酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)課件

第10章酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)Enzyme活性中心（activecenter)——與酶活力直接相關(guān)的區(qū)域局限在酶分子的特定部位一、酶的活性部位(activesite）

結(jié)合中心：與S結(jié)合決定酶促反應(yīng)的專一性

催化中心：促進(jìn)S發(fā)生化學(xué)變化決定酶促反應(yīng)的性質(zhì)

活性中心底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心（二）酶活性部位的特點(diǎn)1、幾個(gè)殘基+輔助因子（單純/結(jié)合）2、在空間構(gòu)象上集中到一起（單體/寡聚）3、疏水空穴4、通過(guò)次級(jí)鍵與底物結(jié)合6、活性中心構(gòu)象具有柔韌性和可塑性5、與底物誘導(dǎo)契合酶AA殘基活性中心AA核糖核酸酶124HHKRDE溶菌酶129DE胰凝乳蛋白酶241HDS羧肽酶A307REYZn2+胰蛋白酶223HDS

二、研究酶活性部位的方法1.酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法

化合物活性部位AA殘基側(cè)鏈基團(tuán)↓

共價(jià)結(jié)合水解酶，確定一級(jí)結(jié)構(gòu)位置（2）特異性共價(jià)修飾——試劑專一修飾活性部位某AA，使酶失活。

如：二異丙基氟磷酸（DFP)專一修飾ESer-OH僅修飾活性中心Ser-OH(3)親和標(biāo)記法——與S結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)修飾劑能被專一地引入活性部位，接近S結(jié)合位點(diǎn)其活潑的化學(xué)基團(tuán)可與活性部位某一基團(tuán)形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵2.動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法

活性部位AA殘基解離狀態(tài)和酶活性直接相關(guān)

通過(guò)動(dòng)力學(xué)方法求有關(guān)參數(shù)，對(duì)酶活性部位化學(xué)性質(zhì)作出判斷。3.X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法

4.定點(diǎn)誘變法

利用定點(diǎn)誘變技術(shù)，改變編碼蛋白基因中的DNA順序，改變其中某AA后，測(cè)定酶活性的變化。誘導(dǎo)契合機(jī)制

酶與底物靠近

定向

酶與底物相互誘導(dǎo)變形

契合成中間產(chǎn)物

產(chǎn)物脫離三、酶催化高效性的機(jī)制酶催化的本質(zhì)：降低反應(yīng)的活化能。（一）底物和酶的鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

靠近靜電吸引疏水作用定向底物酶（二）底物的形變和誘導(dǎo)契合誘導(dǎo)互補(bǔ)性結(jié)構(gòu)變化契合能否契合—專一性的由來(lái)產(chǎn)物脫離酶復(fù)原－催化劑＋羧肽酶催化中的電子云形變

C＋=O－靠近電子云形變

定向極性專一性契合區(qū)H2+N＝C精氨酸C端確認(rèn)區(qū)注意＋堿催化＋酸催化穩(wěn)定活性中心吸附羧氧原子使肽鍵失穩(wěn)——酶活性中心親電/親核基團(tuán)參與S敏感鍵斷裂的機(jī)制。親電基團(tuán)——帶正電荷性質(zhì)的基團(tuán)親核基團(tuán)——帶負(fù)電荷性質(zhì)的基團(tuán)（四）共價(jià)催化A-:B+¨+-OH-NH2咪唑基

親電催化2A-:2B++

Mg2+A:Mg¨A

+2B+親核催化¨-OH¨-SHA-:

+HO:B中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，斷裂，形成產(chǎn)物，酶復(fù)原。（不同酶促反應(yīng)中的催化因素影響大小不同。）¨＋－OH的親核催化(胰凝乳蛋白酶)1、需要金屬離子的酶（1）金屬酶(metalloenzyme)含緊密結(jié)合的金屬離子（2）金屬激活酶(metal-activitedenzyme)含松散結(jié)合的金屬離子（五）金屬離子催化2、金屬離子的作用A、參與底物反應(yīng)的定向B、通過(guò)價(jià)態(tài)改變參與電子轉(zhuǎn)移C、通過(guò)靜電穩(wěn)定/屏蔽負(fù)電荷（六）多原催化和協(xié)同效應(yīng)（七）活性部位微環(huán)境的影響四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例（一）溶菌酶（lysozyme）（二）胰凝乳蛋白酶疏水口袋活性位點(diǎn)殘基4.絲氨酸蛋白酶的催化機(jī)制催化三聯(lián)體親核攻擊穩(wěn)定His的正電形式胰蛋白酶蛋白質(zhì)水解酶巰基蛋白酶天冬氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶鋅蛋白酶胰凝乳蛋質(zhì)酶凝血酶彈性蛋白酶趨同進(jìn)化（convergentevolution）：催化三聯(lián)體趨異進(jìn)化（divergentevolution）：底物專一性（三）烯醇化酶（enolase）——作用需要金屬離子堿催化穩(wěn)定中間產(chǎn)物酸催化五、酶活性的調(diào)節(jié)控制（一）別構(gòu)調(diào)控（allostericregulation）

1、定義別構(gòu)調(diào)節(jié)：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的改變，進(jìn)而改變酶活性狀態(tài)。別構(gòu)酶：具有別構(gòu)現(xiàn)象的酶。別構(gòu)劑：能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)。別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑2、別構(gòu)酶的特點(diǎn)（1）多亞基一部分亞基有活性中心，另一部分有別構(gòu)調(diào)節(jié)中心ATP別構(gòu)激活劑CTP別構(gòu)抑制劑①天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶調(diào)節(jié)亞基催化亞基②3－磷酸甘油醛脫氫酶具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶代表

S形曲線（正協(xié)同）表觀雙曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）（2）別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)V=V[S]Km+[S]當(dāng)V=90％V0.9Km=0.1[S]［S］＝9Km當(dāng)V=10％V［S］＝1/9Km10%V時(shí)[s]90%V時(shí)[s]=81S曲線：正協(xié)同＜81—V↑隨［S］↑而加快2米氏曲線1負(fù)協(xié)同3正協(xié)同321V10%V90%V0[S]V

a、僅底物是別構(gòu)調(diào)節(jié)物

雙曲線：負(fù)協(xié)同＞81—V↑隨［S］↑而減慢底物是別構(gòu)抑制劑底物是別構(gòu)激活劑

b、當(dāng)其他別構(gòu)物參與調(diào)節(jié)時(shí)整體上產(chǎn)生激活、抑制現(xiàn)象改變了調(diào)節(jié)的敏感區(qū)位置別構(gòu)激活別構(gòu)抑制V0[S]底物敏感區(qū)（3）K型效應(yīng)物和V型效應(yīng)物：K0.5：別構(gòu)酶催化反應(yīng)達(dá)到1/2Vmax時(shí)的[S]改變K0.5不改變Vmax：K型效應(yīng)物改變Vmax不改變K0.5：V型效應(yīng)物213213vvVmaxVmaxK0.500[S][S]A為K型效應(yīng)物B為V型效應(yīng)物1.未加效應(yīng)物；2.加激活劑；3加抑制劑A為K型效應(yīng)物B為V型效應(yīng)物別構(gòu)酶經(jīng)加熱或用化學(xué)試劑等處理，可引起別構(gòu)酶解離，失去調(diào)節(jié)活性。脫敏后表現(xiàn)為米氏酶動(dòng)力學(xué)雙曲線（4）脫敏作用3、別構(gòu)酶調(diào)節(jié)酶活性的機(jī)理1、對(duì)稱或協(xié)同模型（symmetryorconcertedmodel,也稱齊變模型、MWC模型）1965年由Monod、Wyman和Changeux提出。該模型的要點(diǎn):2、序變模型（sequentialmodel，也稱KNF模型）1966年由Koshland、Nemethy和Filmer提出。該模型的要點(diǎn):（二）酶原的激活

酶原(zymogen)：酶的無(wú)活性的前體

酶原的激活：由無(wú)活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^(guò)程。

酶原激活的意義：在特定的環(huán)境和條件下發(fā)揮作用；避免細(xì)胞自身消化；有的酶原可以視為酶的儲(chǔ)存形式。酶原激活的機(jī)理:酶原分子構(gòu)象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心一個(gè)或幾個(gè)特定的肽鍵斷裂，水解掉一個(gè)或幾個(gè)短肽在特定條件下賴?yán)i天天天天甘異賴?yán)i天天天天纈組絲SSSS46183甘異纈組絲SSSS腸激酶胰蛋白酶原活性中心胰蛋白酶原的激活過(guò)程胰蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶+碎片胰凝乳蛋白酶原α-胰凝乳蛋白酶+二肽羧基肽酶原A羧基肽酶A+碎片腸激酶自身催化腸激酶啟動(dòng)的酶原激活——通過(guò)其它酶對(duì)其多肽鏈上的某些基 團(tuán)進(jìn)行?？赡娴墓矁r(jià)修飾，使酶處于活性/非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶的活性。（三）可逆的共價(jià)修飾酶酶-P蛋白激酶，磷酸化磷酸酶，脫磷酸化酶的活性形式：可能是磷酸化也可能是脫磷酸化由核苷三磷酸（ATP）提供磷酸基R生理?xiàng)l件下：幾乎所有的蛋白激酶都以ATP為磷酸基的供體，幾乎所有的磷酸化反應(yīng)都需Mg2+。（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu┉P-O鍵連接（2）Lys、Arg、His┉P-N鍵連接底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基有兩類：主要是SerThrCa2+依賴性蛋白激酶（PKC)六、同工酶（isoenzyme）（一）定義：

催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。（二）特點(diǎn)：1、都是寡聚酶2、不同的亞基組成3、不同亞基的活性中心非常相似4、組織分布部位不同5、所催化的反應(yīng)有側(cè)重點(diǎn)如：生理及臨床意義在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用；用于解釋發(fā)育過(guò)程中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有助于對(duì)疾