酶的作用机制和酶的调节101214

1、第三部分第三部分 酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节一、酶的活性部位一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制五、酶活性的调节控制六、同工酶六、同工酶一、一、 酶的活性部位酶的活性部位 在酶蛋白分子上，酶的特殊催化能力只局限在酶分子的一定区在酶蛋白分子上，酶的特殊催化能力只局限在酶分子的一定区域，也就是说，只有域，也就是说，只有少数一些特异的氨基酸残基少数一些特异的氨基酸残基与酶的催化能力直与酶的催化能力直接相关。接相关。 这些氨基酸残基比

2、较集中的区域，也就是酶分子中这些氨基酸残基比较集中的区域，也就是酶分子中与酶活力直与酶活力直接相关的区域称为酶的活性中心（活性部位）接相关的区域称为酶的活性中心（活性部位）。（一）酶活性部位的特点（一）酶活性部位的特点(P(P384384) )底物结合部位底物结合部位（决定酶的专一性）（决定酶的专一性）活性部位活性部位催化部位催化部位（决定酶所催化反应的性质）（决定酶所催化反应的性质）酶活性部位的特点酶活性部位的特点（1 1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，往往只占整往往只占整个酶分子体积的个酶分子体积的1%-2% ；（6 6）活性中心的空

3、间构象活性中心的空间构象不是刚性的，不是刚性的，在与底物接触时表现出一在与底物接触时表现出一定的定的柔性和运动性柔性和运动性。（2 2）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。 活性部活性部位在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上相互靠近位在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上相互靠近; ;（3 3）酶的活性部位并非与底物恰好互补，而是酶的活性部位并非与底物恰好互补，而是需要通过诱导契合需要通过诱导契合酶和底物结合；酶和底物结合；（4 4）酶的活性部位是酶的活性部位是位于酶表面的一个裂隙内位于酶表面的一个裂隙内，裂隙内是一个相，裂隙内是

4、一个相对疏水的环境，从而有利于同底物的结合；对疏水的环境，从而有利于同底物的结合；（5 5）底物通过底物通过次级键次级键较弱的力结合到酶上较弱的力结合到酶上; ;（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法(P(P385385) )1.1.酶分子侧链基团的化学修饰法：酶分子侧链基团的化学修饰法： 非特异性共价修饰：非特异性共价修饰：某些化学试剂能和酶蛋白中某些化学试剂能和酶蛋白中AAAA残基的侧残基的侧链基团反应而引起共价结合、氧化还原等修饰反应，使基团结构链基团反应而引起共价结合、氧化还原等修饰反应，使基团结构任意改变。如任意改变。如引起酶活力变化引起酶活力变化- -此基团为必需此基

5、团为必需( (基团基团) )；不引起酶；不引起酶活力变化活力变化-此基团为非必需。此基团为非必需。 亲和标记法：亲和标记法：合成与底物结构相似的共价修饰剂（活性部位合成与底物结构相似的共价修饰剂（活性部位指示试剂）。指示试剂）。 特异性共价修饰：特异性共价修饰：某化学试剂专一性地修饰酶活性部位的某某化学试剂专一性地修饰酶活性部位的某一一AAAA残基，使酶失活。残基，使酶失活。2.2.动力学参数测定法：动力学参数测定法：酶活性部位氨基酸残基的解离状态与酶酶活性部位氨基酸残基的解离状态与酶的活性直接相关。的活性直接相关。3.X3.X射线晶体结构分析法射线晶体结构分析法：通过解析酶分子三维结构，了解

6、酶活通过解析酶分子三维结构，了解酶活性部位性部位AAAA残基所处相对位置与实际状态，残基所处相对位置与实际状态，以及与活性部位有关的其它基团。以及与活性部位有关的其它基团。4.4.定点诱变法（分子生物学方法）定点诱变法（分子生物学方法）：现已有几百个酶的基因现已有几百个酶的基因被克隆。根据蛋白质结构研究的结果，利用定点诱被克隆。根据蛋白质结构研究的结果，利用定点诱变技术，改变编码蛋白质基因中的变技术，改变编码蛋白质基因中的DNADNA顺序，研究顺序，研究酶活性部位氨基酸。酶活性部位氨基酸。（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法1.1.酶分子侧链基团的化学修饰法：酶分子侧链基团的化

7、学修饰法：二、二、 酶催化反应的独特性质酶催化反应的独特性质（1 1）酶反应分为两类：）酶反应分为两类：仅涉及电子转移和涉及电子和质子两者或仅涉及电子转移和涉及电子和质子两者或者其他基团的转移。者其他基团的转移。活性部位存在活性部位存在1 1个以上催化基团个以上催化基团-协同催化。协同催化。存在结合部位。存在结合部位。多底物反应存在多个结合部位。多底物反应存在多个结合部位。底物由于与酶的结合，分子中间产生张力，易形成过渡态复合物。底物由于与酶的结合，分子中间产生张力，易形成过渡态复合物。（5 5）除具有进行催化反应所必需的活性基团外，还有除具有进行催化反应所必需的活性基团外，还有别的特性，别的

8、特性，使更复杂的多底物反应顺利进行。使更复杂的多底物反应顺利进行。（2 2）催化作用是以氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为催化作用是以氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介。媒介。（3 3）酶催化反应的酶催化反应的最适最适pHpH范围通常狭小。范围通常狭小。（4 4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，一个巨大一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。酶催化反应的独特性质酶催化反应的独特性质(P388)三、三、 影响酶催化效率的有关因素影响酶催化效率的有关因素（一）底物和酶的邻近效应与定向效应（一）底物和酶

9、的邻近效应与定向效应(P388)1.1.邻近效应邻近效应(approximation) ：指酶与底物结合成指酶与底物结合成ESES后，使底后，使底物和底物之间物和底物之间( (如双分子反应如双分子反应) ) 、酶催化基团与底物、酶催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大升高，之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。从而使反应速率大大增加的一种效应。2.2.定向效应定向效应(orientation) ：指反应物的反应基团之间、酶的催指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。化基团与底物的反应基团之间的正确取位产

10、生的效应。（一）底物和酶的邻近效应与定向效应（一）底物和酶的邻近效应与定向效应u 邻近效应和定向效应的共同作用可使酶促邻近效应和定向效应的共同作用可使酶促反应速度反应速度升高升高10108 8倍。倍。u 邻近和定向效应共同提高酶促反应速率的机制：邻近和定向效应共同提高酶促反应速率的机制： 酶把底物分子从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，酶把底物分子从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。叠，反应易于发生。3.3.邻近效应与定向效应对反应速度的影响：邻

11、近效应与定向效应对反应速度的影响： 使底物浓度在活性中心附近很高。使底物浓度在活性中心附近很高。 酶对底物分子的电子轨道具有导向作用。酶对底物分子的电子轨道具有导向作用。 酶使分子间反应转变成分子内反应。酶使分子间反应转变成分子内反应。 邻近效应和定向效应对底物起固定作用邻近效应和定向效应对底物起固定作用 。（二）底物的形变（二）底物的形变(distortion)和诱导契合和诱导契合(induced fit)当酶遇到专一性底物时，酶中某些基团或离子可使底物分子当酶遇到专一性底物时，酶中某些基团或离子可使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增加或降低，产生内敏感键中的某些基团的电子云密度增加

12、或降低，产生“电子张电子张力力”，使敏感键的一端更加敏感，使敏感键的一端更加敏感，降低了底物的活化能，使底物接降低了底物的活化能，使底物接近过渡态，更易发生改变。近过渡态，更易发生改变。（二）底物的形变和诱导契合（二）底物的形变和诱导契合 酶从低活性形式转变为高活性形式，利于催化。酶从低活性形式转变为高活性形式，利于催化。 底物形变，利于形成底物形变，利于形成ESES复合物。复合物。 底物构象变化为过渡态结构，大大降低活化能。底物构象变化为过渡态结构，大大降低活化能。图图ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物底物 结合底物之后的羧肽酶结合底物之后的羧肽酶未结合底物的羧肽酶未结合底物的

13、羧肽酶 酸碱催化：酸碱催化：是通过瞬间的向反应物提供质子或从反应物接受质是通过瞬间的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态加速反应的一类催化机制。子以稳定过渡态加速反应的一类催化机制。（三）酸碱催化（三）酸碱催化（acid-base catalysisacid-base catalysis）分两类分两类狭义的（专一的）酸碱催化：狭义的（专一的）酸碱催化：在水溶液中通过高反在水溶液中通过高反应性的应性的H H+ +、 OHOH- -进行催化。进行催化。广义（总）酸碱催化：广义（总）酸碱催化：通过通过H H+ +、OHOH- -以及能提供以及能提供H H+ +及及OHOH- - 的供体进行

14、的催化。的供体进行的催化。（三）酸碱催化（三）酸碱催化（acid-base catalysisacid-base catalysis）组氨酸咪唑基组氨酸咪唑基解离常数解离常数6.06.0，接近生物体液，接近生物体液pHpH，即在中性条件下，有一半，即在中性条件下，有一半以酸形式存在，另一半以碱形式存在以酸形式存在，另一半以碱形式存在( (既可作为质子供体，又可作为质子受体既可作为质子供体，又可作为质子受体) )，且供出、接受质子十分迅速。且供出、接受质子十分迅速。因此，因此，尽管蛋白质中尽管蛋白质中HisHis含量少，却十分重要含量少，却十分重要。推测。推测HisHis很可能在进化过程很可能在

15、进化过程中，不是作为一般的结构蛋白成分，而是被选择作为酶分子中的催化结构而保留中，不是作为一般的结构蛋白成分，而是被选择作为酶分子中的催化结构而保留下来的。下来的。 影响酸碱催化反应速率的因素：影响酸碱催化反应速率的因素： 酸或碱的强度（酸或碱的强度（pkpk值）值） （P P391391） 质子传递的速率。质子传递的速率。（四）共价催化（四）共价催化(covalent catalysis)(covalent catalysis) 酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。的共价中间物。 共价催化：共价催化：催化剂通过

16、与底物形成反应活性很高的共价过渡催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程。产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程。酶亲核基团：酶亲核基团：Ser-OH，Cys-SH，His-N、Asp-COOH；底物亲电中心：底物亲电中心：磷酰基（磷酰基（-P=O），酰基），酰基（-C=O），糖基（），糖基（Glu-C-OH）u某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛某些辅酶，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等也可以参与共价催化作用。（五）金属离子催化（五）金属离子催化（P P393393）u金属酶金属酶: :含紧密结合的金属离子，含紧密结

17、合的金属离子，Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+u金属金属- -激活酶：激活酶：含松散结合的金属离子，含松散结合的金属离子，Na+、K+、Mg2+、Ca2+u 金属离子参加的四种主要催化途径：金属离子参加的四种主要催化途径：（1 1）通过结合底物为反应定向通过结合底物为反应定向（2 2）通过自身价数的改变参加氧化还原反应通过自身价数的改变参加氧化还原反应（3 3）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷屏蔽底物或酶活性中心的负电荷（4 4）金属离子通过水的离子化促进亲核催化金属离子通过水的离子化促进亲核催化。（六）多元催化和协同效应（六）多元催化和协同效应（P P394394） 在酶催化反应

18、中，常常是在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应几个基元催化反应（如酸碱（如酸碱催化和共价催化）催化和共价催化）配合在一起共同起作用。配合在一起共同起作用。（七）活性部位微环境的影响（七）活性部位微环境的影响 疏水环境（酶分析表面的裂缝）疏水环境（酶分析表面的裂缝） 介电常数低，加强极性基团间的作用。介电常数低，加强极性基团间的作用。 电荷环境电荷环境 在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子。在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子。四、四、 酶催化反应机制的实例酶催化反应机制的实例( (自学自学) )（一）溶菌酶（一）溶菌酶（lysozyme）（P394）u是是

19、NAG（N-乙酰氨基葡萄糖）乙酰氨基葡萄糖）和和 NAM（ N-乙酰氨基乙酰氨基葡萄糖乳酸）的聚合物。之间通过葡萄糖乳酸）的聚合物。之间通过（1-4）糖苷键相连。糖苷键相连。u 溶菌酶存在于蛋清和动物的眼泪中，其生物学功能是催化某些溶菌酶存在于蛋清和动物的眼泪中，其生物学功能是催化某些细菌细菌细胞壁多糖细胞壁多糖的水解，从而溶解这些细菌的细胞壁。的水解，从而溶解这些细菌的细胞壁。（一）溶菌酶溶解细胞壁多糖（一）溶菌酶溶解细胞壁多糖（P P396396, ,图图10-1010-10）NAG:N-乙酰氨基葡萄糖；乙酰氨基葡萄糖； NAM: N-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸（1-4）糖苷键）

20、糖苷键 酶切位点酶切位点底物分子底物分子酶分子酶分子（P397,图图10-13）Asp52Glu35（极性区）（极性区）（非极性区）（非极性区）（P398,图图10-15）（广义酸碱催化）（广义酸碱催化）极性区极性区底物底物H2O产物产物键的断裂键的断裂酶的活性中心酶的活性中心(非极性非极性)HO - E环环C1+活性中心（极性区）活性中心（极性区）（P398-399） 底物底物RNase活性中活性中心氨基酸残基心氨基酸残基（二）胰核糖核酸酶（二）胰核糖核酸酶RNaseA（P399-402）（三）羧肽酶（三）羧肽酶 A A（P P402-405402-405）ZnZn羧肽酶结合底物前后构象变化

21、羧肽酶结合底物前后构象变化（P404图图10-29） 145（四）丝氨酸蛋白酶（四）丝氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）（胰凝乳蛋白酶）P P405-410405-410His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A. 酶分子中的电荷中继网酶分子中的电荷中继网B. 加上底物后，从加上底物后，从Ser转移一个质子给转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电静电相互作用被稳定相互作用被稳定.Ser195102AspHis57底物底物结合底物结合底物His57 质子供体质子供体形成共价形成共价ES复合

22、物复合物C-N键断裂键断裂底物底物 氨基产物释放氨基产物释放四面体中间物四面体中间物的瓦解的瓦解水亲核攻击水亲核攻击羧基产物释放羧基产物释放H2OR-NH2（五）天冬氨酸蛋白酶（五）天冬氨酸蛋白酶（P P411-412411-412）五、五、 酶活性的调节控制酶活性的调节控制(P(P413413) )（一）别构调控（一）别构调控 (allostericregulation)，P413u 酶的别构调节：酶的别构调节：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶的活性状态。共价结合后发生构象的改变，进而改变酶的活性状态。u 别构调

23、节普遍存在于生物界，许多代谢途径的关键酶利用别构别构调节普遍存在于生物界，许多代谢途径的关键酶利用别构调节来控制代谢途径之间的平衡。调节来控制代谢途径之间的平衡。u 正效应物（别构激活剂）：正效应物（别构激活剂）：因别构导致酶活性增加的物质。因别构导致酶活性增加的物质。u 负效应物（别构抑制剂）：负效应物（别构抑制剂）：因别构导致酶活性减少的物质。因别构导致酶活性减少的物质。u 别构酶：别构酶：具有别构调节作用的酶。具有别构调节作用的酶。u 效应物（别构剂）：效应物（别构剂）：凡能使酶发生别构作用的物质。通常为凡能使酶发生别构作用的物质。通常为小分子代谢物或辅因子。小分子代谢物或辅因子。ATC

24、ase氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 底物底物天冬氨酸天冬氨酸 底物底物氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸反馈反馈抑制抑制终产物终产物CTP协同结合协同结合使得底物浓度在很小的范围内使得底物浓度在很小的范围内就能启动酶促反应，就能启动酶促反应，这种这种底物底物分子本身分子本身对别构酶的调节对别构酶的调节作用称为作用称为同促效应。同促效应。激活激活外加外加ATP这种这种非底物分子非底物分子的调节的调节物对别构酶的调节作用物对别构酶的调节作用称为称为异促效应。异促效应。1.1.例：例：天冬氨酸转氨甲酰酶（天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCaseATCase）的别构调控）的别构调控（1 1） 别构调控的同促和异促效应别构调

25、控的同促和异促效应。u 同促效应同促效应: 底物分子本身底物分子本身对别构酶的调节作用对别构酶的调节作用.u 异促效应异促效应: 非底物分子非底物分子的调节物对别构酶的调节作用的调节物对别构酶的调节作用.（1 1） 别构调控的同促和异促效应（别构调控的同促和异促效应（P P413413）: :c:催化亚基催化亚基r:r:调节亚基调节亚基 ATCase由催化亚基和调节亚基构成：由催化亚基和调节亚基构成：用汞化物处理该酶用汞化物处理该酶后，后，ATP和和CTP不能再调节酶的活性。底物结合也变的无协同性。不能再调节酶的活性。底物结合也变的无协同性。催化亚基有三条催化亚基有三条c链，调节亚基有两条链，

26、调节亚基有两条r链链: 3r2 + 2c3 = r6c6c6r6复合物复合物(3)ATCase半分子半分子（c3r3)的结构的结构催化催化位点位点调节结调节结合合位点位点催化亚基催化亚基调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基（4 4）ATCase的别构作用通过四级结构大的变化来表达。的别构作用通过四级结构大的变化来表达。PALA： 是是ATCase的两种底物形成的复合物的过渡态类似物的两种底物形成的复合物的过渡态类似物。PALA低催化活性构象低催化活性构象T(tense) - 态态CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性构象高催化活性构象R(relax) -态态R

27、RR RR RPALA（5 5）底物结合到）底物结合到ATCase上引起高度协同的别构转变。上引起高度协同的别构转变。（6 6）ATP和和CTP通过改变通过改变T态和态和R态之间的平衡来调节态之间的平衡来调节ATPcase 的活性。的活性。ATP（正效应剂）（正效应剂）CTP（负效应剂）（负效应剂）低催化活性构象低催化活性构象T(tense) - 态态CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性构象高催化活性构象R(relax) -态态R RR RR R2. 别构酶的性质别构酶的性质（P418） 一般都是一般都是寡聚酶寡聚酶，通过次级键由多亚基组成。，通过次级键由多亚基组成。 在

28、别构酶分子上有和底物在别构酶分子上有和底物结合催化结合催化底物的活性底物的活性部位部位，也有和，也有和调节物或效应物结合的调节物或效应物结合的调节部位调节部位，这两种部位可能在同一亚基上，这两种部位可能在同一亚基上，也可能在不同亚基上。也可能在不同亚基上。 每个别构酶分子可以有一个以上的活性部位和调节部位，因此每个别构酶分子可以有一个以上的活性部位和调节部位，因此可以结合一个以上的底物分子和调节物分子。可以结合一个以上的底物分子和调节物分子。 这两个部位虽然在空间上是分开的，但这两个部位可以相互影这两个部位虽然在空间上是分开的，但这两个部位可以相互影响，通过构象的变化产生协同效应。响，通过构象

29、的变化产生协同效应。2. 别构酶的性质别构酶的性质（P418） 别构酶的动力学：别构酶的动力学：因具协同效应，故别构酶促反应因具协同效应，故别构酶促反应S对对V动力学曲线非双曲线，而是动力学曲线非双曲线，而是S S形曲线形曲线( (正协同正协同) )或或表表观双曲线观双曲线( (负协同负协同) )。非调节酶非调节酶-负协同别构酶负协同别构酶-正协同别构酶正协同别构酶u具有负协同效应的酶在底物浓度较低具有负协同效应的酶在底物浓度较低的范围内酶活力上升快，但再继续下去，的范围内酶活力上升快，但再继续下去，底物浓度虽有较大的提高，但反应速度底物浓度虽有较大的提高，但反应速度升高却较小。使得酶反应速度

30、对底物浓升高却较小。使得酶反应速度对底物浓度的变化不敏感。度的变化不敏感。u在正协同效应中酶反应速度在正协同效应中酶反应速度对底物浓度的变化极为敏感。对底物浓度的变化极为敏感。区分酶的类型的标准区分酶的类型的标准（P P419419） Koshland标准：标准：CI（cooperativity index）协同指数：协同指数：酶分酶分子中的结合位点被底物饱和子中的结合位点被底物饱和90%90%和和10%10%时底物浓度的比值。亦称时底物浓度的比值。亦称饱和饱和比值比值Rs(saturation ratio)。 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结

31、合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=811/n811kSE 2kES3kEP ES生成速度：生成速度：dESdt=k1ES(E0-ES)S 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=k1ES(E0-ES)dES/dtS=1(E0-90E0)1(E0-10E0)符合米氏方程的酶促反应：符合米氏方程的酶促反应：Rs=81 Rs=81 米氏类型酶米氏类型酶RsRs 81 81 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶RsRs 81 81 具有负协同效应的

32、别构酶具有负协同效应的别构酶 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=811/nn n被称为被称为Hill系数：系数： n=1 =1 米氏类型酶米氏类型酶 n 1 1 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶 n 1 1 具有负协同效应的别构酶具有负协同效应的别构酶饱和比值饱和比值Rs (saturation ratio)： K K型效应物与型效应物与V V型效应物（型效应物（P P419419）脱敏作用脱敏作用(desensitation)(desensitation)：别构酶

33、经加热或用化学试剂处别构酶经加热或用化学试剂处理，可引起别构酶解离，失去调节活性，脱敏后在酶表现为米氏理，可引起别构酶解离，失去调节活性，脱敏后在酶表现为米氏酶的动力学双曲线。酶的动力学双曲线。u K0.5：被别构酶催化反应达到最大反应速率一半时的底物浓度。被别构酶催化反应达到最大反应速率一半时的底物浓度。u K型效应物：型效应物：改变底物的改变底物的K K0.50.5而不改变反应的而不改变反应的VmaxVmax效应物。效应物。u V型效应物：型效应物：改变反应的改变反应的VmaxVmax而不改变底物的而不改变底物的K K0.50.5的效应物。的效应物。S SSSS SSS SST T状态（对

34、称亚基）状态（对称亚基）R R状态（对称亚基）状态（对称亚基）SSSS对称亚基对称亚基对称亚基对称亚基齐步变化齐步变化3. 别构模型别构模型（P419）蛋白质构象改变时，其分子对称性不变蛋白质构象改变时，其分子对称性不变别构酶是由确定数目亚基组成的寡聚酶，有对别构酶是由确定数目亚基组成的寡聚酶，有对称轴，每个亚基对一种配体自有一个结合点称轴，每个亚基对一种配体自有一个结合点。每亚基有两种状态：每亚基有两种状态： T T态、态、R R态态SS SS SSSSSSSSSS亚基全部亚基全部处于处于R R型型亚基全部亚基全部处于处于T T型型依次序变化依次序变化 当配体不存在时，别构酶只有当配体不存在

35、时，别构酶只有T T态存在。态存在。 别构酶构象以序变方式进行，而非齐变。别构酶构象以序变方式进行，而非齐变。 亚基间相互作用可能是正协同效应，亦可是负协同效应。亚基间相互作用可能是正协同效应，亦可是负协同效应。（二）酶原的激活（二）酶原的激活（P P421421） 生物体内合成出来的蛋白质，有时不具有生物活性，经过蛋白生物体内合成出来的蛋白质，有时不具有生物活性，经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化，形成活性中心，变成有活性水解酶专一作用后，构象发生变化，形成活性中心，变成有活性的酶。这个的酶。这个不具活性的蛋白质称为酶原不具活性的蛋白质称为酶原（zymogen或或proenzyme），）

36、，这个过程称为这个过程称为酶原的激活。酶原的激活。 该变化过程是生物体的一种调控机制。这种调控作该变化过程是生物体的一种调控机制。这种调控作用的特点是：用的特点是：蛋白质由无活性状态转变成活性状态是不可蛋白质由无活性状态转变成活性状态是不可逆的。逆的。牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶酶原激活

37、的生理意义酶原激活的生理意义: : 避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。的正常进行。 共价修饰酶共价修饰酶: :某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性节酶活性, ,这类酶称为共价修饰酶。这类酶称为共价修饰酶。 目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分目前发现有

38、数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶 由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。致级联放大反应，所以日益引人注目。 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质Pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶nPiH2O反应类型反应类型 共价修饰共价修饰 被修饰的氨基酸残基被

39、修饰的氨基酸残基磷酸化磷酸化腺苷酰化腺苷酰化尿苷酰化尿苷酰化Tyr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷-同型同型 CysATP ADP肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖456意义意义：由于由于酶的酶的共价修饰反应是共价修饰反应是酶促反应，只要酶促反应，只要有少量信号分子有少量信号分子（如激素）存在，（如激素）存在，即可通过加速这即可通过加速这种酶促反应，而种酶促反应，而使大量的另一种使大量的另一种酶发生化学修饰，酶发生化学修饰，从而获得放大效从而获得放大效应。应。这种调节方这种调节方式快速

40、、效率极式快速、效率极高。高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液ATP ADP（极微量）（极微量）（大量）（大量）六、六、 同同 工工 酶酶（P

41、P428428）u 同工酶同工酶（isoenzyme）：是指催化相同的化学反应，是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。明显差异的一组酶。 同工酶不仅可以存在于同一个体不同组织中，甚至同一组织、同工酶不仅可以存在于同一个体不同组织中，甚至同一组织、同一细胞的不同亚细胞结构中。同一细胞的不同亚细胞结构中。u 同工酶的生物学功能：同工酶的生物学功能：l 遗传的标志遗传的标志l 和个体发育及组织分化密切相关和个体发育及组织分化密切相关l 适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要适应不同组织或不同细

42、胞器在代谢上的不同需要乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线 (1) (1) 遗传学和分类学：遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2) (2) 发育学：发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。况，以及个体发育和系统发育的关系。(3) (3) 生物化学和生理学：生物化学和生理学：根据不同器官组织

43、中同工酶的动力学、根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。解释它们代谢功能的差别。（4 4）医学和临床诊断：）医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。酶的活性部位酶的活性部位 邻近效应邻近效应 定向效应定向效应 酸酸- -碱催化碱催化共价催化共价催化 多元催化多元催化 酶的别构调节酶的别构调节 同促效应同促效应异促效应异促效应 别构调节酶别构调

44、节酶 效应物效应物 K K0.50.5K K型效应物型效应物 V V型效应物型效应物 协同系数协同系数CICI（饱和比值（饱和比值RsRs）脱敏效应脱敏效应 齐变模型齐变模型 序变模型序变模型 酶原酶原酶原激活酶原激活 共价修饰酶共价修饰酶 同工（功）酶同工（功）酶名词解释名词解释知知识识点点u 酶活性部位的特点酶活性部位的特点u 酶活性部位的研究方法酶活性部位的研究方法u 影响酶催化效率的因素影响酶催化效率的因素u 根据饱和比值或根据饱和比值或Hill系数区别酶类型的方法系数区别酶类型的方法u 别构酶的作用模型别构酶的作用模型2. 别构酶的性质别构酶的性质（P418） 一般都是一般都是寡聚酶

45、寡聚酶，通过次级键由多亚基组成。，通过次级键由多亚基组成。 别构酶的动力学：别构酶的动力学：因具协同效应，故别构酶促反应因具协同效应，故别构酶促反应S对对V动力学曲线非双曲线，而是动力学曲线非双曲线，而是S S形曲线形曲线( (正协同正协同) )或或表表观双曲线观双曲线( (负协同负协同) )。非调节酶非调节酶-负协同别构酶负协同别构酶-正协同别构酶正协同别构酶u具有负协同效应的酶在底物浓度较低具有负协同效应的酶在底物浓度较低的范围内酶活力上升快，但再继续下去，的范围内酶活力上升快，但再继续下去，底物浓度虽有较大的提高，但反应速度底物浓度虽有较大的提高，但反应速度升高却较小。使得酶反应速度对底

46、物浓升高却较小。使得酶反应速度对底物浓度的变化不敏感。度的变化不敏感。u在正协同效应中酶反应速度在正协同效应中酶反应速度对底物浓度的变化极为敏感。对底物浓度的变化极为敏感。区分酶的类型的标准区分酶的类型的标准（P P419419） Koshland标准：标准：CI（cooperativity index）协同指数：协同指数：酶分酶分子中的结合位点被底物饱和子中的结合位点被底物饱和90%90%和和10%10%时底物浓度的比值。亦称时底物浓度的比值。亦称饱和饱和比值比值Rs(saturation ratio)。 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达

47、酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=811/n811kSE 2kES3kEP ES生成速度：生成速度：dESdt=k1ES(E0-ES)S 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=k1ES(E0-ES)dES/dtS=1(E0-90E0)1(E0-10E0)符合米氏方程的酶促反应：符合米氏方程的酶促反应：Rs=81 Rs=81 米氏类型酶米氏类型酶RsRs 81 81 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶RsRs 81 81 具有负协同效应的别构

48、酶具有负协同效应的别构酶 酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=811/nn n被称为被称为Hill系数：系数： n=1 =1 米氏类型酶米氏类型酶 n 1 1 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶 n 1 1 具有负协同效应的别构酶具有负协同效应的别构酶饱和比值饱和比值Rs (saturation ratio)： K K型效应物与型效应物与V V型效应物型效应物脱敏效应脱敏效应(desensitation)(desensitation)：别构酶经加热或用化学试剂处别构酶经

49、加热或用化学试剂处理，可引起别构酶解离，失去调节活性，脱敏后在酶表现为米氏理，可引起别构酶解离，失去调节活性，脱敏后在酶表现为米氏酶的动力学双曲线。酶的动力学双曲线。u K0.5：被别构酶催化反应达到最大反应速率一半时的底物浓度。被别构酶催化反应达到最大反应速率一半时的底物浓度。u K型效应物：型效应物：改变底物的改变底物的K K0.50.5而不改变反应的而不改变反应的VmaxVmax效应物。效应物。u V型效应物：型效应物：改变反应的改变反应的VmaxVmax而不改变底物的而不改变底物的K K0.50.5的效应物。的效应物。S SSSS SSS SST T状态（对称亚基）状态（对称亚基）R

50、R状态（对称亚基）状态（对称亚基）SSSS对称亚基对称亚基对称亚基对称亚基齐步变化齐步变化3. 别构模型别构模型（P419）蛋白质构象改变时，其分子对称性不变蛋白质构象改变时，其分子对称性不变别构酶是由确定数目亚基组成的寡聚酶，有对别构酶是由确定数目亚基组成的寡聚酶，有对称轴，每个亚基对一种配体自有一个结合点称轴，每个亚基对一种配体自有一个结合点。每亚基有两种状态：每亚基有两种状态： T T态、态、R R态态SS SS SSSSSSSSSS亚基全部亚基全部处于处于R R型型亚基全部亚基全部处于处于T T型型依次序变化依次序变化 当配体不存在时，别构酶只有当配体不存在时，别构酶只有T T态存在。

51、态存在。 别构酶构象以序变方式进行，而非齐变。别构酶构象以序变方式进行，而非齐变。 亚基间相互作用可能是正协同效应，亦可是负协同效应。亚基间相互作用可能是正协同效应，亦可是负协同效应。（二）酶原的激活（二）酶原的激活（P P421421） 生物体内合成出来的酶，有时不具有生物活性，经过蛋白水生物体内合成出来的酶，有时不具有生物活性，经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化，形成活性中心，变成有活性的酶。解酶专一作用后，构象发生变化，形成活性中心，变成有活性的酶。这个这个不具活性的蛋白质称为酶原不具活性的蛋白质称为酶原（zymogen或或proenzyme），这个），这个过程称为过程称为酶原的激活

52、。酶原的激活。 该变化过程是生物体的一种调控机制。这种调控作该变化过程是生物体的一种调控机制。这种调控作用的特点是：用的特点是：蛋白质由无活性状态转变成活性状态是不可蛋白质由无活性状态转变成活性状态是不可逆的。逆的。牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶酶原激活的生理意义酶原激活的生理意义: :

53、避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。的正常进行。 共价修饰酶共价修饰酶: :某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性节酶活性, ,这类酶称为共价修饰酶。这类酶称为共价修饰酶。 目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分目前发现有数百种酶被翻译后都要进行共价修饰，其中一部分处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶处于分支代谢途径，成为对代谢流量起调节作用的关键酶或限速酶 由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能量，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。致级联放大反应，所以日益引人注目。 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白质蛋白质蛋