第七章酶的作用机制和酶的调节ppt课件

1、1第七章第七章酶的作用机制和酶的调理2一.酶活性部位的特点1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%);2.是一个三维实体;3.经过诱导契合的动态过程构成;4.是位于酶分子外表的一个裂痕内(疏水区域),底物有效浓度高;5.底物经过次级键较弱地力结合到酶上;6.具有柔性或可运动性.第一节 酶作用的机制3二二. .酶催化反响的独特性质酶催化反响的独特性质1.酶反响大部分反响涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反响仅涉及电子的转移(速率103s-1);2.酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的,主要的是His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参与反

2、响;3.酶催化反响的最适pH范围通常很狭小;4.与底物相比,酶分子很大;5.生物酶特有的有利条件,使上述反响进展更有利: (1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进展协同催化; (2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近; (3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反响; (4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的构成.4 三.与酶催化高效率有关的要素(一)底物和酶的临近效应和定向效应： 临近效应是在酶促反响中，底物分子结合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效浓度大大添加，有利于提高反响速度； 酶和底物复合物的构成是把分子间的反响变为分子内的反响的过程,底

3、物分子中参与反响的基团相互接近，并被严厉定向定位。定向效应指反响物的反响基团之间、酶的催化基团与底物反响基团之间的正确取位产生的效应,使酶促反响具有高效率。 科学家以为,假设临近效应和定向效应的促进作用分别到达提高反响速率104倍,临近效应加定向效应共同作用使反响速率升高108倍,这与酶提高催化效率计算数据很相近.(二) 底物的“形变 和诱导契合： 当酶遇到专注性底物时,酶中某些基团或离子使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“张力,使敏感键的一端更加敏感,底物分子发生“形变 ,底物接近过度态,降低了反响活化能,使反响易于发生.如溶菌酶与底物结合引起D-糖环构象由椅式变为半

4、椅式等例子,均为X射线晶体构造分析证明.5 (三)酸碱催化： 是经过瞬时的向反响物提供质子或从反响物接受质子 以稳定过度态,加速反响的机制. 酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反响普通都是广义的酸碱催化方式.是指向反响物提供质子,或是从反响物接受质子的作用，到达降低反响活化能。 酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进展酸碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体. 这类反响有:羧基的加成反响,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和焦磷酸参与的反

5、响. 酸碱催化可提高反响速率102-105.His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。-COOH, -NH3, -SH,+OHNHNH+-COO , -NH2, -S , -.-O-NHN:6(四)共价催化 (亲核催化或亲电子催化)催化剂经过与底物构成反响活性很高的共价过渡产物，使反响活化能降低，从而提高反响速度的过程，称为共价催化。在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲取电子,作用于底物的缺电中心或负电中心,迅速构成不稳定的中间复合物,降低反响活化能,使反响加速.酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟

6、基等。某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。7(五)金属离子催化(六)多元催化和协同效应 如亲核催化和酸碱催化共同作用.(七)活性部位微环境 活性部位位于疏水环境的裂痕中. 由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用. 8 第二节第二节 酶活性的调理控制和调理酶酶活性的调理控制和调理酶( (一一) )别构调控别构酶调理别构调控别构酶调理 特点特点: :1 1别构酶除了有活性中心外，还有别构中心；别构酶除了有活性中心外，还有别构中心； 2 2该酶可在其分子内、不同的空间位

7、置该酶可在其分子内、不同的空间位置 上的特定位点具有传送改动构象信息的才干；上的特定位点具有传送改动构象信息的才干； 3 3酶的特殊构造具有在不同外界环境条件时，酶的特殊构造具有在不同外界环境条件时， 作出选择，以到达对代谢过程的调理控制。作出选择，以到达对代谢过程的调理控制。 9别构酶的构造特征：别构酶的构造特征： 1知的别构酶几乎都是寡聚酶，由知的别构酶几乎都是寡聚酶，由2个以上的亚基个以上的亚基 组装而成，具有四级构造，分子较组装而成，具有四级构造，分子较大，经常表现出大，经常表现出 单体酶没有的特殊性质；单体酶没有的特殊性质；2普通有两个亚基，催化亚基有活普通有两个亚基，催化亚基有活性

8、中心，决议反响性中心，决议反响 的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改动，属快速调动，属快速调 节，是代谢过程关键步骤中发扬关键节，是代谢过程关键步骤中发扬关键作用的关键酶。作用的关键酶。 3别构酶在某些物质如调理物别构酶在某些物质如调理物的作用下，构象改的作用下，构象改 变，活力也发生变化，这种景象称变，活力也发生变化，这种景象称别构效应。别构效应。别构酶不遵照米氏方程。别构酶不遵照米氏方程。10别构酶的性质别构酶有和底物结合的活性部位，又有和调理物或效应物结合的调理部位调理部位与活性部位虽然在空间上是分开的，但可相互影响，经过构相的变化，产生协同效应可发生在底物底

9、物之间，调理物底物之间，调理物调理物之间，可以是正协同，或负协同11别构酶动力学别构酶动力学别构酶动力学曲线别构酶动力学曲线:正协同效应是正协同效应是S形曲线形曲线 别构酶与非别构酶动力学曲线的比较12协同指数协同指数( (饱和比值饱和比值saturation ratio Rs)saturation ratio Rs)协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度 位点被90%饱和时的底物浓度 1Rs= = 81 n 位点被10%饱和时的底物浓度 n代表协同系数(Hill系数), 常用n判别酶属于哪一种类型.典型的米氏酶Rs=81 ,即符合米氏方程的酶n=1. 具有正协同效应的酶n1; 具有负协同效应的

10、酶n1.13别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase1415 (二)酶原激活的调理酶原：没有活性的酶的前体。酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用 可转变成有活性的酶。酶原转变成酶 的过程称为酶原的激活。本质：酶原的激活本质上是酶活性部位构成或暴露 的过程。16 同功酶同功酶同功酶：能催化同一化学反响的一类酶。活性中心类似或一样：催化同一化学反响。分子构造不同：理化性质和免疫学性质不同。17 要点归纳要点归纳 1. 酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反响的特异性，以及可调理性。除了某些和反响的特异性，以及可调理性

11、。除了某些RNA之外，绝大部分之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化的反响类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异的反响类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。构酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测目的，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。纯化的监测目的，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。 3. 酶和其他催化剂一样，可以经过降低反响的活化能来提高反酶和其他催化剂一样，

12、可以经过降低反响的活化能来提高反响速度，使反响快速到达平衡点，但酶不能改动平衡点。响速度，使反响快速到达平衡点，但酶不能改动平衡点。 18 4. 酶活性部位是一个具有三维构造的疏水裂隙，除了含有疏酶活性部位是一个具有三维构造的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸经水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸经常参与酶的催化反响。酶活性部位的可离子化和可反响的氨基酸常参与酶的催化反响。酶活性部位的可离子化和可反响的氨基酸残基构成酶的催化中心。残基构成酶的催化中心。 5. 酶催化的两个主要方式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化酶催化的两个主要方式是酸碱

13、催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接纳质子，质子转移可以促中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接纳质子，质子转移可以促进反响进展；在共价催化中，底物或底物中的质子与酶共价结合进反响进展；在共价催化中，底物或底物中的质子与酶共价结合构成反响的中间产物。构成反响的中间产物。 6. 酶促反响速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底酶促反响速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反响物浓度急剧物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反响物浓度急剧增高，将大大加速酶促反响的速度。底物诱导酶结合，一旦酶结增高，将大大加速酶促反响的速度

14、。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物到达过渡态时，酶对底物的亲和合底物后又使底物变形，当底物到达过渡态时，酶对底物的亲和力最大，使反响活化能降低，容易将底物转化为产物。力最大，使反响活化能降低，容易将底物转化为产物。 19 9. 酶促反响速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可酶促反响速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制Km添加，而添加，而Vmax不变、非竞争性抑制不变、非竞争性抑制Vmax减少，减少，Km不不变；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共

15、价结合。利用不可变；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共价结合。利用不可逆抑制剂处置酶，有能够获得活性部位氨基酸残基的信息和解释酶逆抑制剂处置酶，有能够获得活性部位氨基酸残基的信息和解释酶催化的机制。催化的机制。 10. 酶促反响受酶促反响受pH和温度的影响，大多数酶都存在一个最适和温度的影响，大多数酶都存在一个最适pH和和最适温度，但最适最适温度，但最适pH和最适温度都不是酶的特征常数。在最适和最适温度都不是酶的特征常数。在最适pH和最适温度下酶促反响具有最大反响速度，大多数酶的反响速度和最适温度下酶促反响具有最大反响速度，大多数酶的反响速度-pH以及反响速度以及反响速度-温度曲线是钟形曲线

16、。温度曲线是钟形曲线。 20 11. 许多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在适宜的条件下酶原许多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在适宜的条件下酶原经过有选择的蛋白水解被激活，这一过程称为酶原激活。经过有选择的蛋白水解被激活，这一过程称为酶原激活。 12. 某些酶是调理细胞内代谢速度的关键酶。在反响抑制中，某些酶是调理细胞内代谢速度的关键酶。在反响抑制中，途径的终产物往往抑制该途径的第一个酶。别构酶的调理酶的活途径的终产物往往抑制该途径的第一个酶。别构酶的调理酶的活性遭到特殊的调理剂调理，调理剂可逆地结合在别构酶的调理部性遭到特殊的调理剂调理，调理剂可逆地结合在别构酶的调理部位经常是底物结合部位以外的部位。调理剂可以是抑制剂或位经常是底物结合部位以外的部位。调理剂可以是抑制剂或激活剂；调理剂也可以是底物本身或其他代谢物。激活剂；调理剂也可以是底物本身或其他代谢物。 21 13. 别构酶普通