四川大学酶工程酶学概论

第七节

别构酶及其反应动力学

一．概念：

C:CatalyticsubunitR:Regulatorysubunit

由多个亚基组成的，分子中除结合底物并催化底物转化的活性部位外，还有结合别构效应物（别构配体）的部位。这两个部位位于不同亚基上，也可能位于同一亚基的不同部位。别构配体与酶结合后，可改变酶分子亚基间的结合状态（疏松或紧密），从而影响酶对底物的结合及酶的催化能力（正或负）。二．分类：1．根据别构效应物（调节物）的不同①同促效应别构酶（同种协同效应别构酶）：调节物为酶催化的底物分子。②异促效应别构酶（异种协同效应别构酶）：调节物不为底物分子。③兼有同促-异促效应别构酶：效应物多，别构部位可能不止一个。体内数量较多，可以受底物、产物或中间代谢物的影响。

2．根据协同效应效果:①正协同效应酶：一分子的别构效应物与酶结合后，促进酶对后一个别构效应物的结合；②负协同效应酶：一分子的别构效应物与酶结合后，抑制酶对后一个别构效应物的结合。三．结构特点：1，有多个亚基，以非共价的方式结合在一起。2，具有四级结构。3，酶除了具有可以结合底物的活性中心外，还有可以结合效应剂的别构中心（或者称为调节中心）。这两个中心可能位于酶蛋白的不同亚基上，也可能位于同一个亚基的不同部位上。4，别构酶的活性中心用于结合底物和催化反应，而别构中心则主要是用于调节酶促反应的速度。5，有时因物理或者化学的变化（如加热、冷冻、尿素等处理），酶会失去对效应物的敏感性，但是催化活性并未失去。这种脱敏的酶表现出正常的双曲线动力学特征。四．动力学特征:(一）米氏作图：具正、负协同效应和米氏动力学特征的酶的动力学曲线1．米氏动力学特征酶；2．正协同效应酶；3．负协同效应酶（二）双倒数作图：

具正、负协同效应和米氏动力学特征的酶的双倒数图1．米氏动力学特征酶；2．正协同效应酶；3．负协同效应酶

五．别构效应类型的判断：（1）动力学作图法：（2）协同指数：Rs（3）Hill系数：n=1,无协同效应n>1,正协同效应n<1,负协同效应

六．别构效应的动力学模型：

前提：1．别构酶的别构效应是由于寡聚酶亚基间的协同作用产生的；

2．每个亚基都有两种不同的构象状态

T状态(Tightstate)：紧密态，不利于结合底物或调节物。

R状态(Relaxationstate)：松弛态，有利于结合底物或调节物。

（一）MWC模型（齐变模型，同构模型，对称模型）

别构酶齐变模型图1．主要观点：2．特点：可以很容易地解释正负调节物的作用，但不适用于负协同效应。

（二）KNF模型（序变模型）别构酶序变模型图

1．主要观点：2．特点：该模型认为酶分子有许多中间构象状态存在，因此用来解释别构酶的酶活性调节作用要比MWC模型更好一些，适用于大多数酶。特别是在描述异促效应时，一般认为要比MWC模型更好一些。※无论是MWC模型，还是KNF模型，都只是考虑了最简单的情况，而忽略了其它情况。因此对于试验结果的解释，始终存在一定的局限性。4亚基别构酶可能存在的状态虚线与实线分别代表MWC与KNF模型中酶分子存在的状态七．别构酶的生理调节功能：

Ingeneral,thekeyregulatorystepsofametabolicpathwayarelocated(i)atthebeginningofametabolicpathwayforchannelingsubstrateintothepathwayandfordefiningthesynthesisrate,(ii)atbranchpointsforcontrollingthedistributionofcommonintermediatemolecules,and(iii)attheformationofendproductstolimitthemetabolicflowbyfeedbackcontrol.

1．正协同效应

如ATCase：天冬氨酸氨甲酰转移酶，其活性受CTP抑制，ATP激活。

ATCase

+Asp→氨甲酰天冬氨酸→→UMP→UTP→CTP氨甲酰磷酸

+鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸

正协同效应可以使得反应底物浓度在一个很窄的范围内即可快速大量地合成产物，并能调节参与几个不同代谢途径的底物在各个代谢途径中得到合理的分配。catalytictrimercatalytictrimercatalytictrimerregulatorydimerregulatorydimerregulatorydimerregulatorydimerregulatorydimerregulatorydimerATCase活性抑制剂CTP与酶结合后的酶分子结构CTPCTPATP12Å12Å5°

5°

15°

15°

CTPCTPATPATPATPATCase活性激活剂ATP与酶结合后的酶分子结构改变，使酶处于松弛态。构象改变似乎符合MWC模型2．负协同效应Example:3-磷酸甘油醛脱氢酶：具四个亚基，可结合四个NAD+，催化如下反应

四个亚基与四个NAD+结合的解离常数如下表所示：

负协同效应使得酶促反应速度对低的配体浓度相对不敏感，从而得以保证代谢中某条重要途径在底物浓度较低时能够较为稳定地进行下去。

总之，别构调节是快速影响酶活力的一种重要方式，受到别构调节的酶通常处于代谢途径的起始点或者分叉点，也可能处于代谢途径中部的关键位点或者限速位点上，在体内的代谢调节中有很重要的作用。第八节pH和温度对酶催化反应速度的影响

一．pH值对酶促反应的影响1．影响方式：①酶蛋白失活；②影响酶活性部位的解离状态；

③影响底物的解离状态。

2．最适pH：

*最适pH并非酶的特征物理常数，它只能作为一个实验参数。3．pH对酶稳定性的影响：①强酸强碱：不可逆变性失活；②非强酸强碱：有时引起可逆变性失活，有时不可逆变性失活。

区别：把酶预先在不同pH下保温，然后在最适pH下测定其活力。

酶活力不变可逆变性失活

酶活力降低不可逆变性失活4．影响机制：（双解离模型）二．温度对酶催化反应的影响

1．影响方式：①影响酶的稳定程度，甚至使得酶蛋白变性失活；②影响酶与底物的结合；③影响酶和抑制剂、激活剂或者辅酶的结合；④影响酶蛋白中某些基团的解离等。

酶催化反应速度与温度的关系2．最适温度：酶的最适温度也不是酶的特征常数。Taq酶在不同温度下的合成速率（bp/S）：75-80℃，150；70℃，60；55℃，24；37℃，1.5;22℃,0