食品酶学-酶的分子结构与催化功能

1、第二章 酶的分子结构与催化功能 第一节 酶分子组成 酶酶 单纯酶单纯酶 结合酶结合酶（全酶）（全酶）= 酶蛋白酶蛋白 + 辅因子辅因子 辅因子辅因子 辅酶辅酶 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 辅基辅基 与酶蛋白结合得紧密的小分子有机物。 金属激活剂金属激活剂 金属离子作为辅助因子。 蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构以及大分子组 织形式。 酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。 辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。 第二节 酶的结构与功能 酶蛋白的结构,包括一级结构和高级结构,与 酶的催化功能密切相关，结构的改变会引 起酶催化作用的改变或者丧失。 研究酶结构与功能的关系是酶学

2、的核心课 题。 一、酶的活性中心 （一）活性中心（一）活性中心 酶蛋白上只有少数氨基酸残基参与酶对底物的结合和 催化，这些相关氨基酸残基在空间上比较靠近，形成 一个与酶显示活性直接有关的区域（在酶分子表面上 具有三维结构的特定区域）,称为酶的活性中心，又称 活性部位(active site）。 构成活性中心的化学基团实际上就是酶蛋白氨基酸残 基的侧链，有时尚包括肽链末端的氨基酸。 胰凝乳蛋白酶活性中心含有Ile16、His57、Asp102、 Asp194、ser195。在酶原形式时它们分散在一条肽链上, 但酶原经激活后，形成A、B、C三条肽链。前3个残基 在B链,后2个在C链。依靠肽链的折叠

3、，包括肽链间的二 硫键，使这些互相远离的基团靠近。 (二)必需基团 酶活性中心的一些化学 基团为酶发挥催化作用 所必需，故称为必需基 团。 在酶活性中心以外的区 域，也有不和底物直接 作用的必需基团，称为 活性中心外的必需基团。 这些基团与维持整个酶 分子的空间构象有关， 间接地对酶的催化活性 发挥作用。 Koshland将酶分子中的氨基酸残基或其侧 链基团分成四类： 1. 接触残基(contact residues) 如R1、R2、R6、R8、R9、R163、R164和R165。和底物直接接触, 参与底物的化学转变，是活性中心的主要组成部分。这些残基 中的一个或几个原子与底物分子的一个或多原

4、子接触的距离都 是一键距离(即0.150.2nm)之内。 2. 辅助残基(auxiliary residues) 如R4，虽未直接与底物接触，但在使酶与底物相互结合以 及在辅助接触残基发挥作用上起着一定的作用。辅助残基也是 活性中心一个不可缺少的组成部分。 接触和辅助残基组成酶的活性中心。 接触残基的侧链中，有的可能担负和底物结合的作用, 称为 结合基团；有的可能参与使底物转变成产物的催化作用，称 为催化基团。 结合基团也可参与催化作用 辅助残基，因不与底物接触， 只能参与辅助催化基团的作 用，如质子的供给或接受等。 3、结构残基(structural residues) 如R10、R162、

5、R169等，这些残基在维持酶蛋白形成一 种有规则的空间构象方面起着重要作用。对酶活性的 显示也有一定贡献，但离底物分子较远，不能列人活 性中心的范围，属于活性中心以外的必需基团。 4、非贡献残基 (non-contributing residues) 在酶的活性中心外, 不参与酶的催化功能，对酶活性的显示 不起作用。如图中的R3、R5、R7以及图中未列入的一些残基, 这些残基可以被取代， 甚至把它们去掉也不会对酶的构象 和功能产生重大改变。 （三）酶活性中心的特点（三）酶活性中心的特点 2. 2. 都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形都是酶分子表面的一个凹穴，有一定的大小和形 状，但不是

6、刚性的，而具有一定的柔性。状，但不是刚性的，而具有一定的柔性。 3. 3. 活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。活性中心为非极性的微环境，有利于与底物结合。 1. 1. 活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分活性中心在酶分子总体积中只占相当小的部分 （约（约1%1% 2%2%），相当于），相当于2 2 3 3个氨基酸残基。个氨基酸残基。 （三）酶活性中心的特点（三）酶活性中心的特点 4. 4. 底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用底物与酶通过形成较弱键力的次级键相互作用 并结合到酶的活性中心。并结合到酶的活性中心。 5. 5. 酶的活性部位并不是和底物的几何图形正好吻酶的活性部位

7、并不是和底物的几何图形正好吻 合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或合，而是在酶与底物结合的过程中，底物分子或 酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才酶分子或它们两者的构象同时发生一定变化后才 相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催相互契合，这时催化基团的位置也正好处于所催 化底物的敏感化学键部位。化底物的敏感化学键部位。 二、酶的一级结构与催化功能的关系 一级结构是酶的基本化学结构，是催化功 能的基础。一级结构的改变将使酶的催化 功能发生相应的改变。 酶原是活性酶的前体，需经激活才显示出 酶的性。 由酶原转变为活性酶，可通过酶或氢离子 的催化而实现。 胰蛋白酶原在胰蛋白酶或肠激酶

8、的作用下，使 酶原变为活性的酶。酶原转变成酶时，一级结 构仅仅发生微小的变化，在碳链的N-末端失去 了一个六肽，从而使隐蔽的活性基团解放出来, 形成了活性部位。 三、酶的二级和三级结构与催化功能的关系 二级、三级结构是所有酶都必须具有的空间结构, 是维持酶的活性部位所必须的构型。当酶蛋白的 二级和三级结构彻底改变，就可使酶遭受破坏而 丧失其催化功能。 二级和三级结构的改变，也可以使酶形成正确的 催化部位而发挥其催化功能。由于底物的诱导而 引起酶蛋白空间结构发生某些精细的改变，与适 应的底物相互作用，从而形成正确的催化部位， 使酶发挥其催化功能诱导契合学说的基础。 1.酶的变性和失活 酶受到变性

9、因素的作用，空间结构破坏，其活性 中心的构象也随着改变，酶因此失活。 有时只要维持酶活性中心各基团的相对位置，即 使一级结构受到轻微破坏，酶活性也不会改变。 牛胰核糖核酸酶(RNA酶) 有4对二硫键及很多氢键维持 其空间构象; 活性中心中有两个组氨酸（His12及 His119）。用枯草杆菌蛋白酶处理，被水解成为N端的 肽(S肽)和其余的104肽(S蛋白)两个片段，分别含有 His12和His119，两者单独存在时均无活力，但在pH7.0的 介质中，将两者1:1混合，并使S肽与S蛋白间形成氢键 及疏水键连接，则20与21位之间的肽键虽不能恢复，但 活力能恢复。这是因为S肽上的His12又与s蛋

10、白上的 His119互相靠近，恢复了原来活性中心的空间构象。 核糖核酸酶在其核糖核酸酶在其C C末端用羧酸酶去掉末端用羧酸酶去掉3 3个氨基酸时，对个氨基酸时，对 酶的活性几乎没有影响，而若用胃蛋白酶去掉酶的活性几乎没有影响，而若用胃蛋白酶去掉C C末端末端 的的4 4个氨基酸时，则酶活性全部丧失。个氨基酸时，则酶活性全部丧失。 核糖核酸酶，有活性核糖核酸酶，有活性 没活性没活性 有活性有活性 酶蛋白的变性有时是可逆的。当某些化学 变性剂去除后，酶可以恢复原有的空间构 象，并恢复酶活力。 牛胰核糖核酸酶经尿素及-巯基乙醇处理后发 生变性，当透析去除变性剂后，酶可自动折叠 成具有催化活性的原始形

11、式。 2.活性中心的挠性 近年来的研究证明：酶蛋白活力的变化和变 性时空间构象的改变并不是同步的。 用紫外分光差光谱、荧光光谱、圆二色光谱、 光散射和内埋巯基暴露等手段研究肌酸激酶、 核糖核酸酶、乳酸脱氢酶及3一磷酸甘油醛脱氢 酶等在盐酸胍和尿素溶液中变性不同时间的构 象变化(即肽链去折叠的过程)，同时测定酶活力 的下降，发现：酶活力的丧失往往先于上述常 规手段所测出的酶分子的整体构象变化。 热变性实验同样证明，酶活性丧失在前，整体 构象变化在后。 进一步用探测活性中心构象的方法来研究(如3-磷酸甘 油醛脱氢酶活性中心的巯基被羧甲基化后再经激发光 照，可在活性中心生成具有荧光的NAD共价结合物

12、， 可通过荧光改变来探测活性中心的构象变化)，结果发 现，活性中心的构象的改变先于酶分子整体的构象改 变，而且与活力丧失几乎同步。 即：酶的活性中心的空间结构相对酶分子整体而言， 处于分子中一个挠性的局部区域，是由较弱的化学键 维持其空间结构，对各种变性因素较为敏感。 低浓度的变性剂在一定条件有时反而使酶激活，也可 证明活性中心的可塑性。 3.酶分子的结构域 结构域(domain)是指蛋白质肽链中一段较独立的具 有完整、致密立体结构的区域，一般由40400个 氨基酸残基组成。 大多数酶都有一个以上的结构域，如弹性蛋白酶 两个十分类似的结构域，而木瓜蛋白酶则有两个 很不一样的结构域。结构域在蛋白

13、质肽链的折叠 和变构调节等现象中具有重要作用。 不同的结构域常有不同的功能。 在大多数蛋白激酶中，两个不同功能的区结构域一般 都存在于一条肽链中，形成催化结构域和调节结构域， 如cGMP依赖的蛋白激酶G(PKG)，钙-甘油二酶(佛波酯) 一磷脂依赖的蛋白激酶C(PKC)以及具有酪氨酸蛋白激酶 活性的表皮生长因子受体，其调节结构域都位于N侧， 催化结构域位于C侧。 有一些多功能酶，其不同酶活力来自不同的结构域， 如大肠杆菌亮氨酰-tRNA合成酶的C端切去6000分子量 的片段后丧失了tRNA氨酰化的活性，而但保留氨基酸 活化和ATP-焦磷酸交换的活性。 已发现与凝血及纤维蛋白溶解有关的蛋白酶由6

14、种不 同的结构域以不同的组合方式装配而成，包括:一羧 基谷氨酸域、表皮生长因子域、三环(kringle)结构域、 指(finger)结构域和接触因子(CF)域以及类胰蛋白酶的催 化域。 不同蛋白酶中的相同结构域则往往有相同或类似的功 能。可以把结构域看成是酶蛋白中的一个功能单位。 对结构域的研究正方兴未艾，将来有可能利用不同的 结构域用DNA重组技术组装成新的人工酶蛋白。 四、酶的四级结构与催化功能的关系 具有四级结构的酶，按其功能可分为两类：一类与催化作 用有关，另一类与代谢调节关系密切。 只与催化作用有关的具有四级结构的酶：由数个相同的亚 基组成，每个亚基都有一个活性中心。四级结构完整时，

15、 酶的催化功能才会充分发挥出来。当四级结构被破坏时， 亚基被分离，若采用的分离方法适当，被分离的亚基仍保 留着各自的催化功能。 天冬氨酸转氨酶用温和的琥珀酸的方法使四级结构解离时，分离得 到的亚基仍各自保持催化功能；当用强烈的条件如酸、碱、表面活 性剂等破坏其四级结构时，得到的亚基没有催化活性。 与代谢调节有关的具有四级结构的酶：其组成亚基中，有 的亚基具有调节中心（激活中心和/或抑制中心），使酶的 活性受到激活或者抑制，调节酶反应的速度和代谢过程。 第三节 酶催化作用的基本理论 有过各种酶催化学说。早期学说的中心思想是 底物的活化，到世纪60年代，随着新技术的 发展，从而亦考虑到在催化反应中

16、，酶本身功 能基团的作用。 酶在进行催化反应时，首先和底物形成ES络合 物，这样分子间的催化反应就变为分子内的催 化反应。 一、酶底物复合物 酶与底物结合形成中间复合物（或称中间 络合物）。 复合物的形成是专一性决定的过程，也是 变分子间反应为分子内反应的过程，同时 又是诱导契合过程。由于中间复合物的形 成，酶和底物的结构都将发生有利于催化 反应进行的变化。 （一）酶一底物复合物存在的证据 光谱技术是证明ES复合物存在的有效手段。 醇脱氢酶（ADH）的底物NADH在游离状态下， 于340nm处有一吸收峰，但加入ADH后,吸收 峰移向328nm，再加入巯基试剂对氯汞苯甲酸 又使吸收峰回到340n

17、m，证明NADH和ADH的 结合是通过ADH的巯基介导的。 催化丝氨酸和吲哚合成色氨酸的色氨酸合成酶 含有磷酸吡哆醛辅基，后者能在激发下发出荧 光。当单加入丝氨酸而尚无吲哚时, 其荧光强度 显著增加，再加入吲哚，就使荧光淬灭，低于 单独酶的荧光，这就证明酶-丝氨酸复合物和酶 -丝氨酸-吲哚复合物的存在。 大分子底物和酶的复合物可用电子显微镜直接观 察 DNA聚合酶与DNA的复合物。即使小分子底物也可用 X射线衍射法获得酶-底物复合物的信息，如羧肽酶A是 通过哪些残基和底物甘氨酰-L-酪氨酸结合的以及溶菌 酶的最小六糖底物是怎样“躺”在酶分子表面的狭长 凹穴中，目前都已研究清楚。 有些双底物的酶

18、可在只有一种底物的情况下加以 提纯或结晶，如3一磷酸甘油醛脱氢酶需要加入一 定量的NAD+才能结晶，这也是酶一底物复合物的 直接证据。 现已充分证明:底物是通过酶的活性中心和酶结合 的。 (二)酶与底物形成复合物的作用力 酶与底物的结合与稳定酶分子的三维结构的力是相同的。 1.离子键 底物分子上的电荷和酶分子上相反电荷之间的作用, 离子键受溶剂、盐浓度、酶活性部位的微环境以及酶活性部位的 侧链基团等因素的影响。 2.氢键 底物和酶结合的一种重要的相互作用力。 酶分子可以在主链与侧链之间以及某些侧链之间形成氢键。氢键 在水中仍然可以保持，但强度减弱。在酸、碱液中氢键不存在。 在高温或各种变性剂的

19、作用下，氢键会被破坏。 3.范德华力 一种非专一性的相互作用力，比离子键和氢键都弱。 酶与底物之间的有效范德华引力作用,，只有在它们相互之间处于 立体互补的情况下才能发生作用。在酶和底物的结合过程中，许 多原子基团间的范德华引力的总和将会产生相当大的作用。 二、酶的催化作用本质 酶和一般催化剂的共性 用量少而催化效率高； 它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化 学反应平衡。酶本身在反应前后也不发生变化。 酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的 活化能，从而加速反应的进行。 过渡态过渡态 三、酶作用的专一性机制 （一）（一）酶作用的专一性（底物特异性）酶作用的专一性（底物特异性） （Subs

20、trate-specificity） （1）低特异性低特异性（Low specificity）:不能辨别底物，仅能对不能辨别底物，仅能对 裂开的键表现特异性，如非特异性脂酶。裂开的键表现特异性，如非特异性脂酶。 （2 2）基团特异性）基团特异性（Group specificity）: : 对于相邻于特定对于相邻于特定 基团的一个特殊的化学键表现出特异性。基团的一个特殊的化学键表现出特异性。 胰蛋白酶对羧基一侧为精氨酸和赖氨酸的肽键表现胰蛋白酶对羧基一侧为精氨酸和赖氨酸的肽键表现 特异性。特异性。 O O X-NH-CH-C-NH-CH-COOH ( X-NH-CH-C-NH-CH-COOH (

21、精氨酸或赖氨酸精氨酸或赖氨酸) ) | | | | R R1 1 R R2 2 。 （3 3）绝对特异性）绝对特异性（Absolute specificity） 酶仅作用于一种底物并催化一个反应。例如，脲酶只酶仅作用于一种底物并催化一个反应。例如，脲酶只 能催化脲素水解，不能催化甲基脲水解。能催化脲素水解，不能催化甲基脲水解。 （4 4）立体化学特异性）立体化学特异性（Stereochemical specificity） 通常显示出正确无误和完全的立体定向性，能区别光通常显示出正确无误和完全的立体定向性，能区别光 学或立体异构体。几乎总是选择一对对映体中的一种形式学或立体异构体。几乎总是选择

22、一对对映体中的一种形式 做底物，除非酶的特异功能是催化对映体的异构化。做底物，除非酶的特异功能是催化对映体的异构化。 （二）酶作用的专一性机制 有多种学说，得到广泛支持的有：有多种学说，得到广泛支持的有： 锁钥学说锁钥学说 诱导契合学说诱导契合学说 过渡态学说过渡态学说 共同点：共同点： 酶的作用专一性必须通过它的活性中心酶的作用专一性必须通过它的活性中心 和底物结合后才表现出来。和底物结合后才表现出来。 1.锁钥学说 1894年，德国有机化学家E.Fisher提出。 酶与底物结合时，酶活性中心的结构与底物的结构必 须吻合， 就如同锁和钥匙一般，非常配合地结合形成 中间复合物)。当中间复合物形

23、成时，会促进底物结构 发生某些化学变化(如底物分子的键被扭曲)，变形而断 裂，转变为产物。 可解释酶的立体化学专一性和底物饱和曲线动力学。 在酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位，这个活性部位在结在酶的表面存在着一个特殊形状的活性部位，这个活性部位在结 构上能与底物精确地互补。底物与酶之间存在某种立体专一结合。底构上能与底物精确地互补。底物与酶之间存在某种立体专一结合。底 物类似钥匙，酶类似锁。物类似钥匙，酶类似锁。 获得相当多的事实支持。 乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱水解。要求底物中 的胆碱氮带正电，为此可推测：酶分子中至少 有一个阴离子部位与酯解部位。事实是，这两 部位间有严格的距离，胆碱和酰

24、基间多或少一 个-CH2-都不适于作底物或竞争抑制剂，而符合 这种键长、键角要求的化合物都能与该酶发生 作用（被酶催化水解或者抑制酶）。 缺点： 认为酶的结构是刚性的， 难以解释一个酶可以 催化正、逆两个反应，因产物(或逆反应的底物) 的形状、构象和底物完全不同。 2.诱导契合学说 1958年，Koshand提出 酶分子(包括辅酶在内)的构象与底物原来并非恰当吻 合，只有底物分子与酶分子相碰时，才可诱导后者 的构象变得能与底物配合， 然后才结合形成中间复 合物，进而引起底物分子发生相应的化学变化。 诱导楔合模型要点：诱导楔合模型要点： （a a）当底物与酶的活性部当底物与酶的活性部 位结合时，

25、酶蛋白的几何位结合时，酶蛋白的几何 形状有相当大的改变；形状有相当大的改变； （b b）催化基团催化基团的的精确定向精确定向 对于底物转变成产物是必对于底物转变成产物是必 需的；需的； （c c）底物诱导酶蛋白几何底物诱导酶蛋白几何 形状的改变形状的改变使得催化基团使得催化基团 能精确地走向和底物结合能精确地走向和底物结合 到酶的活性部位上去。到酶的活性部位上去。 A、B催化基团催化基团 C结合基团结合基团 在用X光衍射法研究溶菌酶、弹性蛋白酶等 与底物结合后结构的改变中得到了证实。 能解释锁钥学说不能解释的实验事实，但 也有局限性： 不是酶的底物或酶的抑制物，不能诱导酶分子 的构象发生变化，

26、或即使有少许变化，也不能 使酶分子与有关催化基团处于互补契合位置。 实际上，大于底物或小于底物的类似物亦能诱 导酶分子的构象发生变化。 3.过渡态学说(transition state theory) Linus Pauling （20世纪40年代）提出的过渡态理论认为：酶 与底物的过渡态互补，亲和力最强，释放出结合能使ES的 过渡态能级降低，有利于底物分子跨越能垒，使酶促反应 大大加速。 “过渡态”是反应物分子处于被激活的状态，是反应途径 中分子具有最高能量的形式。不同于反应中间物。它只不 过是一个短暂的分子瞬间。在这一瞬间分子的某些化学键 正在断裂和形成并达到能崩解生成产物或再返回生成反应

27、 物的程度。 过渡态学说认为，酶的作用专一性既寓于酶与底物的结合， 也寓于酶对底物的催化，酶与底物的结合不仅促成了结合 基团和催化基团的正确取位，同时也为下一步酶对底物的 催化做了准备。 .表示正在形成和断裂的化学键表示正在形成和断裂的化学键 乙酸乙酯的水解反应乙酸乙酯的水解反应: 过渡态看来过渡态看来: 过渡态是一种变动的分子。过渡态是一种变动的分子。 20世纪70年代以来，对很多酶促反应的过 渡态类似物(人工设计出的类似过渡态的稳 定分子)的研究发现，这些过渡态类似物与 酶的结合比底物与酶的结合紧密102106倍， 证明了酶与反应过渡态互补的概念是正确 的。 过渡态学说涵盖了对专一性机制和

28、对高效 性机制的解说。 第四节 酶在生物体内存在的几种形式 一、单体酶、寡聚酶和多酶复合物单体酶、寡聚酶和多酶复合物 酶和其他蛋白质一样，由种L-氨基酸 组成,也有特定的氨基酸排列和特定的空 间结构。根据酶蛋白分子结构可将酶分 为三类。 单体酶单体酶 寡聚酶寡聚酶 多酶复合物多酶复合物 （一）单体酶(monomeric enzyme) 仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参 与水解反应。 （二）寡聚酶（二）寡聚酶（oligomeric enzyme） 寡聚酶具有四级结构，至少有2个亚基,多的可达60个以上， 相对分子质量在3.5万至百万以上。组成寡聚酶的亚基可以 相同，也可以不同。亚基之间以非共

29、价键结合。 有的亚基上有结合基团，叫结合亚基，有的亚基上有催化 基团，叫催化亚基。 亚基分离时没有活性。 （三）多酶复合体（三）多酶复合体(multienzyme complex) 多酶复合体是指几个酶嵌合而成的络合物，又称多酶络 合物。一般由26个功能相关的酶组成，有利于生化反应 的连续进行，以提高酶的催化效率，同时也便于机体对酶 的调控。 丙酮酸脱氢酶系（丙酮酸脱氢酶系（E.coliE.coli）：丙酮酸脱氢酶（）：丙酮酸脱氢酶（E E ）、 ）、 硫辛酰转乙酰酶（硫辛酰转乙酰酶（E E ）和二氢硫辛酰脱氢酶（ ）和二氢硫辛酰脱氢酶（E E ）。 ）。 E E E 碱性 E E E + E

30、 E + 脲 二、同工酶（isozyme） 同工酶是指能催化相同的化学反应，但蛋白质分子结构不 同的一组酶。 由于蛋白质分子结构不同，各同工酶的理化性质、免疫学 性质都存在很多差异。 同工酶不仅存在于同一机体的不同组织中，也存在于同一 组织细胞的不同亚细胞结构中。 已陆续发现的同工酶达数百种，其中研究得最多的是乳酸 脱氢酶(LDH)。哺乳动物中有5种乳酸脱氢酶同工酶. NAD+ NADH + H+ CH3-CHOH-COOH CH3-CO- COOH 乳酸 丙酮酸 用电泳法分离LDH可得到5种同工酶区带。都是 由H和M二种不同类型的亚基组成的四聚体。 乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱乳酸脱氢酶同工酶电

31、泳图谱 是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传是研究代谢调节、个体发育、细胞分化、分子遗传 等方面的有力工具。等方面的有力工具。 研究蛋白质结构和功能的好材料。研究蛋白质结构和功能的好材料。 在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用在临床医学、农业遗传育种、病理分析上都有应用 价值价值 。 同工酶的测定可作为某些疾病的诊断 指标。 正常人血清LDH主要来自红细胞渗出， 活力很低。当某一组织病变时，血清 LDH同工酶电泳图谱会发生变化。如肝 细胞受损早期，LDH总活性在正常范围 内，但LDH5升高；急性心肌病变时， LDHl可升高。 蜂蜜品质同工酶电泳检测 比较两种天然蜂蜜与掺假所用的

32、工业淀粉酶的同 工酶电泳，发现天然蜂蜜的淀粉酶同工酶酶谱和 工业淀粉酶的同工酶酶谱存在差异。 三、别构酶与修饰酶 别构酶(变构酶)与修饰酶统称为调节酶。 调节酶通常在一连串的反应中催化单向反 应，或催化反应速度最慢的反应步骤。其 活性的改变可以决定全部反应的总速度， 甚至可以改变代谢的方向，故又称为限速 酶(或关键酶)。 （一）别构酶（allosteric enzyme） 一类较复杂的寡聚酶，除具有活性中心外，还具有别构中 心。 活性中心负责对底物结合和催化，别构中心则与调节催化速度有 关。当某些代谢物以非共价方法结合于别构中心部位后，可使酶 蛋白的构象发生改变，从而改变酶活性，这种效应称为别

33、构效应。 可发生别构效应的酶称为别构酶，可引发别构效应的代谢 物称为别构效应剂。 别构酶通常由多个亚基组成，活性中心和别构中心可分布 在不同的亚基，也可分布在同一亚基的不同部位，能结合 别构效应剂的亚基为别构亚基。 别构效应剂一般为小分子代谢物，可以是别构酶的底物， 也可以是代谢通路上的产物。根据别构效应剂与酶结合后 的效果，可将其分为两类，使酶活性升高者称为别构激活 剂，使酶活性降低者称为别构抑制剂。 异柠檬酸脱氢酶是别构酶，NAD+、ADP和柠檬酸是该酶的 别构激活剂，而NADH和ATP是别构抑制剂。 变构酶的特点：变构酶的特点： 变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中变构酶分子上除了活性

34、中心外，还有调节中 心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有 的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。 变构酶的变构酶的 v-S v-S 的关系不符合米氏方程，所的关系不符合米氏方程，所 以其曲线不是双曲线型。以其曲线不是双曲线型。 已知的变构酶都是寡聚酶。已知的变构酶都是寡聚酶。 （二）修饰酶(modification enzyme) 1、修饰酶的类型 某些酶能在其他酶的催化下，通过共价键可逆 结合某种化学基团，从而改变其活性，这种作 用称为共价修饰调节，这类酶称为共价修饰酶 或化学修饰酶。 修饰酶活性的改变是通过共价键结合

35、，别构酶 活性的改变是通过非共价键结合。 修饰酶的共价修饰有磷酸化/脱磷酸化、乙酰化 /去乙酰化、腺苷化/去腺苷化、甲基化/去甲基 化、-SH/- S-S-等，其中磷酸化/脱磷酸化最为常 见。 2、修饰酶的特点 （1）绝大多数修饰酶具有无活性/有活性(或低活性/高 活性)两种形式，催化其正逆两方向反应的酶不 同，且受激素或第二信使的调节。 （2）耗能少 磷酸化/脱磷酸化是最常见的共价修饰。 每个亚基磷酸化仅仅需1分子ATP，比生物合成 多肽链消耗的ATP少得多，速度也快得多。 （3）效率高 由于化学修饰反应一般是酶促反应，且 受体内调节因子控制，故对调节信号有快速、放 大的效应。体内酶促化学修

36、饰反应往往是连锁反 应，即一种酶经化学修饰后，被修饰的酶又可催 化另一种酶分子进行化学修饰，每修饰一次就产 生一次放大效应。因此，极少量的调节因子经化 学修饰酶的逐级放大，可产生显著的生理效应。 环磷腺苷 四、结构酶(组成酶)与诱导酶 根据合成与代谢的关系，将酶相对地分为结构酶 和诱导酶。 结构酶(structural enzym)是细胞以恒定速率和恒定数量生 成的那些酶类，亦称组成酶。细胞中天然存在, 含量较 稳定， 一般不受外界条件的影响。 诱导酶(induced enzyme)是指细胞中进入特定的诱导物后, 被诱导生成的。其有无及含量的多少受外界条件的影 响。 在某些种类的细菌细胞中，正

37、常时只存在痕迹量 的诱导酶，但当培养基中有特定的诱导物(往往是 该酶的底物或底物类似物)时，酶的数量能迅速增 加1000多倍，尤其当这种底物是细胞唯一的碳源 时。 光 度 密 小时（h） 14 39 29.5 26.5 43.5 13.5 (a) (b) (c) 0 10 20 30 40 50 60 70 E.coli二度生长现象二度生长现象 a：葡萄糖：葡萄糖50 g/mL，山梨糖醇，山梨糖醇150 g/mL；b：葡萄：葡萄 糖糖100 g/mL，山梨糖醇，山梨糖醇100g/mL；C：葡萄糖：葡萄糖 150g/mL；山梨糖醇；山梨糖醇50 g/mL） 五、胞内酶与胞外酶 按酶合成后分布和存在的位置, 可将酶分为 胞内酶与胞外酶。 胞内酶(intracellular enzyme）是指那些在合成 后仍留在细胞内的酶; 胞外酶(extracellular enzyme)是指那些在合成 后分泌到细胞外而游离在发酵液中的酶。 在中文文献中常将“ectoenzyme” 译为胞外酶, 但它和通常所说的胞外酶(extracellular enzyme) 不同, 它是一种和细胞膜结合的酶, 其活性中 心位于细胞的外表面, 指向细胞外空间, 作用 还未完全清楚。 第五节