位置，有利于催化。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十三頁，共一百零三頁。契合后，誘導(dǎo)“電子云形變”:EA:B:A-:B+:電子云形變:E這樣的共價鍵易被酶活性中心酸堿催化或共價催化揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十四頁，共一百零三頁。酶活性中心瞬時地向反應(yīng)物提供H+/H+受體以穩(wěn)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)的一類催化機制。（三）酸堿催化（acid-basecatalysis)在水溶液中通過高反應(yīng)性的質(zhì)子和氫氧離子進行的催化稱為專一的酸堿催化或狹義的酸堿催化通過H+和OH-以及能提供H+及OH-的供體進行的催化稱為總酸堿催化或廣義的酸堿催化專一酸堿催化作用總酸堿催化作用專一的酸堿催化的表觀速率常數(shù)（kobs)僅依賴pH而不受緩沖液的濃度影響；總酸堿催化的kobs除依賴pH外，還與緩沖液濃度成正比揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十五頁，共一百零三頁。酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH)A-

:

H+EHE-H2OEH+OH-+H+AH+B+堿催化(-COO-、-S-、咪唑基等失電子態(tài)基團)A-

:

B++E-COO-A-+E-COOH

E-COO-

+H+在生理條件下，因H+和OH-的濃度甚低，總酸堿催化作用較為重要。很多酶的活性部位的某些功能基，能在近中性的條件下，作為催化性的質(zhì)子供體或受體參與總酸堿催化作用?？偹峄蚩倝A的催化可提高反應(yīng)速率102到105倍。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十六頁，共一百零三頁。酶分子中作為總酸堿催化的功能基團影響酸堿催化反應(yīng)速率的因素有兩個：酸或堿的強度（pK值）及質(zhì)子傳遞的速率。例如咪唑基pK約為6，在中性條件下，即可作為質(zhì)子供體，又可作為質(zhì)子受體。同時其接受或供出質(zhì)子的速率十分迅速，因此是一個重要的酸堿催化基團。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十七頁，共一百零三頁。

——催化劑的親核/親電基團分別放出電子或汲取電子并作用于底物的缺電子中心或負(fù)電中心，形成共價中間復(fù)合物，降低活化能，使反應(yīng)加速的機制。親電基團——帶正電荷性質(zhì)的基團親核基團——帶負(fù)電荷性質(zhì)的基團（四）共價催化（covalentcatalysis)分為親核催化或親電子催化揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十八頁，共一百零三頁?！?OH¨-SH酶蛋白氨基酸側(cè)鏈提供各種親核中心，以下3種最常見：絲氨酸羥基、半胱氨酸巰基、組氨酸咪唑基磷酰酶?；钙咸敲该负偷孜镩g共價鍵形成的例子。中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，斷裂，形成產(chǎn)物，酶復(fù)原。（不同酶促反應(yīng)中的催化因素影響大小不同。）揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第二十九頁，共一百零三頁。EnzymesThatFormCovalentIntermediatesEnzymesReactingGroupCovalentIntermediate1.Chymotrypsin

Elastase

Esterases

Subtilisin

Thrombin

Trypsin2.Glyceraldehyde-3-phosphate

dehydrogenasePapain3.Alkalinephosphatase

Phosphoglucomutase4.Phosphoglyceratemutase

Succinyl-CoAsynthetase5.Aldolase

Decarboxylases

Pyridoxalphosphate-dependentenzymes揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十頁，共一百零三頁。1、需要金屬離子的酶（幾乎1/3的酶催化活性需要金屬離子）（1）金屬酶(metalloenzyme)含緊密結(jié)合的金屬離子（多為過渡金屬離子如：Fe2+，F(xiàn)e3+,Cu2+,Zn2+,Mn2+,Co3+）（2）金屬-激活酶(metal-activitedenzyme)含松散結(jié)合的金屬離子（多為堿和堿土金屬離子如：Na+、K+、Mg2+、Ca2+。（五）金屬離子催化揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十一頁，共一百零三頁。2、金屬離子以3種主要途徑參加催化過程

A、參與底物反應(yīng)的定向B、通過價態(tài)改變參與電子轉(zhuǎn)移C、通過靜電穩(wěn)定/屏蔽負(fù)電荷金屬離子的催化作用往往和酸的催化作用相似，有些帶多價正電荷的金屬離子甚至比質(zhì)子的作用更強金屬離子具有絡(luò)合作用在中性溶液中能維持一定濃度揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十二頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十三頁，共一百零三頁。（六）多元催化和協(xié)同效應(yīng)酶的活性中心部位，一般都含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應(yīng)狀態(tài)。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十四頁，共一百零三頁。（七）活性部位微環(huán)境的影響

活性部位位于酶分子表面疏水環(huán)境的裂縫中：非極性環(huán)境中的介電常數(shù)較在水介質(zhì)中低，根據(jù)庫侖定律，在非極性環(huán)境中兩個帶電基團之間的靜電作用比在極性環(huán)境中顯著增高?！杷h(huán)境有利于酶的催化作用。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十五頁，共一百零三頁。四、酶催化反應(yīng)機制的實例（一）溶菌酶（lysozyme）AlexanderFleming存在雞蛋清和眼淚中由129個氨基酸殘基組成的單肽鏈蛋白質(zhì)，含4對二硫鍵。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十六頁，共一百零三頁。溶菌酶生物學(xué)功能是催化水解細(xì)菌細(xì)胞壁多糖揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十七頁，共一百零三頁。溶菌酶催化底物C1-O鍵裂解揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十八頁，共一百零三頁。溶菌酶的結(jié)構(gòu)和水解特性溶菌酶分子近橢圓形，內(nèi)部幾乎全部是非極性，分子表面有一個較深裂縫，其大小恰好能容納多糖底物的6個單糖。溶菌酶催化水解NAM的C1與NAG的C4之間的糖苷鍵，也催化僅由NAG殘基通過b(1-4)糖苷鍵連接的幾丁質(zhì)。(NAG)3是溶菌酶的競爭性抑制劑，其最小底物為(NAG)6。水解部位只能發(fā)生在D-E之間。ABCDEF溶菌酶的活性部位的必需基團是Asp52和Glu35，揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第三十九頁，共一百零三頁。第一步是質(zhì)子轉(zhuǎn)移,糖苷鍵被裂解,形成一個碳正離子中間物溶菌酶的催化機制：揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十頁，共一百零三頁。第二步是OH-和H+分別加合到正碳離子中間物和Glu35的側(cè)鏈后,水解反應(yīng)完成揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十一頁，共一百零三頁。形成碳正離子時葡萄糖環(huán)的形變揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十二頁，共一百零三頁。羧肽酶A（二）揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十三頁，共一百零三頁。堿催化＋酸催化揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十四頁，共一百零三頁。穩(wěn)定活性中心吸附羧氧原子使肽鍵失穩(wěn)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十五頁，共一百零三頁。胰蛋白酶蛋白質(zhì)水解酶巰基蛋白酶天冬氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶鋅蛋白酶胰凝乳蛋質(zhì)酶凝血酶彈性蛋白酶（三）絲氨酸蛋白酶揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十六頁，共一百零三頁。以胰凝乳蛋白酶為模型疏水口袋活性位點殘基揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十七頁，共一百零三頁。4.絲氨酸蛋白酶的催化機制催化三聯(lián)體親核攻擊穩(wěn)定His的正電形式揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十八頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第四十九頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十一頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十二頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十三頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十四頁，共一百零三頁。乙酸硝基苯酯硝基苯酚：400nm處有強吸收乙酰酶復(fù)合物酰化作用脫?；饔糜萌斯さ孜镅芯恳饶榈鞍酌复呋磻?yīng)機制揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十五頁，共一百零三頁。趨同進化（convergentevolution）：催化三聯(lián)體趨異進化（divergentevolution）：底物專一性揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十六頁，共一百零三頁。－OH的親核催化(胰凝乳蛋白酶)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十七頁，共一百零三頁。（四）天冬氨酸蛋白酶（aspariticproteases）天冬氨酸蛋白酶產(chǎn)生于哺乳動物、霉菌和高等植物。酶在酸性pH（或有時中性）呈現(xiàn)活性，活性部位有兩個Asp。酶的活性部位是一個深寬的裂縫，是由2個并列的結(jié)構(gòu)域形成的，能容納7個氨基酸殘基天冬氨酸蛋白酶胃蛋白酶凝乳酶組織蛋白酶腎素HIV-1蛋白酶揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十八頁，共一百零三頁。堿催化天冬氨酸蛋白酶的作用機制：蛋白酶活性的pH依賴性支持廣義酸堿的催化模式活性部位存在兩個高度對稱的天冬氨酸殘基，稱為“催化二聯(lián)體”揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第五十九頁，共一百零三頁。HIV-I蛋白酶是一種天冬氨酸蛋白酶揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十頁，共一百零三頁。五、酶活性的調(diào)節(jié)控制揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十一頁，共一百零三頁。（一）別構(gòu)調(diào)控（allostericregulation）

定義別構(gòu)調(diào)節(jié)：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的改變，進而改變酶活性狀態(tài)。別構(gòu)酶：具有別構(gòu)現(xiàn)象的酶。別構(gòu)劑：能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物 質(zhì)。通常為小分子代謝物或輔因子揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十二頁，共一百零三頁。別別別別別別別揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十三頁，共一百零三頁。效應(yīng)物（調(diào)節(jié)物、別構(gòu)劑）底物其他對酶活性影響促進同促反應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)異促反應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)抑制同促反應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)異促反應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十四頁，共一百零三頁。ATP別構(gòu)激活劑CTP別構(gòu)抑制劑1.天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十五頁，共一百零三頁。調(diào)節(jié)亞基催化亞基揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十六頁，共一百零三頁。ATCase由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基構(gòu)成：

大亞基為催化亞基，有催化活性，不與ATP和CTP結(jié)合；小亞基為調(diào)節(jié)亞基，無催化活性，能與ATP和CTP結(jié)合;揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十七頁，共一百零三頁。

2.3－磷酸甘油醛脫氫酶是糖分解途徑中的重要酶。與供能有關(guān)。具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶代表

該酶含4個亞基，可和4個NAD+結(jié)合，但結(jié)合常數(shù)不相同，酶結(jié)合NAD+后，發(fā)生構(gòu)象變化。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十八頁，共一百零三頁。即使NAD+濃度很低，酶也能結(jié)合，但是結(jié)合兩個NAD+后，再要結(jié)合第三/四個NAD+就很難，需要提高濃度至少兩個數(shù)量級。實驗結(jié)果表明，酶只能結(jié)合兩分子NAD+，酶結(jié)合NAD+的位點，只有一半起反應(yīng)——稱為半位反應(yīng)性這是一種極端負(fù)協(xié)同效應(yīng)。說明在一定底物濃度范圍內(nèi)，底物濃度的變化不足以影響酶反應(yīng)速率。這是負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶的特點。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第六十九頁，共一百零三頁。別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑3、別構(gòu)酶的性質(zhì)（1）多亞基一部分亞基有活性中心，另一部分有別構(gòu)調(diào)節(jié)中心揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十頁，共一百零三頁。S形曲線（正協(xié)同）表觀雙曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）（2）別構(gòu)酶的動力學(xué)揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十一頁，共一百零三頁。協(xié)同指數(shù)CI（cooperativityindex）又稱為飽和比值Rs（saturationratio）可用于鑒別不同的協(xié)同作用以及協(xié)同作用的程度。n代表協(xié)同系數(shù)（Hill系數(shù)）典型的米氏酶Rs＝81具正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶Rs<81，愈小效應(yīng)愈顯著；具負(fù)協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶Rs>81，愈大效應(yīng)愈顯著。n=1n>1n<1揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十二頁，共一百零三頁。（3）K型效應(yīng)物和V型效應(yīng)物：K0.5：別構(gòu)酶催化反應(yīng)達到1/2Vmax時的[S]改變K0.5不改變Vmax：K型效應(yīng)物改變Vmax，不改變K0.5：V型效應(yīng)物揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十三頁，共一百零三頁。A為K型效應(yīng)物B為V型效應(yīng)物+.加激活劑；-.加抑制劑揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十四頁，共一百零三頁。別構(gòu)酶經(jīng)加熱或用化學(xué)試劑等處理，可引起別構(gòu)酶解離，失去調(diào)節(jié)活性。脫敏后表現(xiàn)為米氏酶動力學(xué)雙曲線（4）脫敏作用揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十五頁，共一百零三頁。4、別構(gòu)模型1、對稱或協(xié)同模型（symmetryorconcertedmodel,也稱齊變模型、MWC模型）1965年由Monod、Wyman和Changeux提出。該模型的要點:揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十六頁，共一百零三頁。2、序變模型（sequentialmodel，也稱KNF模型）1966年由Koshland、Nemethy和Filmer提出。該模型的要點:揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十七頁，共一百零三頁。（二）酶原的激活酶原(zymogen)：酶的無活性的前體酶原的激活：由無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程。酶原激活的意義：在特定的環(huán)境和條件下發(fā)揮作用；避免細(xì)胞自身消化；有的酶原可以視為酶的儲存形式。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十八頁，共一百零三頁。酶原激活的機理:酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽在特定條件下?lián)P州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第七十九頁，共一百零三頁。胰蛋白酶的激活纈天天天天賴異纈甘組SS絲SS腸激酶（激活作用）纈天天天天賴異甘組SS絲纈SS活性中心胰蛋白酶原胰蛋白酶為什么不直接以酶形式存在呢？保護正常組織不受傷害?；钚圆课粨P州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十頁，共一百零三頁。胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶+碎片胰凝乳蛋白酶原α-胰凝乳蛋白酶+兩個二肽羧基肽酶原A羧基肽酶A+碎片腸激酶自身催化腸激酶啟動的酶原激活出血性胰腺炎發(fā)病機制？揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十一頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十二頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十三頁，共一百零三頁。凝血機制：1、受傷血管收縮減少血流；2、血小板粘聚成栓堵住傷口；3、凝血相關(guān)因子的級聯(lián)激活作用揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十四頁，共一百零三頁。共價調(diào)節(jié)酶——通過其它酶對其多肽鏈上的某些基 團進行可逆的共價修飾。可逆的共價修飾，使酶處于活性/非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶的活性。（三）可逆的共價修飾可逆的共價修飾形式有5～6種，其中最重要的一種是磷酸化修飾。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十五頁，共一百零三頁。酶酶-P

蛋白激酶，磷酸化磷酸酶，脫磷酸化酶的活性形式：可能是磷酸化也可能是脫磷酸化由核苷三磷酸（ATP）提供磷酸基，都需Mg2+。1.蛋白質(zhì)的磷酸化蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化是生物體普遍的調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程極其重要，真核細(xì)胞1/2到1/3的蛋白質(zhì)可以磷酸化。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十六頁，共一百零三頁。底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基有兩類：（1）“P-O”鍵連接，如Thr,Ser,Tyr,Asp,Glu……（2）“P-N”鍵連接，如Lys,Arg,His……主要是磷酸化Ser、Thr，個別為Tyr。被磷酸化的殘基可以是一個、兩個或多個。多數(shù)蛋白激酶表現(xiàn)一定的底物特異性，但是很少絕對特異性。底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基附近的氨基酸組成和順序有其共有的特性。見下表揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十七頁，共一百零三頁。X代表任何的氨基酸；B代表任何疏水氨基酸；Sp,Tp,和Yp表示已經(jīng)磷酸化的Ser,Thr和Tyr殘基。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十八頁，共一百零三頁。主要是SerThr揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第八十九頁，共一百零三頁。信使依賴性非信使依賴性cAMP依賴性（PKA）cGMP依賴性（PKG)Ca2+/磷脂依賴性（PKC)胞內(nèi)信使激素/生長因子依賴性蛋白激酶2.蛋白激酶一個非常大的家族，已發(fā)現(xiàn)至少200種，結(jié)構(gòu)上有很大的相似性，進化上相關(guān)。根據(jù)底物磷酸化類型分為：Ser/Thr型和Tyr型。根據(jù)調(diào)節(jié)物分為：揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十頁，共一百零三頁。3.幾種重要的蛋白激酶（1）蛋白激酶A（PKA）或cAMP依賴性蛋白激酶（cAPK)激活：磷酸化酶激酶、甘油三酯酶、酪氨酸羥化酶、RNA聚合酶II等，抑制：糖原合成酶、乙酰CoA羧化酶、丙酮酸激酶等。（2）蛋白激酶C（PKC)廣泛分布在真核細(xì)胞特別是哺乳動物細(xì)胞的一種蛋白激酶，以無活性形式存在胞液中，當(dāng)被Ca2+等激活后轉(zhuǎn)移到膜上，PKC對調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝，分化，生長，增殖及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等起重要作用。（3）磷酸化酶激酶（PhK)是糖原代謝中一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶，其催化的反應(yīng)是通過磷酸化作用使無活性的磷酸化酶b轉(zhuǎn)化成有活性的磷酸化酶a，從而加強糖原分解代謝揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十一頁，共一百零三頁。六、同工酶（isoenzyme）（一）定義：

催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十二頁，共一百零三頁。（二）特點：1、都是寡聚酶2、不同的亞基組成3、不同亞基的活性中心非常相似4、組織分布部位不同5、所催化的反應(yīng)有側(cè)重點揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十三頁，共一百零三頁。如：揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十四頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十五頁，共一百零三頁。揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十六頁，共一百零三頁。生理及臨床意義

同工酶可以作為遺傳標(biāo)志，用于遺傳分析研究；用于解釋發(fā)育和組織分化過程中階段特有的代謝特征；在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；同工酶譜的改變有助于對疾?。ㄓ绕涫前┌Y）的診斷。心肌梗塞和肝病病人血清LDH同工酶譜的變化1酶活性心肌梗塞酶譜正常酶譜肝病酶譜2345揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十七頁，共一百零三頁。12345酶活性遷移位置酶活性遷移位置ab(a)LDH同工酶電泳圖譜(b)（a）正常人LDH同工酶電泳圖譜,（b）心肌梗塞病人血清LDH同工酶電泳圖譜12345揚州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物化學(xué)精品課程第九十八頁，共一百零三頁。1．酶的活性中心是指：A．酶分子上含有必需基團的肽段

B．酶分子與底物結(jié)合的部位C．酶分子與輔酶結(jié)合的部位

D．