1、1第七章第七章酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)理2一.酶活性部位的特點(diǎn)1.只占酶分子總體積相當(dāng)小的部分(1%-2%);2.是一個(gè)三維實(shí)體;3.經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)契合的動(dòng)態(tài)過(guò)程構(gòu)成;4.是位于酶分子外表的一個(gè)裂痕內(nèi)(疏水區(qū)域),底物有效濃度高;5.底物經(jīng)過(guò)次級(jí)鍵較弱地力結(jié)合到酶上;6.具有柔性或可運(yùn)動(dòng)性.第一節(jié) 酶作用的機(jī)制3二二. .酶催化反響的獨(dú)特性質(zhì)酶催化反響的獨(dú)特性質(zhì)1.酶反響大部分反響涉及電子和質(zhì)子或其他基團(tuán)的轉(zhuǎn)移(速率108s-1),另有反響僅涉及電子的轉(zhuǎn)移(速率103s-1);2.酶的催化作用是由氨基酸側(cè)鏈上的功能基團(tuán)和輔酶為媒介的,主要的是His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的側(cè)鏈直接參與反

2、響;3.酶催化反響的最適pH范圍通常很狹小;4.與底物相比,酶分子很大;5.生物酶特有的有利條件,使上述反響進(jìn)展更有利: (1)活性部位存在一個(gè)以上的催化基團(tuán),可進(jìn)展協(xié)同催化; (2)存在結(jié)合部位,底物分子結(jié)合在活性部位附近; (3)存在一個(gè)以上的底物分子結(jié)合部位,可催化多底物反響; (4)底物與酶結(jié)合,使底物分子中的鍵產(chǎn)生張力,有利于過(guò)度態(tài)復(fù)合物的構(gòu)成.4 三.與酶催化高效率有關(guān)的要素(一)底物和酶的臨近效應(yīng)和定向效應(yīng)： 臨近效應(yīng)是在酶促反響中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效濃度大大添加，有利于提高反響速度； 酶和底物復(fù)合物的構(gòu)成是把分子間的反響變?yōu)榉肿觾?nèi)的反響的過(guò)程,底

3、物分子中參與反響的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)厲定向定位。定向效應(yīng)指反響物的反響基團(tuán)之間、酶的催化基團(tuán)與底物反響基團(tuán)之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng),使酶促反響具有高效率。 科學(xué)家以為,假設(shè)臨近效應(yīng)和定向效應(yīng)的促進(jìn)作用分別到達(dá)提高反響速率104倍,臨近效應(yīng)加定向效應(yīng)共同作用使反響速率升高108倍,這與酶提高催化效率計(jì)算數(shù)據(jù)很相近.(二) 底物的“形變 和誘導(dǎo)契合： 當(dāng)酶遇到專注性底物時(shí),酶中某些基團(tuán)或離子使底物分子內(nèi)敏感鍵中的某些基團(tuán)的電子云密度增高或降低,產(chǎn)生“張力,使敏感鍵的一端更加敏感,底物分子發(fā)生“形變 ,底物接近過(guò)度態(tài),降低了反響活化能,使反響易于發(fā)生.如溶菌酶與底物結(jié)合引起D-糖環(huán)構(gòu)象由椅式變?yōu)榘?/p>

4、椅式等例子,均為X射線晶體構(gòu)造分析證明.5 (三)酸堿催化： 是經(jīng)過(guò)瞬時(shí)的向反響物提供質(zhì)子或從反響物接受質(zhì)子 以穩(wěn)定過(guò)度態(tài),加速反響的機(jī)制. 酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反響普通都是廣義的酸堿催化方式.是指向反響物提供質(zhì)子,或是從反響物接受質(zhì)子的作用，到達(dá)降低反響活化能。 酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對(duì)底物進(jìn)展酸堿催化。在很多酶的活性部位存在酸堿催化功能基,如氨基,羧基,巰基,酚羥基和咪唑基,它們能在近中性pH的范圍,作為催化性的質(zhì)子供體或受體. 這類反響有:羧基的加成反響,酮基和烯醇的互變異構(gòu),肽和酯的水解,磷酸和焦磷酸參與的反

5、響. 酸堿催化可提高反響速率102-105.His 殘基的咪唑基是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能團(tuán)。-COOH, -NH3, -SH,+OHNHNH+-COO , -NH2, -S , -.-O-NHN:6(四)共價(jià)催化 (親核催化或親電子催化)催化劑經(jīng)過(guò)與底物構(gòu)成反響活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反響活化能降低，從而提高反響速度的過(guò)程，稱為共價(jià)催化。在催化時(shí),親核催化劑或親電子催化劑能分別放出電子或汲取電子,作用于底物的缺電中心或負(fù)電中心,迅速構(gòu)成不穩(wěn)定的中間復(fù)合物,降低反響活化能,使反響加速.酶中參與共價(jià)催化的基團(tuán)主要包括 His 的咪唑基，Cys 的巰基，Asp 的羧基，Ser 的羥

6、基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。7(五)金屬離子催化(六)多元催化和協(xié)同效應(yīng) 如親核催化和酸堿催化共同作用.(七)活性部位微環(huán)境 活性部位位于疏水環(huán)境的裂痕中. 由于在非極性環(huán)境中的介電常數(shù)比水的介電常數(shù)低,在非極性環(huán)境中的兩個(gè)帶電基團(tuán)之間的靜電作用比在極性環(huán)境中中顯著提高.疏水的微環(huán)境有利于酶的催化作用. 8 第二節(jié)第二節(jié) 酶活性的調(diào)理控制和調(diào)理酶酶活性的調(diào)理控制和調(diào)理酶( (一一) )別構(gòu)調(diào)控別構(gòu)酶調(diào)理別構(gòu)調(diào)控別構(gòu)酶調(diào)理 特點(diǎn)特點(diǎn): :1 1別構(gòu)酶除了有活性中心外，還有別構(gòu)中心；別構(gòu)酶除了有活性中心外，還有別構(gòu)中心； 2 2該酶可在其分子內(nèi)、不同的空間位

7、置該酶可在其分子內(nèi)、不同的空間位置 上的特定位點(diǎn)具有傳送改動(dòng)構(gòu)象信息的才干；上的特定位點(diǎn)具有傳送改動(dòng)構(gòu)象信息的才干； 3 3酶的特殊構(gòu)造具有在不同外界環(huán)境條件時(shí)，酶的特殊構(gòu)造具有在不同外界環(huán)境條件時(shí)， 作出選擇，以到達(dá)對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)理控制。作出選擇，以到達(dá)對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)理控制。 9別構(gòu)酶的構(gòu)造特征：別構(gòu)酶的構(gòu)造特征： 1知的別構(gòu)酶幾乎都是寡聚酶，由知的別構(gòu)酶幾乎都是寡聚酶，由2個(gè)以上的亞基個(gè)以上的亞基 組裝而成，具有四級(jí)構(gòu)造，分子較組裝而成，具有四級(jí)構(gòu)造，分子較大，經(jīng)常表現(xiàn)出大，經(jīng)常表現(xiàn)出 單體酶沒(méi)有的特殊性質(zhì)；單體酶沒(méi)有的特殊性質(zhì)；2普通有兩個(gè)亞基，催化亞基有活普通有兩個(gè)亞基，催化亞基有活性

8、中心，決議反響性中心，決議反響 的快慢，該酶可在幾秒可使酶活力改的快慢，該酶可在幾秒可使酶活力改動(dòng)，屬快速調(diào)動(dòng)，屬快速調(diào) 節(jié)，是代謝過(guò)程關(guān)鍵步驟中發(fā)揚(yáng)關(guān)鍵節(jié)，是代謝過(guò)程關(guān)鍵步驟中發(fā)揚(yáng)關(guān)鍵作用的關(guān)鍵酶。作用的關(guān)鍵酶。 3別構(gòu)酶在某些物質(zhì)如調(diào)理物別構(gòu)酶在某些物質(zhì)如調(diào)理物的作用下，構(gòu)象改的作用下，構(gòu)象改 變，活力也發(fā)生變化，這種景象稱變，活力也發(fā)生變化，這種景象稱別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)酶不遵照米氏方程。別構(gòu)酶不遵照米氏方程。10別構(gòu)酶的性質(zhì)別構(gòu)酶有和底物結(jié)合的活性部位，又有和調(diào)理物或效應(yīng)物結(jié)合的調(diào)理部位調(diào)理部位與活性部位雖然在空間上是分開(kāi)的，但可相互影響，經(jīng)過(guò)構(gòu)相的變化，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)可發(fā)生在底物底

9、物之間，調(diào)理物底物之間，調(diào)理物調(diào)理物之間，可以是正協(xié)同，或負(fù)協(xié)同11別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線:正協(xié)同效應(yīng)是正協(xié)同效應(yīng)是S形曲線形曲線 別構(gòu)酶與非別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線的比較12協(xié)同指數(shù)協(xié)同指數(shù)( (飽和比值飽和比值saturation ratio Rs)saturation ratio Rs)協(xié)同指數(shù)可以鑒別不同的協(xié)同和協(xié)同程度 位點(diǎn)被90%飽和時(shí)的底物濃度 1Rs= = 81 n 位點(diǎn)被10%飽和時(shí)的底物濃度 n代表協(xié)同系數(shù)(Hill系數(shù)), 常用n判別酶屬于哪一種類型.典型的米氏酶Rs=81 ,即符合米氏方程的酶n=1. 具有正協(xié)同效應(yīng)的酶n1; 具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的

10、酶n1.13別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱ATCase1415 (二)酶原激活的調(diào)理酶原：沒(méi)有活性的酶的前體。酶原的激活：酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用 可轉(zhuǎn)變成有活性的酶。酶原轉(zhuǎn)變成酶 的過(guò)程稱為酶原的激活。本質(zhì)：酶原的激活本質(zhì)上是酶活性部位構(gòu)成或暴露 的過(guò)程。16 同功酶同功酶同功酶：能催化同一化學(xué)反響的一類酶。活性中心類似或一樣：催化同一化學(xué)反響。分子構(gòu)造不同：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同。17 要點(diǎn)歸納要點(diǎn)歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反響的特異性，以及可調(diào)理性。除了某些和反響的特異性，以及可調(diào)理性

11、。除了某些RNA之外，絕大部分之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反響類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異的反響類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。構(gòu)酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測(cè)定是酶比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測(cè)定是酶純化的監(jiān)測(cè)目的，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶的純度越高。純化的監(jiān)測(cè)目的，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶的純度越高。 3. 酶和其他催化劑一樣，可以經(jīng)過(guò)降低反響的活化能來(lái)提高反酶和其他催化劑一樣，

12、可以經(jīng)過(guò)降低反響的活化能來(lái)提高反響速度，使反響快速到達(dá)平衡點(diǎn)，但酶不能改動(dòng)平衡點(diǎn)。響速度，使反響快速到達(dá)平衡點(diǎn)，但酶不能改動(dòng)平衡點(diǎn)。 18 4. 酶活性部位是一個(gè)具有三維構(gòu)造的疏水裂隙，除了含有疏酶活性部位是一個(gè)具有三維構(gòu)造的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸經(jīng)水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸經(jīng)常參與酶的催化反響。酶活性部位的可離子化和可反響的氨基酸常參與酶的催化反響。酶活性部位的可離子化和可反響的氨基酸殘基構(gòu)成酶的催化中心。殘基構(gòu)成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個(gè)主要方式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催化酶催化的兩個(gè)主要方式是酸堿

13、催化和共價(jià)催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接納質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接納質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反響進(jìn)展；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合進(jìn)反響進(jìn)展；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合構(gòu)成反響的中間產(chǎn)物。構(gòu)成反響的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反響速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底酶促反響速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反響物濃度急劇物接近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反響物濃度急劇增高，將大大加速酶促反響的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)增高，將大大加速酶促反響的速度

14、。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜锏竭_(dá)過(guò)渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底物的親和合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜锏竭_(dá)過(guò)渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)底物的親和力最大，使反響活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。力最大，使反響活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 19 9. 酶促反響速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可酶促反響速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑。可逆抑制劑與酶非共價(jià)結(jié)合，可逆抑制包括競(jìng)爭(zhēng)性抑制逆抑制劑。可逆抑制劑與酶非共價(jià)結(jié)合，可逆抑制包括競(jìng)爭(zhēng)性抑制Km添加，而添加，而Vmax不變、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制不變、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制Vmax減少，減少，Km不不變；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共

15、價(jià)結(jié)合。利用不可變；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共價(jià)結(jié)合。利用不可逆抑制劑處置酶，有能夠獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋酶逆抑制劑處置酶，有能夠獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋酶催化的機(jī)制。催化的機(jī)制。 10. 酶促反響受酶促反響受pH和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最適和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個(gè)最適pH和和最適溫度，但最適最適溫度，但最適pH和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適pH和最適溫度下酶促反響具有最大反響速度，大多數(shù)酶的反響速度和最適溫度下酶促反響具有最大反響速度，大多數(shù)酶的反響速度-pH以及反響速度以及反響速度-溫度曲線是鐘形曲線

16、。溫度曲線是鐘形曲線。 20 11. 許多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在適宜的條件下酶原許多蛋白酶都是以酶原方式合成的，在適宜的條件下酶原經(jīng)過(guò)有選擇的蛋白水解被激活，這一過(guò)程稱為酶原激活。經(jīng)過(guò)有選擇的蛋白水解被激活，這一過(guò)程稱為酶原激活。 12. 某些酶是調(diào)理細(xì)胞內(nèi)代謝速度的關(guān)鍵酶。在反響抑制中，某些酶是調(diào)理細(xì)胞內(nèi)代謝速度的關(guān)鍵酶。在反響抑制中，途徑的終產(chǎn)物往往抑制該途徑的第一個(gè)酶。別構(gòu)酶的調(diào)理酶的活途徑的終產(chǎn)物往往抑制該途徑的第一個(gè)酶。別構(gòu)酶的調(diào)理酶的活性遭到特殊的調(diào)理劑調(diào)理，調(diào)理劑可逆地結(jié)合在別構(gòu)酶的調(diào)理部性遭到特殊的調(diào)理劑調(diào)理，調(diào)理劑可逆地結(jié)合在別構(gòu)酶的調(diào)理部位經(jīng)常是底物結(jié)合部位以外的部位。調(diào)理劑可以是抑制劑或位經(jīng)常是底物結(jié)合部位以外的部位。調(diào)理劑可以是抑制劑或激活劑；調(diào)理劑也可以是底物本身或其他代謝物。激活劑；調(diào)理劑也可以是底物本身或其他代謝物。 21 13. 別構(gòu)酶普通