生物化學 第0章 酶作用機制和酶調節(jié)

1、chapter10 酶的作用機制和酶的調節(jié)酶的作用機制和酶的調節(jié)（一）酶活性部位的特點（一）酶活性部位的特點 在酶蛋白中只有少數特異的氨基酸殘基參與底物結合及催化作用，在酶蛋白中只有少數特異的氨基酸殘基參與底物結合及催化作用，這些特異的氨基酸殘基比較集中的區(qū)域，即與酶活力直接相關的區(qū)域這些特異的氨基酸殘基比較集中的區(qū)域，即與酶活力直接相關的區(qū)域稱為酶的活性部位或稱為酶的活性部位或活性中心活性中心（通常將酶的結合部位和催化部位總稱（通常將酶的結合部位和催化部位總稱為酶的活性部位或活性中心）。為酶的活性部位或活性中心）。（二）研究酶活性部位（二）研究酶活性部位（活性中心）活性中心）的方法的方法1、

2、側鏈基團化學修飾、側鏈基團化學修飾2、動力學參數測定法、動力學參數測定法3、x射線晶體結構分析法射線晶體結構分析法一、酶的活性部位一、酶的活性部位二、影響酶催化效率的有關因素影響酶催化效率的有關因素n底物和酶的鄰近效應與定向效應底物和酶的鄰近效應與定向效應n底物的形變和誘導契合底物的形變和誘導契合n酸堿催化酸堿催化n共價催化共價催化n金屬離子催化金屬離子催化n多元催化和協同效應多元催化和協同效應n活性部位微環(huán)境的影響活性部位微環(huán)境的影響（一）（一）底物和酶的鄰近效應與定向效應底物和酶的鄰近效應與定向效應 v 鄰近效應：鄰近效應：在酶促反應中，由于酶和底物分子之間的在酶促反應中，由于酶和底物分子

3、之間的親和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最終結合到親和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最終結合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應。增加的效應。v 定向效應：定向效應：當專一性底物向酶活性中心靠近時，會誘當專一性底物向酶活性中心靠近時，會誘導酶分子構象發(fā)生改變，導酶分子構象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關基團和使酶活性中心的相關基團和底物的反應基團正確定向排列，底物的反應基團正確定向排列，同時使反應基團之間同時使反應基團之間的分子軌道以正確方向嚴格定位，使酶促反應易于進的分子軌道以正確方向嚴格定位，使酶促反應易于進行。行。（二）

4、（二）底物的形變和誘導契合底物的形變和誘導契合 底物敏感鍵扭曲變形底物敏感鍵扭曲變形，底物與酶結合以后，其，底物與酶結合以后，其電子云要發(fā)生重排，產生電子張力，使敏感鍵電子云要發(fā)生重排，產生電子張力，使敏感鍵更加敏感，更易反應更加敏感，更易反應ees（三）酸堿酸化（三）酸堿酸化v在酶促反應中，酶分子的某些功能基團可作為在酶促反應中，酶分子的某些功能基團可作為酸或堿通過瞬間向底物提供質子或從底物分子酸或堿通過瞬間向底物提供質子或從底物分子抽取質子，相互作用而形成過渡復合物，使活抽取質子，相互作用而形成過渡復合物，使活化能降低，加速反應進行，稱作酸堿催化化能降低，加速反應進行，稱作酸堿催化（aci

5、d-base ratalysis）。廣義酸性基團（質子供體）廣義酸性基團（質子供體）廣義堿性基團（質子受體）廣義堿性基團（質子受體）cooh nh3+ shcoo nh2 s ohnhnh+nhnho-狹義酸堿狹義酸堿：酸：酸 h+ 堿堿 oh 廣義酸堿廣義酸堿：酸：酸 能釋放質子的化合物能釋放質子的化合物 堿堿 能接受質子的化合物能接受質子的化合物nhnnhnh+h+hishis是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團（四）共價催化（四）共價催化v催化劑通過與底物形成反應活性很高的催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡產物，使反應活化能降低，從

6、共價過渡產物，使反應活化能降低，從而提高反應速度的過程，稱為而提高反應速度的過程，稱為共價催化共價催化。nhnch2ch2shch2oh： 酶分子上的共價催化基團分為酶分子上的共價催化基團分為親核基團和親親核基團和親電基團電基團。 親核基團親核基團有組氨酸的有組氨酸的咪唑基咪唑基、半胱氨酸的、半胱氨酸的硫氫硫氫基基、絲氨酸的、絲氨酸的羥基羥基，另外還有一些，另外還有一些輔助因子輔助因子， 如如tpp、coa等等（五）（五） 金屬離子催化金屬離子催化(nh3)5co (h2o)(nh3)5co ho+h+3+3+-arpopopooooooomg2+ 屏蔽負電荷屏蔽負電荷促進水的離子化促進水的離

7、子化（六）多元催化和協同效應（六）多元催化和協同效應 多元催化多元催化：同時具有幾種效應的催化機理：同時具有幾種效應的催化機理 協同效應協同效應：多種效應互相配合而起作用的催化機理：多種效應互相配合而起作用的催化機理 如如核糖核酸酶核糖核酸酶酸催化酸催化堿催化堿催化+ 水環(huán)境水環(huán)境+ 疏水環(huán)境疏水環(huán)境（七）（七） 疏水微環(huán)境疏水微環(huán)境酶活性中心為酶活性中心為疏水環(huán)境疏水環(huán)境 特點特點：電荷之間的作用力：電荷之間的作用力遠遠大于親水環(huán)境，大大遠遠大于親水環(huán)境，大大加強了酶的催化基團與底加強了酶的催化基團與底物分子間的作用力，物分子間的作用力， 結果結果：有利于降低反應活：有利于降低反應活化能?；?/p>

8、能。 三、別構酶與別構調節(jié)三、別構酶與別構調節(jié)p 別構效應劑別構效應劑 (allosteric effector)一些代謝物可與某些酶分子一些代謝物可與某些酶分子活性中心外活性中心外的的某部分某部分可逆可逆地結合，使地結合，使酶構象改變酶構象改變，從而改變，從而改變酶的催化活性，此種調節(jié)方式稱變構調節(jié)。酶的催化活性，此種調節(jié)方式稱變構調節(jié)。atp、檸檬酸檸檬酸（）amp、adp 2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(+)6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1的變構調節(jié)的變構調節(jié)蛋白激酶蛋白激酶a a ( (無活性無活性) )蛋白激酶蛋白激酶a a ( (有活性有活性) )cam

9、pccccrrrr蛋白激酶蛋白激酶a的激活的激活別構模型別構模型：齊變模型齊變模型序變模型序變模型ssssssssssssssssssssssssss高活性低活性ss（二）酶原的激活（二）酶原的激活j 酶原酶原：酶的無活性的前體：酶的無活性的前體j 酶原的激活酶原的激活：由無活性的酶原轉變?yōu)橛校河蔁o活性的酶原轉變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程?；钚缘拿傅倪^程。j 酶原激活的意義酶原激活的意義：在特定的環(huán)境和條件：在特定的環(huán)境和條件下發(fā)揮作用；避免細胞自身消化；有的酶原下發(fā)揮作用；避免細胞自身消化；有的酶原可以視為酶的儲存形式?？梢砸暈槊傅膬Υ嫘问?。g 酶原激活的機理酶原激活的機理:酶酶 原原分子構象發(fā)生改

10、變分子構象發(fā)生改變形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解一個或幾個特定的肽鍵斷裂，水解掉一個或幾個短肽掉一個或幾個短肽在特定條件下在特定條件下賴賴纈纈天天天天天天天天甘甘異異賴賴纈纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽+彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶 + 碎片碎片胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 +二肽二肽羧基肽酶原羧基肽酶原a羧基肽酶羧基肽酶a + 碎片碎片腸激酶腸激酶自身催化自身催化腸激酶啟動的酶原激活腸激酶啟動的酶原激活（三）（三） 酶的共價修飾酶的共價修

11、飾共價修飾共價修飾(covalent modification)在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽鏈上的一些基團可與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結的一些基團可與某種化學基團發(fā)生可逆的共價結合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。合，從而改變酶的活性，此過程稱為共價修飾。磷酸化與脫磷酸化（最常見）磷酸化與脫磷酸化（最常見） 酶的磷酸化與脫磷酸化酶的磷酸化與脫磷酸化 -ohthrsertyr酶蛋白酶蛋白h2opi蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 atpadp蛋白激酶蛋白激酶thrsertyr-o-po32-酶蛋白酶蛋白四、同工酶四、同工酶同工酶同工酶(isoenzyme)

12、是指催化相同的化學反應，是指催化相同的化學反應，而酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學而酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。性質不同的一組酶。同工酶主要由于同工酶主要由于基因倍增基因倍增（duplication）和）和趨異趨異（divergence）所致。）所致。 乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶電泳行為電泳行為 hhhh (ldh1) hhhm (ldh2) hhmm (ldh3) hmmm (ldh4) mmmm (ldh5)同工酶同工酶存在于同一種屬的不同個體，同一存在于同一種屬的不同個體，同一個體的不同組織、同一細胞的不同亞細胞結構，個體的不同組織、同一細胞的不同

13、亞細胞結構，以及同一組織、細胞的不同發(fā)育階段。以及同一組織、細胞的不同發(fā)育階段。ldhldh同工酶同工酶ldhldh1 1 （h h4 4）ldhldh2 2 （h h3 3mm）ldhldh3 3（h h2 2mm2 2）ldhldh4 4 （hmhm3 3）ldhldh5 5 （mm4 4）紅細胞紅細胞4343444412121 10 0白細胞白細胞1212494933336 60 0血清血清27.127.134.734.720.920.911.711.75.75.7骨骼肌骨骼肌0 00 05 516167979心肌心肌737324243 30 00 0肺肺1414343435355 51212腎腎4343444412121 10 0肝肝2 24 4111127275656脾脾10102525101020205 5人體各組織器官人體各組織器官ldhldh同工酶譜（活性同工酶譜（活性%）在代謝調節(jié)上起著在代謝調節(jié)上起著重要的作用；重要的作用；用于解釋發(fā)育過程用于解釋發(fā)育過程中階段特有的代謝特征；中階段特有的代謝特征；同工酶譜的改變有同工酶譜的改變有助于對疾病的診斷；助于對疾病的診斷；同工酶可以作為遺同工酶可