第十章酶的作用机制和酶的调节

1、第一节酶的活性部位一、酶活性部位的特点只是酶分子的一小部分；通过诱导契合形成与底物互补的特定三维结构；通过次级键与底物相互作用；有一定的柔性（邹承鲁的对比研究发现活性部位的柔性比其他部位更强）；包括底物结合基团和催化基团，但二者的区分有时并不严格。二、研究酶活性部位的方法（一）侧链基团的化学修饰法非特异性共价修饰（作用于酶分子中某一基团），酶活力丧失与修饰剂浓度成比例，底物或竞争性抑制剂可降低修饰作用。特异性共价修饰（作用于特定酶的特定基团），如二异丙基氟磷酸（DFP）只与胰凝乳蛋白酶活性部位的丝氨酸羟基结合；亲和标记试剂可以与活性部位的特定基团共价定量结合，如对甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲基酮

2、(TPCK)与胰凝乳蛋白酶活性部位丝氨酸羟基的结合。（二）动力学参数测定法（三）X-射线晶体结构分析法（四）定点诱变法第二节酶催化反应的独特性质第三节影响酶催化效率的有关因素一、底物和酶的邻近效应(approximation，proximity)与定向效应(orientation)底物分子结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，从而加快反应的速度。一个有机化学模型。咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快24倍。底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率称定向效应。邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更好的定向，使反应速率提

3、高2.51011。二、底物的形变(distortion)和诱导契合(inducednt)脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。酵母醛缩酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。三、酸碱催化(acidbase catalysis)专一性（狭义）酸碱催化总酸碱催化或广义酸碱催化表观速度常数依赖于pH和溶液浓度。Brnsted催化作用定律：Logka=CA (pKa)pKa和pKb是总酸碱的解离常数，ka和kb是反应的速度常数。CA和CB为常数，与反应

4、类型、温度、溶剂等因素有关。pKa小，则H+浓度高。和是Brnsted系数，范围在0到1之间，接近于1为专一性酸碱催化，接近于0表示酸碱催化不起作用。Logkb=CB(pKb)咪唑基的pK值接近生理pH值，H+的传递速度快，是酸碱催化中最重要的基团。四、共价催化酶与底物形成共价键的3个例子，其共同特点是酶的亲核中心X进攻底物的亲电中心。五、金属离子催化金属酶含紧密结合的金属离子。金属激活酶含松散结合的金属离子。金属离子的作用主要有：与结合底物为反应定向；参与氧化还原反应；稳定或屏蔽负电荷；活化水分子；与过渡态底物形成螯合物。六、多元催化和协同效应酶的催化过程通常是多种机制同时作用，相互协同，因

5、而有很高的催化效率。七、活性部位微环境的影响第四节酶催化反应机制的实例一、溶菌酶(1ysozyme)溶菌酶的结构溶菌酶的结构白色为Glu35和Asp52二、胰核糖核酸酶A(pancreatic ribonuclease A，RNase A)三、羧肽酶A(carboxypeptidaseA)四、丝氨酸蛋白酶(serine proteases)胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶氨基酸序列的比较，黑点表示相同的氨基酸，活性部位的氨基酸用符号标出。胰凝乳蛋白酶和水蛭蛋白酶抑制剂(蓝色带状)的结构，His57(蓝色)，Asp102(红色)，Ser195(黄色)在空间上十分靠近。胰凝乳蛋白酶催化的裂解反应

6、的动力学。乙酸基以共价键与酶的Ser195结合，因而释放较晚。酰基-酶中间物快速形成，随后缓慢释放产物。胰凝乳蛋白酶催化反应的机制：五、天冬氨酸蛋白酶(asparticproteases)若为共价催化，会有两种中间物之一，两种中间物均未能找到，说明这一类酶为非共价催化。(a)HIV-1 protease，a dimer，and (b) pepsin (a monomer)Pepsins N-terminal half is shown in red；C-terminal half is shown in blueHIV-1 protease complexed with the inhibit

7、or CrixivanR(red) the flaps(residues 46-55 from each subunit) covering the active site are shown in green and the active site aspartate residues involved in catalysis are shown in white第五节酶活性的调节控制一、别构调控(allos teri regulation)（一）别构酶的性质别构酶均为寡聚酶，除活性部位外，还有可以同效应物（调节物）结合的调节部位。别构酶的调控方式有四类：正协同效应：酶的一个亚基与底物结合

8、后，其他亚基与底物的结合能力加强，v-S曲线为S形。负协同效应：酶的一个亚基与底物结合后，其他亚基与底物的结合能力减弱，v-S曲线为平坦的双曲线。可用Rs (S90%V/S10%V)来定量地区分三种酶：Rs等于81为米氏酶，大于81则有正协同效应，小于81为负协同效应。更常用的是Hill系数法，以log(v/(Vm-v)对logS作图，曲线的最大斜率为Hill系数，米氏酶等于1，正协同酶大于1，负协同小于1。别构抑制作用使酶的反应速度降低，正协同效应加强。别构激活作用使酶的反应速度加快，正协同效应减弱。目前认为齐变模型不适合于负协同效应。（二）天冬氨酸转氨甲酰酶的性质天冬氨酸为正协同效应剂；

9、ATP为别构激活剂； CTP为别构抑制剂。（三）3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛脱氢酶是负协同效应酶的典型代表。3-磷酸甘油醛脱氢酶有4个亚基，一个亚基与NAD+结合后发生构像变化，其它亚基与NAD+结合的能力下降（表10-8），表现为负协同效应。由于负协同效应，在NAD+浓度很低的情况下，糖酵解过程仍然能以较快的速率顺利进行。二、酶原的激活（一）消化系统蛋白酶原的激活（二）凝血机制12种蛋白质凝血因子有7种是丝氨酸蛋白酶。三、可逆的共价修饰(reversible covalentmodification)共价修饰包括：磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、ADP-糖基化、甲基化等。磷酸化存在普遍，有非常重要的生理意义，主要以P-O键或P-N键连接。蛋白质的磷酸化主要由蛋白激酶催化，常见的蛋白激酶有蛋白激酶A（PKA），蛋白激酶C（PKC），磷酸化酶激酶（phK），蛋白酪氨酸激酶（PTK）等。Gl