生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)課件

1、生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)第10章 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)一、酶的活性部位一、酶的活性部位二、二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)三、影響酶催化效率的有關(guān)因素三、影響酶催化效率的有關(guān)因素四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例五、酶活性的調(diào)節(jié)控制五、酶活性的調(diào)節(jié)控制六、同工酶六、同工酶(mechanisms of enzyme action and regulation of enzyme activity) 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)一、酶的活性部位生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶活性部位的特點(diǎn) 在酶分子中，只有少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基直接在酶分子中，只有少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基

2、直接參與結(jié)合底物和催化反應(yīng)，這些氨基酸殘基在一參與結(jié)合底物和催化反應(yīng)，這些氨基酸殘基在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可以相距很遠(yuǎn)，但通過肽鏈的折疊、盤級(jí)結(jié)構(gòu)上可以相距很遠(yuǎn)，但通過肽鏈的折疊、盤繞，使它們?cè)诳臻g上相互接近。這些殘基在空間繞，使它們?cè)诳臻g上相互接近。這些殘基在空間上所在的部位稱為活性上所在的部位稱為活性部位（部位（active site）或活性）或活性中心（中心（active center），），酶的活性部位往往有一個(gè)酶的活性部位往往有一個(gè)裂縫或口袋狀的區(qū)域，其形狀與底物相似。裂縫或口袋狀的區(qū)域，其形狀與底物相似。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶活性部位的結(jié)構(gòu)57102195生物化學(xué)酶的作

3、用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶活性部位的特點(diǎn) 當(dāng)?shù)孜锱c酶通過次級(jí)鍵結(jié)合時(shí)，底物和酶都當(dāng)?shù)孜锱c酶通過次級(jí)鍵結(jié)合時(shí)，底物和酶都可能發(fā)生形變，誘導(dǎo)契合，使得底物與酶的活性可能發(fā)生形變，誘導(dǎo)契合，使得底物與酶的活性部位的形狀恰好吻合，而且負(fù)責(zé)催化反應(yīng)的殘基部位的形狀恰好吻合，而且負(fù)責(zé)催化反應(yīng)的殘基也正好接近將發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)或鍵。當(dāng)酶蛋白變也正好接近將發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)或鍵。當(dāng)酶蛋白變性時(shí)，構(gòu)象發(fā)生變化，失去上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)性時(shí)，構(gòu)象發(fā)生變化，失去上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)也失去了活性。也失去了活性。雖然酶蛋白中其它殘基不直接參雖然酶蛋白中其它殘基不直接參與活性部位的組成，但這些殘基中的大多數(shù)為整與活性部位的組成，但這些殘基

4、中的大多數(shù)為整個(gè)酶蛋白的構(gòu)象作出了不可缺少的貢獻(xiàn)。個(gè)酶蛋白的構(gòu)象作出了不可缺少的貢獻(xiàn)。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)研究酶活性部位的方法酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法 （1）非特異性共價(jià)修飾）非特異性共價(jià)修飾 （2）特異性共價(jià)修飾）特異性共價(jià)修飾 （3 3）親和標(biāo)記法）親和標(biāo)記法2. 動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法3. X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法射線晶體結(jié)構(gòu)分析法4. 定點(diǎn)突變法定點(diǎn)突變法生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法 用一種小分子化合物與酶反應(yīng)，這種化合物與用一種小分子化合物與酶反應(yīng)，這種化合物與酶的某個(gè)或某種殘基側(cè)鏈反應(yīng)，形成共價(jià)結(jié)合，這酶的某

5、個(gè)或某種殘基側(cè)鏈反應(yīng)，形成共價(jià)結(jié)合，這叫化學(xué)修飾叫化學(xué)修飾（chemical modification）或共價(jià)修飾或共價(jià)修飾（covalent modification） ，這種化合物稱為修飾劑。，這種化合物稱為修飾劑。酶分子中可以被化學(xué)修飾的基團(tuán)有：巰基、羥基、酶分子中可以被化學(xué)修飾的基團(tuán)有：巰基、羥基、咪唑基、氨基、羧基和胍基等。當(dāng)酶活性部位的殘咪唑基、氨基、羧基和胍基等。當(dāng)酶活性部位的殘基側(cè)鏈被修飾后，會(huì)使酶失去活力。將經(jīng)修飾后失基側(cè)鏈被修飾后，會(huì)使酶失去活力。將經(jīng)修飾后失去活力的酶水解，鑒定出被修飾的氨基酸，可以得去活力的酶水解，鑒定出被修飾的氨基酸，可以得到哪些殘基參與組成活性部位的

6、信息。到哪些殘基參與組成活性部位的信息。生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)非特異性共價(jià)修飾 此此類修飾劑可以修飾活性部位類修飾劑可以修飾活性部位內(nèi)內(nèi)或或外外的殘基的殘基側(cè)鏈基團(tuán)。若修飾程度與酶活力喪失成正比，則側(cè)鏈基團(tuán)。若修飾程度與酶活力喪失成正比，則說明被修飾的基團(tuán)位于活性部位。當(dāng)發(fā)現(xiàn)修飾程說明被修飾的基團(tuán)位于活性部位。當(dāng)發(fā)現(xiàn)修飾程度與酶活力喪失成正比時(shí)，可在加入底物或競(jìng)爭(zhēng)度與酶活力喪失成正比時(shí)，可在加入底物或競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的條件下進(jìn)行修飾，若加入底物或競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的條件下進(jìn)行修飾，若加入底物或競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑可阻遏修飾劑對(duì)酶活力的破壞作用，則性抑制劑可阻遏修飾劑對(duì)酶活力的破壞作用，則進(jìn)一步證明被修飾

7、的基團(tuán)位于活性部位。進(jìn)一步證明被修飾的基團(tuán)位于活性部位。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)特異性共價(jià)修飾 此類修飾劑特異性地修飾酶活性部位的殘基，此類修飾劑特異性地修飾酶活性部位的殘基，同時(shí)使酶失活。此類修飾劑與酶的活性部位特異同時(shí)使酶失活。此類修飾劑與酶的活性部位特異性結(jié)合，同時(shí)修飾酶活性部位的基團(tuán)。例如二異性結(jié)合，同時(shí)修飾酶活性部位的基團(tuán)。例如二異丙基氟丙基氟磷酸（磷酸（DFP）能特異性地與許多酶的活性）能特異性地與許多酶的活性部位的部位的Ser殘基共價(jià)結(jié)合，使酶活力喪失，而不修殘基共價(jià)結(jié)合，使酶活力喪失，而不修飾非活性部位的飾非活性部位的Ser殘基。當(dāng)用殘基。當(dāng)用DFP修飾酶后，部修飾酶后

8、，部分水解酶蛋白，得到含有二異丙基磷?；碾亩危炙饷傅鞍?，得到含有二異丙基磷酰基的肽段，分析此肽段的氨基酸序列，可得到活性部位分析此肽段的氨基酸序列，可得到活性部位Ser附附近近的肽鏈序列。的肽鏈序列。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)DFP修飾酶的Ser殘基的反應(yīng) 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)幾種絲氨酸蛋白酶活性部位的氨基酸序列酶酶氨基酸序列氨基酸序列牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶 Ser-Cys-Gly- Gly- Asp-Ser-Gly- Gly- Pro-Val牛胰凝乳蛋白酶牛胰凝乳蛋白酶 Ser-Cys-Met- Gly- Asp-Ser-Gly- Gly- Pro-Leu豬彈性蛋白酶豬彈

9、性蛋白酶 Gly-Cys-Gln- Gly- Asp-Ser-Gly- Gly- Pro-Leu豬凝血酶豬凝血酶Asp-Ala-Cys-Glu- Gly- Asp-Ser-Gly- Gly- Pro生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)親和標(biāo)記法 能特異性地修飾酶的活性部位的修飾劑很少，能特異性地修飾酶的活性部位的修飾劑很少，并且專一性差，經(jīng)常出現(xiàn)也修飾活性部位之外的并且專一性差，經(jīng)常出現(xiàn)也修飾活性部位之外的殘基的情況。為了解決此問題，人們合成了一些殘基的情況。為了解決此問題，人們合成了一些底物類似物，其上帶有高反應(yīng)性基團(tuán)，它們特異底物類似物，其上帶有高反應(yīng)性基團(tuán)，它們特異地與相應(yīng)的酶的活性部位結(jié)合，

10、然后與活性部位地與相應(yīng)的酶的活性部位結(jié)合，然后與活性部位的殘基反應(yīng)，這樣就大大提高了修飾的專一性，的殘基反應(yīng)，這樣就大大提高了修飾的專一性，這種方法叫親和標(biāo)記法。這種方法叫親和標(biāo)記法。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)TPCK對(duì)胰凝乳蛋白酶的親和標(biāo)記 最典型的例子就是用來修飾胰凝乳蛋白酶的親最典型的例子就是用來修飾胰凝乳蛋白酶的親和 標(biāo) 記 物 對(duì) 甲 苯 磺 酰和 標(biāo) 記 物 對(duì) 甲 苯 磺 酰 - L - 苯 丙 氨 酰 氯 甲 基 酮苯 丙 氨 酰 氯 甲 基 酮（TPCK），胰凝乳蛋白酶的人工底物是對(duì)甲苯磺），胰凝乳蛋白酶的人工底物是對(duì)甲苯磺酰酰-L-苯丙氨酸乙酯（苯丙氨酸乙酯（TPE）

11、。當(dāng)將）。當(dāng)將TPDK與胰凝乳與胰凝乳蛋白酶一起保溫后，酶失去活性，氨基酸分析表明，蛋白酶一起保溫后，酶失去活性，氨基酸分析表明，TPDK修飾了修飾了His57。TPCK不與胰凝乳蛋白酶原、不與胰凝乳蛋白酶原、變性的胰凝乳蛋白酶、變性的胰凝乳蛋白酶、DIP-胰凝乳蛋白酶反應(yīng)。這胰凝乳蛋白酶反應(yīng)。這些證據(jù)說明些證據(jù)說明His57是組成酶活性部位的殘基之一。是組成酶活性部位的殘基之一。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)TPE和TPCK的結(jié)構(gòu)親和標(biāo)記物親和標(biāo)記物人工底物人工底物生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定法 在不同在不同pH下測(cè)定酶活力，可以得到與酶下測(cè)定酶活力，可以得到與酶活力直接相

12、關(guān)的可解離基團(tuán)的活力直接相關(guān)的可解離基團(tuán)的pKa值，從而推值，從而推測(cè)出是些什么殘基。測(cè)出是些什么殘基。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析法 使底物與酶結(jié)合，制成晶體，再進(jìn)行使底物與酶結(jié)合，制成晶體，再進(jìn)行X光光晶體衍射分析，可得到底物附近有哪些殘基。晶體衍射分析，可得到底物附近有哪些殘基。生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)定點(diǎn)突變法 從基因的水平上對(duì)蛋白質(zhì)編碼序列中特定位點(diǎn)從基因的水平上對(duì)蛋白質(zhì)編碼序列中特定位點(diǎn)的核苷酸進(jìn)行突變，使得蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基的核苷酸進(jìn)行突變，使得蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基轉(zhuǎn)變成另一種氨基酸殘基，觀察突變對(duì)酶活力的影轉(zhuǎn)變成另一種氨基酸殘基，觀察突變對(duì)酶活

13、力的影響。例如響。例如，1987年年Claik將胰蛋白酶將胰蛋白酶Asp102突變成突變成Asn102，突變的胰蛋白酶的，突變的胰蛋白酶的kcat只有野生型酶的五只有野生型酶的五千分之一，突變酶水解酯底物的活力僅是野生型酶千分之一，突變酶水解酯底物的活力僅是野生型酶的萬分之一，可見的萬分之一，可見Asp102對(duì)胰蛋白酶的活力是必需對(duì)胰蛋白酶的活力是必需的。的。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)三、影響酶催化效率的有關(guān)因素 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)底物和酶的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)（proximity and orientation） 對(duì)于雙底物反應(yīng)或三底物反應(yīng)來說，由于酶對(duì)于雙底物反應(yīng)或三底物反

14、應(yīng)來說，由于酶活性部位對(duì)底物有高親和力，增加了參與反應(yīng)的活性部位對(duì)底物有高親和力，增加了參與反應(yīng)的底物碰撞的幾率，這就是鄰近效應(yīng)。在酶活性部底物碰撞的幾率，這就是鄰近效應(yīng)。在酶活性部位，底物之間參與反應(yīng)的基團(tuán)或鍵靠近，使反應(yīng)位，底物之間參與反應(yīng)的基團(tuán)或鍵靠近，使反應(yīng)易于進(jìn)行，這就是定向效應(yīng)。易于進(jìn)行，這就是定向效應(yīng)。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)底物的形變和誘導(dǎo)契合 底物與酶結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象變化，相應(yīng)的底物與酶結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象變化，相應(yīng)的鍵變得對(duì)反應(yīng)更敏感，降低了反應(yīng)的活化能。鍵變得對(duì)反應(yīng)更敏感，降低了反應(yīng)的活化能。 （distortion and induced-fit） 生物化學(xué)酶的作用

15、機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酸堿催化 酶活性部位的催化基團(tuán)可以通過向底物提酶活性部位的催化基團(tuán)可以通過向底物提供質(zhì)子或從底物上奪取質(zhì)子，而催化反應(yīng)。若供質(zhì)子或從底物上奪取質(zhì)子，而催化反應(yīng)。若提供質(zhì)子和奪取質(zhì)子的是反應(yīng)液中的提供質(zhì)子和奪取質(zhì)子的是反應(yīng)液中的H +和和OH ，稱為專一酸堿催化或狹義酸堿催化；若提供質(zhì)稱為專一酸堿催化或狹義酸堿催化；若提供質(zhì)子和奪取質(zhì)子的是酶活性部位的殘基，稱為總子和奪取質(zhì)子的是酶活性部位的殘基，稱為總酸堿催化或廣義酸堿催化。酸堿催化或廣義酸堿催化。 （acid-base catalysis）生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)一些氨基酸殘基的廣義酸堿形式生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)共

16、價(jià)催化 共價(jià)催化分為親電催化和親核催化兩種類型。共價(jià)催化分為親電催化和親核催化兩種類型。親電催化指的是酶活性部位的催化基團(tuán)在催化反應(yīng)親電催化指的是酶活性部位的催化基團(tuán)在催化反應(yīng)過程中汲取底物的電子，產(chǎn)生底物與酶共價(jià)結(jié)合的過程中汲取底物的電子，產(chǎn)生底物與酶共價(jià)結(jié)合的過渡態(tài)中間物；親核催化是酶活性部位的催化基團(tuán)過渡態(tài)中間物；親核催化是酶活性部位的催化基團(tuán)在反應(yīng)過程中向底物供給電子，產(chǎn)生底物與酶共價(jià)在反應(yīng)過程中向底物供給電子，產(chǎn)生底物與酶共價(jià)結(jié)合的過渡態(tài)中間物。結(jié)合的過渡態(tài)中間物。 （covalent catalysis） 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)金屬離子催化 金屬離子帶正電荷，它可以穩(wěn)定底物

17、過渡態(tài)金屬離子帶正電荷，它可以穩(wěn)定底物過渡態(tài)中間物中的負(fù)電荷，還可以通過吸引電子，造成中間物中的負(fù)電荷，還可以通過吸引電子，造成電子畸變，使得反應(yīng)容易進(jìn)行。電子畸變，使得反應(yīng)容易進(jìn)行。 （metal ion catalysis） 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)活性部位微環(huán)境的影響在實(shí)際催化中，上述多種因素可以協(xié)調(diào)起作用。在實(shí)際催化中，上述多種因素可以協(xié)調(diào)起作用。 多元催化和協(xié)同效應(yīng) 活性部位是一個(gè)疏水環(huán)境，介電常數(shù)較低，活性部位是一個(gè)疏水環(huán)境，介電常數(shù)較低，帶電基團(tuán)之間的作用力較強(qiáng)，有助于催化基團(tuán)與帶電基團(tuán)之間的作用力較強(qiáng)，有助于催化基團(tuán)與底物的作用。底物的作用。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)

18、節(jié)四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶 溶菌酶能夠水解細(xì)菌細(xì)胞壁的多糖，從而溶菌酶能夠水解細(xì)菌細(xì)胞壁的多糖，從而溶解這些細(xì)菌的細(xì)胞壁。細(xì)胞壁多糖是溶解這些細(xì)菌的細(xì)胞壁。細(xì)胞壁多糖是N-乙酰乙酰氨基葡糖（氨基葡糖（NAG）-N-乙酰氨基葡糖乳酸乙酰氨基葡糖乳酸（NAM）的共聚物，其中的）的共聚物，其中的NAG和和NAM通過通過1,4-糖苷鍵交替排列。糖苷鍵交替排列。 （lysozyme）生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞壁多糖生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)紅箭頭所紅箭頭所指為活性指為活性部位殘基部位殘基分子量為分子量為14.6103生物化學(xué)酶的作用機(jī)

19、制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶催化反應(yīng)的特異性 溶菌酶能夠水解溶菌酶能夠水解NAM的的C1與與NAG的的C4之間之間的糖苷鍵，但不能水解的糖苷鍵，但不能水解NAG的的C1與與NAM的的C4之之間的糖苷鍵。幾丁質(zhì)是甲殼類動(dòng)物甲殼中所含的間的糖苷鍵。幾丁質(zhì)是甲殼類動(dòng)物甲殼中所含的多糖，僅由多糖，僅由NAG殘基通過殘基通過1,4-糖苷鍵相連，溶糖苷鍵相連，溶菌酶也可以水解幾丁質(zhì)。菌酶也可以水解幾丁質(zhì)。生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶催化水解的糖苷鍵生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶的有效底物 酶的活性部位有一條溝，正好能容納酶的活性部位有一條溝，正好能容納6個(gè)多個(gè)多糖殘基形成的鏈。當(dāng)用含不同殘基數(shù)的寡聚糖

20、殘基形成的鏈。當(dāng)用含不同殘基數(shù)的寡聚NAG作實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)殘基數(shù)達(dá)到作實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)殘基數(shù)達(dá)到6個(gè)時(shí)就可以作為有個(gè)時(shí)就可以作為有效的底物。效的底物。 底物（濃度為底物（濃度為10 4 mol/L）相對(duì)水解速率相對(duì)水解速率(NAG)20(NAG)31(NAG)48(NAG)54000(NAG)630000(NAG)830000生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶活性部位的催化位點(diǎn) 通過研究通過研究發(fā)現(xiàn)，若將發(fā)現(xiàn)，若將6殘基寡聚糖作為溶殘基寡聚糖作為溶菌酶的底物，將這菌酶的底物，將這6個(gè)殘基分別稱為個(gè)殘基分別稱為A，B，C，D，E和和F，則水解發(fā)生在，則水解發(fā)生在D和和E之間的糖苷鍵上。之間的糖苷鍵上

21、。其中其中D糖的吡喃環(huán)因空間構(gòu)象的原因，必須由糖的吡喃環(huán)因空間構(gòu)象的原因，必須由正常的椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變成能量較高的半椅式構(gòu)象，正常的椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變成能量較高的半椅式構(gòu)象，其其C1參與的糖苷鍵穩(wěn)定性降低，參與的糖苷鍵穩(wěn)定性降低，易于斷裂。易于斷裂。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)吡喃糖環(huán)的椅式和船式構(gòu)象生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶底物的半椅式構(gòu)象半椅式構(gòu)象半椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象椅式構(gòu)象生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶活性部位的催化位點(diǎn)生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)糖苷鍵的斷裂位點(diǎn) 在在H 218O中反應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)中反應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)D糖的糖的C1上含有上含有18O，而，而E糖的糖的C4羥基只含普通

22、羥基只含普通O。由此可知這個(gè)。由此可知這個(gè)鍵斷裂在鍵斷裂在D糖的糖的C1和糖苷鍵的和糖苷鍵的O之間。之間。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶的催化基團(tuán) 分析分析D-E鍵周圍的微環(huán)境，最活潑的基團(tuán)是鍵周圍的微環(huán)境，最活潑的基團(tuán)是Asp52和和Glu35，它們分別位于被斷裂的糖苷鍵，它們分別位于被斷裂的糖苷鍵的兩側(cè)。的兩側(cè)。Asp52在一個(gè)極性環(huán)境中，而在一個(gè)極性環(huán)境中，而Glu35位位于非極性區(qū)。在溶菌酶水解幾丁質(zhì)的最適于非極性區(qū)。在溶菌酶水解幾丁質(zhì)的最適pH下下（pH5），），Asp52的側(cè)鏈羧基為解離狀態(tài)的側(cè)鏈羧基為解離狀態(tài)COO，而而Glu的側(cè)鏈羧基為質(zhì)子化的的側(cè)鏈羧基為質(zhì)子化的COO

23、H形式形式。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)溶菌酶的催化機(jī)制Glu35酸催化酸催化Asp52的的負(fù)電荷穩(wěn)負(fù)電荷穩(wěn)定正碳離定正碳離子子生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)絲氨酸蛋白酶 絲氨酸蛋白酶是一個(gè)蛋白酶家族，這個(gè)家族絲氨酸蛋白酶是一個(gè)蛋白酶家族，這個(gè)家族包括胰蛋白酶（包括胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶）、胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）、彈性蛋白酶（）、彈性蛋白酶（elastase）、凝）、凝血 酶 （血 酶 （ t h r o m b i n ） 、 枯 草 桿 菌 蛋 白 酶） 、 枯 草 桿 菌 蛋 白 酶（subtilisin）、纖溶酶（）、纖溶酶（plasmin）、組

24、織纖溶）、組織纖溶酶原激活劑（酶原激活劑（tissue plasminogen activator，tPA）等。它們的共同特征是活性部位有一個(gè)必需的絲等。它們的共同特征是活性部位有一個(gè)必需的絲氨酸殘基。氨酸殘基。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)消化作用的絲氨酸蛋白酶 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶雖然胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶雖然都是裂解肽鍵的，但它們的專一性明顯不同。胰都是裂解肽鍵的，但它們的專一性明顯不同。胰蛋白酶裂解堿性氨基酸的羧基形成的肽鍵，胰凝蛋白酶裂解堿性氨基酸的羧基形成的肽鍵，胰凝乳蛋白酶裂解芳香氨基酸的羧基形成的肽鍵，彈乳蛋白酶裂解芳香氨基酸的羧基形成的肽鍵，彈性蛋

25、白酶專一性較弱，它主要裂解小的中性氨基性蛋白酶專一性較弱，它主要裂解小的中性氨基酸的羧基側(cè)肽鍵。這酸的羧基側(cè)肽鍵。這3種蛋白酶有相似的一級(jí)結(jié)種蛋白酶有相似的一級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)三種消化蛋白酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)比較生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶的三維結(jié)構(gòu) 胰凝乳蛋白酶分子是一個(gè)緊密的橢球體，大胰凝乳蛋白酶分子是一個(gè)緊密的橢球體，大小為小為5.14.04.0nm。多數(shù)芳香和疏水殘基包埋。多數(shù)芳香和疏水殘基包埋在蛋白質(zhì)內(nèi)部，而多數(shù)帶電的或親水的殘基分布在蛋白質(zhì)內(nèi)部，而多數(shù)帶電的或親水的殘基分布在分子表面。在分子表面。3個(gè)極性殘基個(gè)極性殘基His57、

26、Asp102和和Ser195在活性部位形成催化三聯(lián)體（在活性部位形成催化三聯(lián)體（catalytic triad）。這三個(gè)殘基在胰蛋白酶和彈性蛋白酶中）。這三個(gè)殘基在胰蛋白酶和彈性蛋白酶中也存在，但這三種蛋白酶的底物結(jié)合部位形狀不也存在，但這三種蛋白酶的底物結(jié)合部位形狀不同，導(dǎo)致它們裂解不同氨基酸羧基側(cè)的肽鍵。同，導(dǎo)致它們裂解不同氨基酸羧基側(cè)的肽鍵。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶的底物結(jié)合口袋 Trypsin Chymotrypsin Elastase生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶與eglin Ceglin C的結(jié)合 藍(lán)色帶狀物藍(lán)色帶狀物為為egl

27、in C ( ( 水 蛭 蛋 白水 蛭 蛋 白酶抑制劑酶抑制劑) )藍(lán)色藍(lán)色His57His57紅色紅色Asp102Asp102黃色黃色Ser195Ser195生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)人工底物 對(duì)一些底物是大分子聚合物的酶，在研究對(duì)一些底物是大分子聚合物的酶，在研究其動(dòng)力學(xué)時(shí)，一般使用小分子的人工底物其動(dòng)力學(xué)時(shí)，一般使用小分子的人工底物。乙。乙酸酸-p-硝基苯酯是一種特別有用的模式底物，因硝基苯酯是一種特別有用的模式底物，因?yàn)槠渌猱a(chǎn)物對(duì)硝基苯酚在為其水解產(chǎn)物對(duì)硝基苯酚在400nm有強(qiáng)的光吸有強(qiáng)的光吸收收，便于監(jiān)測(cè)其變化。，便于監(jiān)測(cè)其變化。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)研究胰凝乳蛋白酶

28、的人工底物乙酰苯丙氨酸甲酯乙酰苯丙氨酸甲酯苯甲酰丙氨酸甲酯苯甲酰丙氨酸甲酯甲酰苯丙氨酸甲酯甲酰苯丙氨酸甲酯乙酸乙酸-p-硝基苯酯硝基苯酯生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶催化機(jī)制的動(dòng)力學(xué)研究 當(dāng)大量胰凝乳蛋白酶用乙酸當(dāng)大量胰凝乳蛋白酶用乙酸-p-硝基苯酯為底物硝基苯酯為底物進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，反應(yīng)分兩個(gè)不同的階段，反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，反應(yīng)分兩個(gè)不同的階段，反應(yīng)開始時(shí)以突發(fā)的速率開始時(shí)以突發(fā)的速率生成生成p-硝基苯酚，隨后出現(xiàn)一個(gè)硝基苯酚，隨后出現(xiàn)一個(gè)較慢的穩(wěn)態(tài)速率。這是因?yàn)榉磻?yīng)的第一步是底物與較慢的穩(wěn)態(tài)速率。這是因?yàn)榉磻?yīng)的第一步是底物與酶結(jié)合后，反應(yīng)釋放出酶結(jié)合后，反應(yīng)釋放出p-硝基苯

29、酚，另一個(gè)產(chǎn)物乙酸硝基苯酚，另一個(gè)產(chǎn)物乙酸以乙酰基的形式結(jié)合在酶活性部位的以乙?；男问浇Y(jié)合在酶活性部位的Ser195上。第二上。第二步是水分子攻擊乙酰步是水分子攻擊乙酰酶復(fù)合物，釋放出乙酸根離酶復(fù)合物，釋放出乙酸根離子。第二步較緩慢，是限速步驟。子。第二步較緩慢，是限速步驟。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶同底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)曲線 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)?；钢虚g物的迅速形成后緩慢釋放產(chǎn)物生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶的催化三聯(lián)體 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶中催化三聯(lián)體的作用 在沒有底在沒有底物時(shí)，物時(shí)，His57是未質(zhì)子化的，當(dāng)是未質(zhì)子化的，當(dāng)

30、Ser195羥基氧原子對(duì)底物進(jìn)行親核攻擊時(shí)，羥基氧原子對(duì)底物進(jìn)行親核攻擊時(shí)，His57從從Ser195接受一個(gè)質(zhì)子。接受一個(gè)質(zhì)子。Asp102的的COO的作用是穩(wěn)定過渡的作用是穩(wěn)定過渡態(tài)中態(tài)中His57的正電荷形式。此外，的正電荷形式。此外，Asp定向定向His57，保證從保證從Ser195接受一個(gè)質(zhì)子后的接受一個(gè)質(zhì)子后的His57處于適當(dāng)?shù)幕ヌ幱谶m當(dāng)?shù)幕プ儺悩?gòu)形式變異構(gòu)形式。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)His57的互變異構(gòu)生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶的催化機(jī)制生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶的催化機(jī)制生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)五、酶活性的調(diào)節(jié)控制生物化學(xué)酶的作

31、用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)控（allosteric regulation） 酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后價(jià)結(jié)合后, ,酶發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶活性狀態(tài)，酶發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而改變酶活性狀態(tài)，稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶（構(gòu)酶（allosteric enzyme）。凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)）。凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)劑或別構(gòu)劑，能增加酶活性的作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)劑或別構(gòu)劑，能增加酶活性的別構(gòu)劑為別構(gòu)激活劑，能抑制酶活性的別構(gòu)劑為別別構(gòu)劑為別構(gòu)激活劑，能抑制酶活性的別構(gòu)劑

32、為別構(gòu)抑制劑。構(gòu)抑制劑。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（aspartate transcarbamylase，ATCase） ATCase是嘧啶生物合成途徑的第一個(gè)酶，底是嘧啶生物合成途徑的第一個(gè)酶，底物對(duì)酶的結(jié)合有正協(xié)同性。該反應(yīng)途徑的終物對(duì)酶的結(jié)合有正協(xié)同性。該反應(yīng)途徑的終產(chǎn)物產(chǎn)物CTP是是ATCase的反饋抑制劑，抑制程度可達(dá)的反饋抑制劑，抑制程度可達(dá)90%，這種抑制是降低酶對(duì)底物的親和力，但不影響最這種抑制是降低酶對(duì)底物的親和力，但不影響最大反應(yīng)速度。而大反應(yīng)速度。而ATP是是ATCase的激活劑的激活劑，可增加，可增加酶對(duì)底物的親和力，也不影響最大反應(yīng)速度。酶對(duì)底

33、物的親和力，也不影響最大反應(yīng)速度。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase催化的反應(yīng)式生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATP和和CTP對(duì)ATCase活性的影響曲線ATP可阻可阻遏遏CTP的的抑制作用，抑制作用，它們它們競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)同一結(jié)合同一結(jié)合位點(diǎn)。位點(diǎn)。生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)脫敏反應(yīng) ATCase由催化亞由催化亞基（基（catalytic subunit）和）和調(diào)節(jié)亞基（調(diào)節(jié)亞基（regulatory subunit）組成）組成。當(dāng)用汞。當(dāng)用汞化物處理該酶時(shí)，化物處理該酶時(shí)，則則ATCase失去調(diào)節(jié)活性。用失去調(diào)節(jié)活性。用汞化物處理過的汞化物處理過的ATCase，ATP和和CTP不再

34、影響不再影響其催化活性，而且底物結(jié)合其催化活性，而且底物結(jié)合變?yōu)闊o協(xié)同性。但變?yōu)闊o協(xié)同性。但并不影響酶的最大反應(yīng)速率。并不影響酶的最大反應(yīng)速率。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)p-羥汞苯甲酸對(duì)巰基的修飾生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的亞基分離 當(dāng)用汞化物當(dāng)用汞化物p-羥汞苯甲酸處理羥汞苯甲酸處理ATCase時(shí)，時(shí)，p-羥汞苯甲酸與巰基反應(yīng)，使酶失去了受羥汞苯甲酸與巰基反應(yīng)，使酶失去了受ATP或或CTP調(diào)節(jié)的能力。利用超離心分析，天然酶的沉調(diào)節(jié)的能力。利用超離心分析，天然酶的沉降系數(shù)為降系數(shù)為11.6S，分子量為，分子量為310103，而受，而受p-羥汞羥汞苯甲酸處理后的酶出現(xiàn)兩條帶

35、，一個(gè)是苯甲酸處理后的酶出現(xiàn)兩條帶，一個(gè)是2.8S，分，分子量子量34103，另一個(gè)是，另一個(gè)是5.8S，分子量，分子量100103。這是兩種不同的亞基，這兩種亞基也可以利用離這是兩種不同的亞基，這兩種亞基也可以利用離子交換層析或蔗糖密度梯度離心分開。子交換層析或蔗糖密度梯度離心分開。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的沉降速率模式天然天然 ATCase通過汞化物解離成調(diào)節(jié)通過汞化物解離成調(diào)節(jié)亞基和催化亞基的酶亞基和催化亞基的酶生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的亞基組成 大的亞基叫催化亞基，單獨(dú)的大亞基有催化大的亞基叫催化亞基，單獨(dú)的大亞基有催化反應(yīng)的能力，但不與反應(yīng)的能力

36、，但不與ATP或或CTP結(jié)合。小亞基叫結(jié)合。小亞基叫調(diào)節(jié)亞基，單獨(dú)的小亞基可以與調(diào)節(jié)亞基，單獨(dú)的小亞基可以與ATP或或CTP結(jié)合，結(jié)合，但無催化能力。催化亞基（但無催化能力。催化亞基（c3）含）含3條條c鏈，每條鏈，每條鏈的分子量為鏈的分子量為34103，所以催化亞基的分子量是，所以催化亞基的分子量是102103；調(diào)節(jié)亞基（；調(diào)節(jié)亞基（r2）含）含2條條r鏈，每條鏈的鏈，每條鏈的分子量為分子量為17103，所以調(diào)節(jié)亞基的分子量是，所以調(diào)節(jié)亞基的分子量是34103。全酶含有。全酶含有2個(gè)催化亞基和個(gè)催化亞基和3個(gè)調(diào)節(jié)亞基，個(gè)調(diào)節(jié)亞基，記為記為c6r6，即，即2c33 r2 c6 r6。 生物化學(xué)

37、酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase是別構(gòu)酶的模式對(duì)象 用過量的巰基乙醇可除去汞苯甲酸基。將除用過量的巰基乙醇可除去汞苯甲酸基。將除去汞苯甲酸基的催化亞基和調(diào)節(jié)亞基混合，可重去汞苯甲酸基的催化亞基和調(diào)節(jié)亞基混合，可重組得到天然酶。因組得到天然酶。因ATCase的催化亞基和調(diào)節(jié)亞基的催化亞基和調(diào)節(jié)亞基容易分開，又容易重組，所以它成為研究別構(gòu)酶容易分開，又容易重組，所以它成為研究別構(gòu)酶的模式對(duì)象。的模式對(duì)象。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的三維結(jié)構(gòu) 利用利用X光衍射，得出了光衍射，得出了ATCase的三維結(jié)構(gòu)。通的三維結(jié)構(gòu)。通過使酶與競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑過使酶與競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑N-（膦乙?；?/p>

38、乙?；?L-天冬氨天冬氨酸（酸（PALA）結(jié)合，找到了底物的結(jié)合位點(diǎn)，它位）結(jié)合，找到了底物的結(jié)合位點(diǎn)，它位于兩條催化鏈的界面處，由兩條于兩條催化鏈的界面處，由兩條c鏈的殘基共同組鏈的殘基共同組成。每條成。每條r鏈分兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，外側(cè)的結(jié)構(gòu)域是鏈分兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，外側(cè)的結(jié)構(gòu)域是CTP的結(jié)合位點(diǎn)，里側(cè)的結(jié)構(gòu)域與催化亞基相互作用。的結(jié)合位點(diǎn)，里側(cè)的結(jié)構(gòu)域與催化亞基相互作用。每條每條c鏈也分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，鏈也分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，N端為氨甲酰磷酸結(jié)端為氨甲酰磷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域，合結(jié)構(gòu)域，C端為天冬氨酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域。端為天冬氨酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的亞基結(jié)合方式rrcc生物化學(xué)酶的

39、作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCase的亞基結(jié)合方式生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCaseATCase半分子的三維結(jié)構(gòu)生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATCaseATCase的過渡態(tài)底物及競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)PALA結(jié)合在ATCase催化部位上的方式由鄰近由鄰近C鏈提供鏈提供生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶與底物結(jié)合后的構(gòu)象變化 底物與酶結(jié)合后，導(dǎo)致酶的沉降系數(shù)降低底物與酶結(jié)合后，導(dǎo)致酶的沉降系數(shù)降低3%，說明酶與底物結(jié)合后膨脹了。伴隨著酶與，說明酶與底物結(jié)合后膨脹了。伴隨著酶與PALA的結(jié)合，酶的四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了大的變化，的結(jié)合，酶的四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了大的變化，兩個(gè)催化三聚體分開了

40、兩個(gè)催化三聚體分開了1.2nm，并轉(zhuǎn)動(dòng)了，并轉(zhuǎn)動(dòng)了10。此外，每一調(diào)節(jié)亞基也繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)了此外，每一調(diào)節(jié)亞基也繞其對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)了15。c鏈上的兩個(gè)底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域靠近了鏈上的兩個(gè)底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域靠近了0.2nm，酶，酶由由T型變成了型變成了R型。型。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶與底物結(jié)合后的構(gòu)象變化生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)硝基甲烷修飾ATCase 酶與硝基甲烷反應(yīng)，在酶的每個(gè)催化鏈中生酶與硝基甲烷反應(yīng)，在酶的每個(gè)催化鏈中生成一種有顏色的硝基酪氨酸殘基（成一種有顏色的硝基酪氨酸殘基（max = 430nm），在每個(gè)催化鏈上一個(gè)必需的），在每個(gè)催化鏈上一個(gè)必需的Lys也被也被修飾，這樣就人

41、工引進(jìn)了報(bào)告基團(tuán)。這種被修飾修飾，這樣就人工引進(jìn)了報(bào)告基團(tuán)。這種被修飾的催化亞基不能與底物結(jié)合。的催化亞基不能與底物結(jié)合。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)底物結(jié)合到ATCase上引起高度協(xié)同的別構(gòu)轉(zhuǎn)變 用被修飾的催化亞基與正常的催化亞基及正用被修飾的催化亞基與正常的催化亞基及正常的調(diào)節(jié)亞基重組成全酶（雜交酶），當(dāng)加入天常的調(diào)節(jié)亞基重組成全酶（雜交酶），當(dāng)加入天冬氨酸的類似物琥珀酸時(shí)，琥珀酸結(jié)合到正常的冬氨酸的類似物琥珀酸時(shí)，琥珀酸結(jié)合到正常的催化亞基上，改變了被修飾催化亞基上硝基酪氨催化亞基上，改變了被修飾催化亞基上硝基酪氨酸的吸收光譜。說明一個(gè)催化亞基與底物結(jié)合能酸的吸收光譜。說明一個(gè)催化亞

42、基與底物結(jié)合能引起另一個(gè)催化亞基構(gòu)象發(fā)生變化。引起另一個(gè)催化亞基構(gòu)象發(fā)生變化。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)琥珀酸與雜交酶結(jié)合后硝基Tyr吸收光譜的變化標(biāo)記三聚體標(biāo)記三聚體天然三聚體天然三聚體NT：硝基酪氨酸：硝基酪氨酸 S：底物：底物生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)別構(gòu)劑對(duì)酶構(gòu)象的影響 給雜交酶加給雜交酶加ATP，硝基酪氨酸，硝基酪氨酸430nm的光吸的光吸收增加，與加琥珀酸情況相同；而給雜交酶加收增加，與加琥珀酸情況相同；而給雜交酶加CTP，430nm的光吸收減少。此實(shí)驗(yàn)說明別構(gòu)激的光吸收減少。此實(shí)驗(yàn)說明別構(gòu)激活劑和別構(gòu)抑制劑都能引起構(gòu)象變化，但變化的活劑和別構(gòu)抑制劑都能引起構(gòu)象變化，但變

43、化的結(jié)果不同。結(jié)果不同。ATP的結(jié)合使酶的構(gòu)象平衡向的結(jié)合使酶的構(gòu)象平衡向R型轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)變，而變，而CTP的結(jié)合使酶的構(gòu)象平衡向的結(jié)合使酶的構(gòu)象平衡向T型轉(zhuǎn)變。型轉(zhuǎn)變。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)ATP和CTP與酶結(jié)合后酶的構(gòu)象及硝基Tyr吸收光譜的變化標(biāo)記三聚體標(biāo)記三聚體標(biāo)記三聚體標(biāo)記三聚體生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶原的激活 有些酶在剛合成出來時(shí)沒有活性，稱為酶原有些酶在剛合成出來時(shí)沒有活性，稱為酶原（zymogen或或proenzyme）。酶原經(jīng)蛋白水解酶）。酶原經(jīng)蛋白水解酶在特定位點(diǎn)切割后，產(chǎn)生有活性的酶，這種方式在特定位點(diǎn)切割后，產(chǎn)生有活性的酶，這種方式稱為酶原的激活。有一些不是

44、酶的蛋白質(zhì)，也需稱為酶原的激活。有一些不是酶的蛋白質(zhì)，也需要經(jīng)特定的蛋白酶水解才有功能，這些蛋白質(zhì)在要經(jīng)特定的蛋白酶水解才有功能，這些蛋白質(zhì)在沒有活化之前稱為前體（沒有活化之前稱為前體（precursor）。）。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶原或蛋白質(zhì)前體激活舉例使蛋白質(zhì)水解的消化酶，在胃和胰臟中剛合成時(shí)是使蛋白質(zhì)水解的消化酶，在胃和胰臟中剛合成時(shí)是以酶原的形式存在，分泌到腸胃中被切割后才成為有以酶原的形式存在，分泌到腸胃中被切割后才成為有活性的酶?；钚缘拿?。血液凝固系統(tǒng)中許多酶都是以酶原的形式存在，到血液凝固系統(tǒng)中許多酶都是以酶原的形式存在，到需要血液凝固時(shí)才被激活。需要血液凝固時(shí)才被激

45、活。胰島素剛合成出來是前胰島素原（胰島素剛合成出來是前胰島素原（preproinsulin），），經(jīng)蛋白酶切割后成為有活性的胰島素。經(jīng)蛋白酶切割后成為有活性的胰島素。不溶性的膠原，是由可溶性的前膠原激活而成的。不溶性的膠原，是由可溶性的前膠原激活而成的。在需要時(shí)，前膠原酶轉(zhuǎn)變成活性的膠原酶，降解膠在需要時(shí)，前膠原酶轉(zhuǎn)變成活性的膠原酶，降解膠原。如蝌蚪尾巴的消失。原。如蝌蚪尾巴的消失。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶原的激活 胰凝乳蛋白酶原是胰腺分泌的、由胰凝乳蛋白酶原是胰腺分泌的、由245個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈肽，有殘基組成的單鏈肽，有5對(duì)二硫鍵。經(jīng)胰蛋白酶作用，對(duì)二硫鍵。

46、經(jīng)胰蛋白酶作用，Arg15與與Ile16之間的肽鍵斷裂，才具有酶活性，這種之間的肽鍵斷裂，才具有酶活性，這種酶稱為酶稱為胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶。型酶活性最高，但不穩(wěn)定，型酶活性最高，但不穩(wěn)定，它再作用于其它它再作用于其它型酶分子上，使之失去兩個(gè)二肽型酶分子上，使之失去兩個(gè)二肽（Ser14-Arg15和和Thr147-Asn148）后成為穩(wěn)定形式）后成為穩(wěn)定形式胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶。型酶有型酶有3條肽鏈，條肽鏈，A鏈和鏈和B鏈之間鏈之間以及以及B鏈和鏈和C鏈之間各有一對(duì)二硫鍵連接。鏈之間各有一對(duì)二硫鍵連接。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰凝乳蛋白酶原的激活生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)

47、節(jié)胃蛋白酶原的激活 胃蛋白酶原是由胃壁細(xì)胞分泌的，分子量為胃蛋白酶原是由胃壁細(xì)胞分泌的，分子量為38.9103，由，由392個(gè)氨基酸殘基組成。在胃酸個(gè)氨基酸殘基組成。在胃酸H+的的作用下，低于作用下，低于pH5時(shí)，酶原自動(dòng)激活，從氨基端失時(shí)，酶原自動(dòng)激活，從氨基端失去去44個(gè)氨基酸殘基的堿性片段，成為有活性的胃?jìng)€(gè)氨基酸殘基的堿性片段，成為有活性的胃蛋白酶。胃蛋白酶的最適反應(yīng)蛋白酶。胃蛋白酶的最適反應(yīng)pH為為2，其活性部位，其活性部位含有含有2個(gè)天冬氨酸殘基，一個(gè)處于解離狀態(tài)，一個(gè)個(gè)天冬氨酸殘基，一個(gè)處于解離狀態(tài)，一個(gè)處于質(zhì)子化狀態(tài)。酶原堿性片段中的處于質(zhì)子化狀態(tài)。酶原堿性片段中的Lys與活性部

48、與活性部位的天冬氨酸殘基有靜電相互作用，使酶不能表位的天冬氨酸殘基有靜電相互作用，使酶不能表現(xiàn)出活性。去除堿性片段后，暴露出催化基團(tuán)，現(xiàn)出活性。去除堿性片段后，暴露出催化基團(tuán)，酶才表現(xiàn)出活性。胃蛋白酶還可以催化其它胃蛋酶才表現(xiàn)出活性。胃蛋白酶還可以催化其它胃蛋白酶原分子活化。白酶原分子活化。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰蛋白酶原的激活 胰蛋白酶原由胰臟分泌，進(jìn)入小腸后，在有胰蛋白酶原由胰臟分泌，進(jìn)入小腸后，在有Ca2+的環(huán)境中受到腸激酶的激活，的環(huán)境中受到腸激酶的激活，Lys6Ile7之之間的肽鍵被裂解，從氨基端去除一個(gè)間的肽鍵被裂解，從氨基端去除一個(gè)6肽，成為肽，成為有活性的胰蛋白酶?；?/p>

49、性的胰蛋白酶還可以激活有活性的胰蛋白酶。活性的胰蛋白酶還可以激活其它胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶其它胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶原及羧肽酶原等。原及羧肽酶原等。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰蛋白酶原的激活 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)胰蛋白酶對(duì)各種胰臟蛋白酶原的激活作用生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)生理止血過程 生理止血過程包括三部分功能活動(dòng)。首先生理止血過程包括三部分功能活動(dòng)。首先是小血管受傷后立即收縮，若破損不大即可使是小血管受傷后立即收縮，若破損不大即可使血管封閉。其次，更重要的是血管內(nèi)膜損傷，血管封閉。其次，更重要的是血管內(nèi)膜損傷，內(nèi)膜下組織暴露，可以激活血小

50、板和血漿中的內(nèi)膜下組織暴露，可以激活血小板和血漿中的凝血系統(tǒng)；由于血管收縮使血流暫停或減緩，凝血系統(tǒng)；由于血管收縮使血流暫?；驕p緩，有利于激活的血小板粘附于內(nèi)膜下組織并聚集有利于激活的血小板粘附于內(nèi)膜下組織并聚集成團(tuán)，成為一個(gè)松軟的止血栓以堵塞傷口。成團(tuán)，成為一個(gè)松軟的止血栓以堵塞傷口。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)生理止血過程 接著，在局部又迅速出現(xiàn)血凝塊，即血漿中可接著，在局部又迅速出現(xiàn)血凝塊，即血漿中可溶的纖維蛋白原轉(zhuǎn)變成不溶的纖維蛋白分子多聚體，溶的纖維蛋白原轉(zhuǎn)變成不溶的纖維蛋白分子多聚體，并形成了由血纖維與血小板一道構(gòu)成的牢固的止血并形成了由血纖維與血小板一道構(gòu)成的牢固的止血栓，有

51、效地制止了出血。與此同時(shí)，血漿中也出現(xiàn)栓，有效地制止了出血。與此同時(shí)，血漿中也出現(xiàn)了生理的抗凝血活動(dòng)與纖維蛋白溶解活性，以防止了生理的抗凝血活動(dòng)與纖維蛋白溶解活性，以防止血凝塊不斷增大和凝血過程漫延到這一局部以外。血凝塊不斷增大和凝血過程漫延到這一局部以外。顯然，生理止血主要由血小板和某些血漿成分共同顯然，生理止血主要由血小板和某些血漿成分共同完成。完成。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)凝血機(jī)制生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)凝血因子（blood clotting factors）編號(hào)同義名因子因子纖維蛋白原（纖維蛋白原（fibrinogen） 因子因子 凝血酶原凝血酶原(prothrombin

52、) 因子因子 組織凝血激素組織凝血激素(tissue thromboplastin) 因子因子 Ca2+ 因子因子前加速素前加速素(proaccelerin)因子因子 前轉(zhuǎn)變素前轉(zhuǎn)變素(proconvertin) 因子因子 抗血友病因子抗血友病因子(antihemophilic factor,AHF) 因子因子 血漿凝血激酶血漿凝血激酶(plasma thromboplastin component,PTC) 因子因子 Stuart-Prower因子因子 因子因子 血漿凝血激酶前質(zhì)血漿凝血激酶前質(zhì)(plasma thromboplastin antecedent,PTA) 因子因子接觸因子接觸

53、因子(contact factor)因子因子 纖維蛋白穩(wěn)定因子纖維蛋白穩(wěn)定因子(fibrin-stabilizing factor) 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)因子X激活的兩種途徑 因子因子（Stuart-Prower因子）因子）的激活可以通的激活可以通過兩種途徑。如果只是損傷血管內(nèi)膜或抽出血液過兩種途徑。如果只是損傷血管內(nèi)膜或抽出血液置于玻璃管內(nèi)，完全依靠血漿內(nèi)的凝血因子逐步置于玻璃管內(nèi)，完全依靠血漿內(nèi)的凝血因子逐步使因子使因子激活從而發(fā)生凝血的，稱為內(nèi)源性激活激活從而發(fā)生凝血的，稱為內(nèi)源性激活途徑（途徑（intrinsic route）；如果是依靠血管外組織）；如果是依靠血管外組織釋放

54、的因子釋放的因子（組織凝血激素）組織凝血激素）來參與因子來參與因子的的激活的，稱為外源性激活途徑（激活的，稱為外源性激活途徑（extrinxic route），），如創(chuàng)傷出血后發(fā)生凝血的情況。如創(chuàng)傷出血后發(fā)生凝血的情況。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)內(nèi)源性途徑 從因子從因子（接觸因子）（接觸因子）的激活開始。血管的激活開始。血管內(nèi)膜下組織，特別是膠原纖維，與因子內(nèi)膜下組織，特別是膠原纖維，與因子接觸，接觸，可使因子可使因子激活成激活成a。a可激活激肽釋放酶可激活激肽釋放酶原使之成為激肽釋放酶；后者反過來又能激活原使之成為激肽釋放酶；后者反過來又能激活因子因子，這是一種正反饋，可使因子，這是一

55、種正反饋，可使因子a大量生大量生成。成。a又激活因子又激活因子成為成為a。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)外源性途徑 由因子由因子與因子與因子組成復(fù)合物，在有組成復(fù)合物，在有Ca2+存存在的情況下，激活因子在的情況下，激活因子生成生成a。因子。因子，原名，原名組織凝血激酶，廣泛存在于血管外組織中，但在組織凝血激酶，廣泛存在于血管外組織中，但在腦、肺和胎盤組織中特別豐富。因子腦、肺和胎盤組織中特別豐富。因子為磷脂蛋為磷脂蛋白質(zhì)。白質(zhì)。Ca2+的作用就是將因子的作用就是將因子與因子與因子都結(jié)合都結(jié)合于因子于因子所提供的磷脂上，以便因子所提供的磷脂上，以便因子催化因子催化因子的有限水解，形成的有限水

56、解，形成a。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)可逆的共價(jià)修飾 有一些酶屬于有一些酶屬于共價(jià)調(diào)節(jié)酶共價(jià)調(diào)節(jié)酶（covalently modulated enzyme），通過其它酶對(duì)它進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾而在），通過其它酶對(duì)它進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾而在活性與非活性之間互變。這種酶常是一些對(duì)代謝流量活性與非活性之間互變。這種酶常是一些對(duì)代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶，或是需要迅速產(chǎn)生酶活性的酶，起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶，或是需要迅速產(chǎn)生酶活性的酶，并且可以級(jí)聯(lián)放大，對(duì)輸入的信息產(chǎn)生迅速的反應(yīng)。并且可以級(jí)聯(lián)放大，對(duì)輸入的信息產(chǎn)生迅速的反應(yīng)。 有些酶以修飾狀態(tài)為活性形式，有些酶以脫修飾有些酶以修飾狀態(tài)為活性形式，有些酶以

57、脫修飾狀態(tài)為活性形式。狀態(tài)為活性形式。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶修飾反應(yīng)的例子Tyr、Ser、Thr、HisTyrTyr生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)酶修飾反應(yīng)的例子GluArg、Gln、Cys、白喉酰胺（一種修白喉酰胺（一種修飾的飾的His）生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的磷酸化 蛋白質(zhì)磷酸化是最主要的共價(jià)修飾方式。通蛋白質(zhì)磷酸化是最主要的共價(jià)修飾方式。通過蛋白激酶的催化作用消耗過蛋白激酶的催化作用消耗NTP使共價(jià)調(diào)節(jié)酶磷使共價(jià)調(diào)節(jié)酶磷酸化，磷酸化的共價(jià)調(diào)節(jié)酶也可以通過蛋白磷酸酸化，磷酸化的共價(jià)調(diào)節(jié)酶也可以通過蛋白磷酸酶的水解作用脫磷酸化。共價(jià)調(diào)節(jié)酶上被磷酸化酶的水解作用脫磷酸

58、化。共價(jià)調(diào)節(jié)酶上被磷酸化的基團(tuán)有的基團(tuán)有Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu的羥基或羧的羥基或羧基，或基，或Lys、Arg、His上的氨基或亞氨基，其中上的氨基或亞氨基，其中主要的被磷酸化基團(tuán)是主要的被磷酸化基團(tuán)是Ser和和Thr的羥基。的羥基。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的可逆磷酸化反應(yīng)生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)蛋白激酶對(duì)底物序列的要求生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)蛋白激酶 蛋白激酶種類繁多，是一個(gè)龐大的家族。各種蛋白激酶種類繁多，是一個(gè)龐大的家族。各種蛋白激酶在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性，很可能有共同蛋白激酶在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性，很可能有共同的祖先基因。根據(jù)底物被磷酸化的基團(tuán)可以分為的祖先基因。根據(jù)底物被磷酸化的基團(tuán)可以分為Ser/Thr型，目前發(fā)現(xiàn)的蛋白激酶多屬于這一類；型，目前發(fā)現(xiàn)的蛋白激酶多屬于這一類；Tyr型，數(shù)目相對(duì)較少。還可以根據(jù)它們是否有調(diào)節(jié)型，數(shù)目相對(duì)較少。還可以根據(jù)它們是否有調(diào)節(jié)物來分，一類叫做信使依賴性蛋白激酶，另一類為物來分，一類叫做信使依賴性蛋白激酶，另一類為非信使性依賴蛋白激酶。非信使性依賴蛋白激酶。 生物化學(xué)酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)蛋白激酶的分類蛋白激酶蛋白激酶信使依賴性信使依賴性蛋白激酶蛋白激酶非信使依賴非信使依賴性蛋白激酶性蛋白激酶胞內(nèi)信使依賴胞內(nèi)信使依賴性蛋白激酶性蛋白