分子生物學(xué)之酶

1第三節(jié)酶

Enzyme酶的概念目前將生物催化劑分為兩類酶、核酶（RNA酶、脫氧核酶）酶是一類由活細胞產(chǎn)生的，對其特異底物具有高效催化作用的蛋白質(zhì)。

一酶的分子結(jié)構(gòu)與功能

酶的不同形式單體酶：僅具有三級結(jié)構(gòu)的酶。寡聚酶：由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接組成的酶。多酶體系：由幾種不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物。多功能酶或串聯(lián)酶：一些多酶體系在進化過程中由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。1.酶的分子組成2.活性中心3.多功能酶4.別構(gòu)酶5.酶原激活XJTU一、酶的分子組成蛋白質(zhì)部分：酶蛋白輔助因子金屬離子小分子有機化合物全酶結(jié)合酶(conjugatedenzyme)單純酶(simpleenzyme)*各部分在催化反應(yīng)中的作用酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)金屬離子的作用穩(wěn)定酶的構(gòu)象；參與催化反應(yīng)，傳遞電子；在酶與底物間起橋梁作用；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力等。小分子有機化合物的作用在反應(yīng)中起運載體的作用，傳遞電子、質(zhì)子或其它基團。輔助因子分類（按其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度）

輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。

輔基：與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。二、酶的活性中心必需基團(essentialgroup)酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)基團中，一些與酶活性密切相關(guān)的化學(xué)基團。目錄或稱活性部位(activesite)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶的活性中心(activecenter)活性中心內(nèi)的必需基團結(jié)合基團(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物

位于活性中心以外，維持酶活性中心應(yīng)有的空間構(gòu)象所必需。活性中心外的必需基團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溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團；*色氨酸62和83、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團；*A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。三多功能酶真核細胞中一條多肽鏈內(nèi)有幾種酶活性XJTU四變構(gòu)酶變構(gòu)效應(yīng)劑變構(gòu)激活劑變構(gòu)抑制劑一些代謝物可與某些酶分子活性中心以外的部位可逆地結(jié)合，使酶構(gòu)象改變，從而改變酶的催化活性，此種調(diào)節(jié)方式稱變構(gòu)調(diào)節(jié)。變構(gòu)酶的特點①

通常具有四級結(jié)構(gòu)，存在協(xié)同效應(yīng)②含有催化亞基和調(diào)節(jié)亞基（或催化部位和調(diào)節(jié)部位）變構(gòu)調(diào)節(jié)舉例

五酶原與酶原的激活酶原有些酶在細胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體，此前體物質(zhì)稱為酶原。

酶原的激活在一定條件下，酶原向有活性酶轉(zhuǎn)化的過程。

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21甘異賴纈天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS賴纈天天天天活性中心腸激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶

酶原激活的生理意義避免細胞產(chǎn)生的酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝正常進行。有的酶原可以視為酶的儲存形式。在需要時，酶原適時地轉(zhuǎn)變成有活性的酶，發(fā)揮其催化作用。

二酶促反應(yīng)的特點與機理

酶與一般催化劑的共同點在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的變化；只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)；只能加速可逆反應(yīng)的進程，而不改變反應(yīng)的平衡點。（一）酶促反應(yīng)具有極高的效率一、酶促反應(yīng)的特點酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。酶的催化不需要較高的反應(yīng)溫度。酶和一般催化劑加速反應(yīng)的機理都是降低反應(yīng)的活化能(activationenergy)。酶比一般催化劑更有效地降低反應(yīng)的活化能。反應(yīng)總能量改變非催化反應(yīng)活化能酶促反應(yīng)活化能

一般催化劑催化反應(yīng)的活化能能量反應(yīng)過程底物產(chǎn)物酶促反應(yīng)活化能的改變

活化能：底物分子從初態(tài)轉(zhuǎn)變到活化態(tài)所需的能量一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?酶的特異性(specificity)（二）酶促反應(yīng)具有高度的特異性根據(jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴格程度不同，酶的特異性可大致分為以下3種類型：絕對特異性：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物

。相對特異性：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。立體結(jié)構(gòu)特異性：作用于立體異構(gòu)體中的一種。絕對特異性酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物

。如：相對特異性酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。如：HOOCCHHOOCCH+H2OHOOCCHHCCOOH+H2OCH2COOHCHCOOHOHL-Mal延胡索酸酶延胡索酸（三）酶促反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性對酶生成與降解量的調(diào)節(jié)酶催化效力的調(diào)節(jié)通過改變底物濃度對酶進行調(diào)節(jié)等酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，以適應(yīng)機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。其中包括三方面的調(diào)節(jié)。二、酶促反應(yīng)的機理酶的作用具有底物專一性。鎖－鑰匙學(xué)說誘導(dǎo)鍥和假說酶專一性模型酶-底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說酶底物復(fù)合物E+SE+PES

酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(jié)合。這一過程稱為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式底物37三影響酶作用的因素影響因素包括有酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等?！芯恳环N因素的影響時，其余各因素均恒定。※米－曼氏方程式，簡稱米氏方程式：[S]：底物濃度V：不同[S]時的反應(yīng)速度Vmax：最大反應(yīng)速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常數(shù)(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──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)為混合級反應(yīng)。[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_一定程度反應(yīng)速度不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)[S]VVmax當(dāng)?shù)孜餄舛雀哌_一定程度反應(yīng)速度不再增加，達最大速度；反應(yīng)為零級反應(yīng)[S]VVmax目錄二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。關(guān)系式為：V=K3[E]0V[E]當(dāng)[S]>>[E]時，Vmax=k3[E]酶濃度對反應(yīng)速度的影響

雙重影響溫度升高，酶促反應(yīng)速度升高；由于酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度升高，可引起酶的變性，從而反應(yīng)速度降低。三、溫度對反應(yīng)速度的影響

最適溫度：酶促反應(yīng)速度最快時的環(huán)境溫度。*低溫的應(yīng)用酶活性0.51.02.01.50102030405060溫度oC溫度對淀粉酶活性的影響

四、pH對反應(yīng)速度的影響

最適pH：酶催化活性最大時的環(huán)境pH。0酶活性

pH

pH對某些酶活性的影響

胃蛋白酶淀粉酶膽堿酯酶246810五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響酶的抑制劑(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。

區(qū)別于酶的變性

抑制劑對酶有一定選擇性引起變性的因素對酶沒有選擇性

抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)(一)不可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心的必需基團相結(jié)合，使酶失活。

*舉例有機磷化合物羥基酶解毒------解磷定(PAM)重金屬離子及砷化合物巰基酶解毒------二巰基丙醇(BAL)

（二）可逆性抑制作用*概念抑制劑通常以非共價鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制

*類型１.競爭性抑制作用+IEIE+SE+PES反應(yīng)模式定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。

競爭性抑制*舉例

丙二酸與琥珀酸競爭琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸2.非競爭性抑制抑制劑與酶活性中心外的必需基團結(jié)合，底物與抑制劑之間無競爭關(guān)系。非競爭性抑制3.反競爭性抑制

抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物結(jié)合，使ES的量下降反競爭性抑制

抑制作用的類型不可逆性抑制可逆性抑制：競爭性抑制(competitiveinhibition)非競爭性抑制(non-competitiveinhibition)反競爭性抑制(uncompetitiveinhibition)DNA復(fù)制、損傷與修復(fù)第四節(jié)1.DNA復(fù)制DNA復(fù)制依賴于特殊的堿基配對堿基互補配對原則

A＝TG≡C

DNA復(fù)制是半保留式的

1953年，Watson&Crick提出

DNA復(fù)制發(fā)生在細胞分裂周期的S期DNA雙螺旋在解旋酶的作用下解旋，2條鏈中間的堿基對分開，成為2條單鏈；每一條單鏈都作為模板；每條鏈上暴露出來的堿基各自與一個游離于核中的4種三磷酸脫氧核苷酸（T、G、A、C）按照堿基配對原則配對，形成與之互補的核苷酸；DNA半保留式復(fù)制：在與單鏈上配對的核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，在DNA聚合酶的作用下形成鏈條新的互補鏈（子鏈），其中DNA聚合酶只能使核苷酸按5’3’

方向連接。最終形成各含一條母鏈和一條子鏈的2個雙鏈DNA分子。DNA半保留式復(fù)制：半保留模型DNA聚合酶和岡崎片段（半不連續(xù)復(fù)制）

DNA聚合酶的共同特點：（1）需要提供合成模板；需要Mg2＋催化；（2）不能起始新的DNA鏈，必須要有引物提供3’-OH；（3）合成的方向都是5’→3’（4）除聚合DNA外還有其它功能。

而DNA母鏈（模板鏈）方向為5’→3’和3’→5’，如何解決這一矛盾？DNA聚合酶和岡崎片段（半不連續(xù)復(fù)制）岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制模型在5’→3’這一模板上，DNA聚合酶仍按照5’→3’方向先反方向地合成一系列小的片段，稱為岡崎片段然后這些小片段再通過DNA連接酶的作用，互相連接起來而成長鏈。3PolymeraseIII5’3’前導(dǎo)鏈Leadingstrandbasepairs5’5’3’3’Helicase

ATP單鏈結(jié)合蛋白S