分子生物学之酶

1第三节酶

Enzyme酶的概念目前将生物催化剂分为两类酶、核酶（RNA酶、脱氧核酶）酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。

一酶的分子结构与功能

酶的不同形式单体酶：仅具有三级结构的酶。寡聚酶：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。多酶体系：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多功能酶或串联酶：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。1.酶的分子组成2.活性中心3.多功能酶4.别构酶5.酶原激活XJTU一、酶的分子组成蛋白质部分：酶蛋白辅助因子金属离子小分子有机化合物全酶结合酶(conjugatedenzyme)单纯酶(simpleenzyme)*各部分在催化反应中的作用酶蛋白决定反应的特异性辅助因子决定反应的种类与性质金属离子的作用稳定酶的构象；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。小分子有机化合物的作用在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。辅助因子分类（按其与酶蛋白结合的紧密程度）

辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。二、酶的活性中心必需基团(essentialgroup)酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。目录或称活性部位(activesite)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。酶的活性中心(activecenter)活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合催化基团(catalyticgroup)催化底物转变成产物

位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需。活性中心外的必需基团底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心溶菌酶的活性中心*谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基团；*色氨酸62和83、天冬氨酸101和色氨酸108是结合基团；*A~F为底物多糖链的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。三多功能酶真核细胞中一条多肽链内有几种酶活性XJTU四变构酶变构效应剂变构激活剂变构抑制剂一些代谢物可与某些酶分子活性中心以外的部位可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。变构酶的特点①

通常具有四级结构，存在协同效应②含有催化亚基和调节亚基（或催化部位和调节部位）变构调节举例

五酶原与酶原的激活酶原有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。

酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。

酶原激活的机理：酶原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心

一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下21甘异赖缬天天天天缬组丝SSSS46183甘异缬组丝SSSS赖缬天天天天活性中心肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶

酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。

二酶促反应的特点与机理

酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。（一）酶促反应具有极高的效率一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。反应总能量改变非催化反应活化能酶促反应活化能

一般催化剂催化反应的活化能能量反应过程底物产物酶促反应活化能的改变

活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。*酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：绝对特异性：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物

。相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性：作用于立体异构体中的一种。绝对特异性酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物

。如：相对特异性酶作用于一类化合物或一种化学键。如：HOOCCHHOOCCH+H2OHOOCCHHCCOOH+H2OCH2COOHCHCOOHOHL-Mal延胡索酸酶延胡索酸（三）酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。二、酶促反应的机理酶的作用具有底物专一性。锁－钥匙学说诱导锲和假说酶专一性模型酶-底物复合物的形成与诱导契合假说酶底物复合物E+SE+PES

酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说。羧肽酶的诱导契合模式底物37三影响酶作用的因素影响因素包括有酶浓度、底物浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。※研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。※米－曼氏方程式，简称米氏方程式：[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度Vmax：最大反应速度(maximumvelocity)

Ｋm：米氏常数(Michaelisconstant)

ＶVmax[S]Km+[S]＝──随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。[S]VVmax当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应[S]VVmax当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应[S]VVmax目录二、酶浓度对反应速度的影响当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。关系式为：V=K3[E]0V[E]当[S]>>[E]时，Vmax=k3[E]酶浓度对反应速度的影响

双重影响温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低。三、温度对反应速度的影响

最适温度：酶促反应速度最快时的环境温度。*低温的应用酶活性0.51.02.01.50102030405060温度ºC温度对淀粉酶活性的影响

四、pH对反应速度的影响

最适pH：酶催化活性最大时的环境pH。0酶活性

pH

pH对某些酶活性的影响

胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶246810五、抑制剂对反应速度的影响酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。

区别于酶的变性

抑制剂对酶有一定选择性引起变性的因素对酶没有选择性

抑制作用的类型不可逆性抑制可逆性抑制：竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)(一)不可逆性抑制作用*概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。

*举例有机磷化合物羟基酶解毒------解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物巯基酶解毒------二巯基丙醇(BAL)

（二）可逆性抑制作用*概念抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制

*类型１.竞争性抑制作用+IEIE+SE+PES反应模式定义抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。

竞争性抑制*举例

丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸2.非竞争性抑制抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。非竞争性抑制3.反竞争性抑制

抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使ES的量下降反竞争性抑制

抑制作用的类型不可逆性抑制可逆性抑制：竞争性抑制(competitiveinhibition)非竞争性抑制(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制(uncompetitiveinhibition)DNA复制、损伤与修复第四节1.DNA复制DNA复制依赖于特殊的碱基配对碱基互补配对原则

A＝TG≡C

DNA复制是半保留式的

1953年，Watson&Crick提出

DNA复制发生在细胞分裂周期的S期DNA双螺旋在解旋酶的作用下解旋，2条链中间的碱基对分开，成为2条单链；每一条单链都作为模板；每条链上暴露出来的碱基各自与一个游离于核中的4种三磷酸脱氧核苷酸（T、G、A、C）按照碱基配对原则配对，形成与之互补的核苷酸；DNA半保留式复制：在与单链上配对的核苷酸之间形成磷酸二酯键，在DNA聚合酶的作用下形成链条新的互补链（子链），其中DNA聚合酶只能使核苷酸按5’3’

方向连接。最终形成各含一条母链和一条子链的2个双链DNA分子。DNA半保留式复制：半保留模型DNA聚合酶和冈崎片段（半不连续复制）

DNA聚合酶的共同特点：（1）需要提供合成模板；需要Mg2＋催化；（2）不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3’-OH；（3）合成的方向都是5’→3’（4）除聚合DNA外还有其它功能。

而DNA母链（模板链）方向为5’→3’和3’→5’，如何解决这一矛盾？DNA聚合酶和冈崎片段（半不连续复制）冈崎片段与半不连续复制模型在5’→3’这一模板上，DNA聚合酶仍按照5’→3’方向先反方向地合成一系列小的片段，称为冈崎片段然后这些小片段再通过DNA连接酶的作用，互相连接起来而成长链。3PolymeraseIII5’3’前导链Leadingstrandbasepairs5’5’3’3’Helicase

ATP单链结合蛋白S