川農(nóng)-考研課件生化

第三章酶學(xué)

主要內(nèi)容：介紹酶的概念、作用特點和分類、命名，討論酶的結(jié)構(gòu)特征和催化功能以及酶專一性及高效催化的策略，進而討論影響酶作用的主要因素。對酶的應(yīng)用作一般介紹。返回思考目錄第一節(jié)

酶的概念及作用特點第二節(jié)酶的命名和分類第三節(jié)酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第四節(jié)酶催化作用機理第五節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)第六節(jié)重要的酶類及酶活性的調(diào)控第一節(jié)酶的概念及作用特點一、酶及生物催化劑概念的發(fā)展

極高的催化效率高度的專一性

活性可調(diào)控易受環(huán)境變化的影響二、酶作用的特點三、酶專一性的類型酶及生物催化劑概念的發(fā)展……克隆酶、遺傳修飾酶蛋白質(zhì)工程新酶生物催化劑（Biocatalyst）蛋白質(zhì)類：

Enzyme(天然酶、生物工程酶)核酸類：Ribozyme;Deoxyribozyme第二節(jié)酶的命名和分類（略講）一、命名：習(xí)慣命名；系統(tǒng)命名二、國際系統(tǒng)分類法及編號

*國際生物化學(xué)會酶學(xué)委員會（EnzymeCommsion）將酶分成六大類：1.氧還原酶類，2.移換酶類，3.水解酶類，4.裂合酶類，5.異構(gòu)酶類，6.合成酶類三、酶的組成分類

*每一種酶有一個編號,如乙醇脫氫酶

EC1.1.1.27

大類亞類亞亞類序號據(jù)酶分子組成分類單純蛋白質(zhì)酶類結(jié)合蛋白質(zhì)酶類酶蛋白質(zhì)輔助因子金屬離子金屬有機物小分子有機物據(jù)酶蛋白特征分類單體酶寡聚酶多酶復(fù)合體酶的組成分類第三節(jié)酶催化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

一、酶分子結(jié)構(gòu)的特征二、酶原及酶原的激活一、酶分子結(jié)構(gòu)的特征

1、酶的活性中心和必需基團酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的區(qū)域叫酶的活性中心(activecenter)或活性部位(activesite）,參與構(gòu)成酶的活性中心和維持酶的特定構(gòu)象所必需的基團為酶分子的必需基團。2、酶活性中心存在的實驗證明

切除法

酶分子的化學(xué)修飾：化學(xué)修飾法，親和標記法

X-射線衍射法實例：溶菌酶（lysozyme）

胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）

羧肽酶（ribonuclease）ABCDEF酶切位點底物溶菌酶的活性中心

Glu35Asp52Asp102His57Ser195胰凝乳蛋白酶的活性中心活性中心重要基團:

His57,Asp102,Ser195Zn羧肽酶活性中心示意圖

為Tyr248為Arg145為Glu270為底物二異丙基磷酰氯(DIFP)對胰凝乳蛋白酶的化學(xué)修飾

-Ser195-OH胰凝乳蛋白酶-Ser195-O被修飾失去活性的胰凝乳蛋白酶POCIO-RDIFPROR=C-CH3CH3POO-RRO

親和標記法

根據(jù)酶與底物特異結(jié)合的性質(zhì)，設(shè)計或合成一種含有反應(yīng)基團的底物類似物作為活性部位基團的標記試劑。這種試劑象底物一樣進入活性部位，接近結(jié)合位點，并以其活潑的化學(xué)基團與活性部位的某一基團共價結(jié)合，而指示出酶活性部位的特征。+*

X-Y**

二、酶原的激活

體內(nèi)合成出來的酶，有時不具有生物活性，經(jīng)過蛋白水解酶專一作用后，構(gòu)象發(fā)生變化，形成活性中心，變成有活性的酶。這個不具活性的蛋白質(zhì)稱為酶原（zymogen或proenzyme），這個過程稱為酶原的激活。

該變化過程，是生物體的一種調(diào)控機制。這種調(diào)控作用的特點是，蛋白質(zhì)由無活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成活性狀態(tài)是不可逆的。實例：消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活

凝血機制（自學(xué)）胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意圖

胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽腸激酶胰蛋白酶的激活及其對各種胰臟蛋白酶原的激活作用

胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶第四節(jié)酶催化作用機理一、酶依靠降低活化能加速化學(xué)反應(yīng)

——中間產(chǎn)物學(xué)說二、酶作用專一性及其機理三、酶高效催化有關(guān)的策略酶催化的中間產(chǎn)物學(xué)說—酶采取與底物形成中間產(chǎn)物降低反應(yīng)活化能的方式來加速化學(xué)反應(yīng)E+SP+EES能量水平反應(yīng)過程GE1E2

酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個低活化能的途徑進行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。２k1k３k酶促反應(yīng)降低活化能，提高反應(yīng)速度的原因

1、酶促反應(yīng)過程中的共價鍵重排

在酶與底物的功能基團之間發(fā)生許多類型的反應(yīng)，在酶的活性部位，某些功能基團可與底物發(fā)生瞬間的相互作用，激活底物參加反應(yīng)，或者底物上的一些基團會臨時性地被轉(zhuǎn)移到酶的基團上，以這樣的方式降低活化能Lys41His119His122、酶和底物之間非共價的相互作用

酶能與底物通過許多弱非共價鍵而形成特殊的ES復(fù)合物，每個非共價鍵的形成都伴隨著小量自由能的釋放，許多弱相互作用的集合促進ES復(fù)合物的穩(wěn)定，這種結(jié)合能是酶用于降低反應(yīng)活化能所需自由能的主要來源。

RNase-底物復(fù)合物

Lys41His119His12酶能區(qū)分結(jié)構(gòu)上非常相似的兩個底物的原因：1、酶促反應(yīng)過程中的共價鍵重排，降低活化能；2、酶和底物之間非共價鍵相互結(jié)合伴隨著自由能的釋放，促進E-S復(fù)合物的穩(wěn)定。

酶專一性類型1結(jié)構(gòu)專一性

概念：酶對所催化的分子（底物，Substrate）化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊要求和選擇

類別：絕對專一性和相對專一性2立體異構(gòu)專一性

概念：酶除了對底物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有要求外，對其立體異構(gòu)也有一定的要求

類別：旋光異構(gòu)專一性如:L-谷氨酸脫氫酶

幾何異構(gòu)專一性如:△3-順烯脂酰CoA異構(gòu)酶

絕對專一性和相對專一性

絕對專一性：有的酶對底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求非常嚴格，只作用于一種底物，不作用于其它任何物質(zhì)。

相對專一性：有的酶對底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求比上述絕對專一性略低一些，它們能作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。1）鍵專一性：有的酶只作用于一定的鍵，而對鍵兩端的基團并無嚴格要求。2）基團專一性：另一些酶，除要求作用于一定的鍵以外，對鍵兩端的基團還有一定要求，往往是對其中一個基團要求嚴格，對另一個基團則要求不嚴格。消化道蛋白酶作用的專一性

酶對R基團的要求脯氨酸的影響R1為Lys或Arg胰蛋白酶R2為Pro，則不作用R1為Tyr、Trp或Phe胰凝乳蛋白酶R2為Pro，則不作用R1和R2均為疏水性胃蛋白酶R2為Ala、Gly、Ser等彈性蛋白酶C端不能為Lys、Arg和Pro羧肽酶A羧肽酶B內(nèi)肽酶外肽酶R1R2RmRnC端為Lys和Arg倒數(shù)第二為Pro，則不作用倒數(shù)第二為Pro，則不作用內(nèi)切酶催化位點羧化酶催化位點R

R2R氨肽酶催化位點

酶作用專一性機理

鎖鑰學(xué)說(lockandkeymodel)：將酶的活性中心比喻作鎖孔，底物分子象鑰匙，底物能專一性地插入到酶的活性中心。

誘導(dǎo)契合學(xué)說(induced-fittheor)：酶的活性中心在結(jié)構(gòu)上具柔性，底物接近活性中心時，可誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，這樣就使使酶活性中心有關(guān)基團正確排列和定向，使之與底物成互補形狀有機的結(jié)合而催化反應(yīng)進行。酶的活性中心不是與底物本身互補，而是互補于激發(fā)態(tài)底物，通過激發(fā)態(tài)底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。酶專一性的“鎖鑰學(xué)說”

酶專一性的“誘導(dǎo)契合學(xué)說”三、酶高效催化的策略

1、鄰近與定向效應(yīng)2、誘導(dǎo)契合與底物扭曲變形3、酸鹼催化4、共價催化5、金屬離子催化6、微環(huán)境影響實例：羧肽酶(carboxypeptidase

)

胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)

溶菌酶(lysozyme)酶分子中可作為親核基團和酸鹼催化的功能基團絲氨酸羥基半胱氨酸巰基組氨酸咪唑基親核基團親電子基團氨基酸種類酸催化基團(質(zhì)子供體)堿催化基團(質(zhì)子受體)Glu270Tyr248Arg145底物羧肽酶結(jié)合底物前后構(gòu)象變化ZnZn差示標記法圖解RRRRR*A.非差示標記B.差示標記RRR*R(底物)Zn羧肽酶結(jié)合底物后發(fā)生結(jié)構(gòu)重排ZnGlu270Tyr248Arg127底物類似物Ｎ－苯甲酰甘氨酰酪氨酸

A.游離酶B.ES復(fù)合物Ｎ－苯甲酰甘氨酰酪氨酸結(jié)構(gòu)發(fā)生大的重排

羧肽酶活性部位Zn2+的中心作用Zn2+H2O羧肽酶A活性中心必需基團與底物間的結(jié)合羧肽酶A催化反應(yīng)中的過渡肽類似物CONHC=OCH2HNHCCH2OHCOO-H2N-C-Asp144OArg+145Tyr248Arg+71Arg+

127His69Zn2+His196Glu72HOHGlu270O-

CO底物羧肽酶作用特點:1、底物靠近活性中心，誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生變化，底物的敏感鍵被催化基團包圍；2、鋅離子激活水分子，使水的反應(yīng)性明顯增加。Zn2+Glu270Glu127HisGluHis1967269COOHHO……………羧肽酶活性中心的共價催化機理

127Enzyme-substratecomplexCovalentcarboxylic-anhydrideintermediatePeoductsAttackbyGlu270CleavagebyH2O-RNase活性中心的酸鹼催化機理

核糖核酸鏈受RNase水解的位點Py為嘧啶，B為嘌呤胰凝乳蛋白酶催化的反應(yīng)R1R2RmRnR

RROHH2N+氨基產(chǎn)物羧基產(chǎn)物胰凝乳蛋白酶H2O胰凝乳蛋白酶分子中催化三聯(lián)體構(gòu)象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的電荷中繼網(wǎng)B.加上底物后，從Ser轉(zhuǎn)移一個質(zhì)子給His，帶正電荷的咪唑基通過帶負電荷的Asp靜電相互作用被穩(wěn)定Ser195102AspHis57底物胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細機制（1）結(jié)合底物His57質(zhì)子供體形成共價ES復(fù)合物C-N鍵斷裂底物胰凝乳蛋白酶反應(yīng)的詳細機制（2）氨基產(chǎn)物釋放四面體中間物的瓦解水親核攻擊羧基產(chǎn)物釋放H2OR-NH2簡化的三種蛋白酶底物結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)Val216Thr226胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶專一性：Trp、Phe、Tyr及疏水大側(cè)鏈氨基酸專一性：Lys、Arg專一性：小分子氨基酸Asp189COO-GlyGlyHH三種蛋白酶相似之處（1）氨基酸排列順序40%相同；（2）構(gòu)象十分相似；（3）均有Asp102-His57-Ser195催化三組合結(jié)構(gòu)，有相似催化機理；（4）剛分泌出來均以無活性前體存在，經(jīng)單一肽鏈斷裂而激活。溶菌酶催化的反應(yīng)NAG:N-乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸ABCDEF酶切位點底物溶菌酶-底物復(fù)合物

Glu35Asp52溶菌酶活性中心與底物結(jié)合示意圖Asp52Glu35（極性區(qū)）（非極性區(qū)）底物溶菌酶催化反應(yīng)機理極性區(qū)HO-E環(huán)HH2O非極性區(qū)（廣義酸堿催化）C1+ABC環(huán)ABC環(huán)ABC環(huán)ABC環(huán)ABC環(huán)E環(huán)極性區(qū)E環(huán)C1+（過渡態(tài)形成）溶菌酶底物D環(huán)變形模型

C1C5C2O

底物要進入溶菌酶活性部位的狹長裂縫內(nèi)，D位糖殘基必須從椅式構(gòu)象轉(zhuǎn)變成半椅式構(gòu)象，在半椅式構(gòu)象中，由于環(huán)上的O原子的移動使C1、C2、C5和環(huán)的O原子共平面，極大的促進C1共振穩(wěn)定的C+離子中間物的形成。

第五節(jié)酶促反應(yīng)的動力學(xué)

二、影響酶作用的因素

1、酶濃度

2、底物濃度

3、溫度

4、pH5、激活劑

6、抑制劑一、酶的活力與測定酶促反應(yīng)速度的測定與酶的活力單位

1、酶促反應(yīng)速度的測定初速度的概念2、酶活力3、酶活力的表示方法4、酶活力測定方法：終點法動力學(xué)法

檢測酶含量及存在，很難直接用酶的“量”（質(zhì)量、體積、濃度）來表示，而常用酶催化某一特定反應(yīng)的能力來表示酶量，即用酶的活力表示。

酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力稱酶活力，酶活力通常以最適條件下酶所催化的化學(xué)反應(yīng)的速度來確定。酶促反應(yīng)初速度的概念斜率=[P]/t=V（初速度）[P]t酶活力測定方法

終點法:酶反應(yīng)進行到一定時間后終止其反應(yīng)，再用化學(xué)或物理方法測定產(chǎn)物或反應(yīng)物量的變化。

動力學(xué)法:連續(xù)測定反應(yīng)過程中產(chǎn)物\底物或輔酶的變化量，直接測定出酶反應(yīng)的初速度。

酶活力的表示方法

活力單位（activeunit）

習(xí)慣單位（U）:底物(或產(chǎn)物)變化量/單位時間

國際單位（IU）:1μmoL變化量/分鐘

Katal（Kat）：1moL變化量/秒比活力=總活力單位總蛋白mg數(shù)=U(或IU)mg蛋白量度酶催化能力大小量度酶純度比活力（specificactivity）1、酶濃度對反應(yīng)速度的影響

在一個酶作用的最適條件下，如果底物濃度足夠大，足以使酶飽和的情況下，酶促反應(yīng)的速度（v）與酶濃度[E]成正比。即：

v=[E]為反應(yīng)速度常數(shù)，使用的酶應(yīng)該是純酶。2、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響（1）單底物酶促反應(yīng)動力學(xué)酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線（Michaelis—Menten曲線）米氏方程的提出及推導(dǎo)米氏常數(shù)的意義和應(yīng)用米氏常數(shù)的測定（2）雙底物酶促反應(yīng)動力學(xué)酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線單分子酶促反應(yīng)的米氏方程及Km

1913年，Michaelis和Menten根據(jù)酶和底物反應(yīng)的“快速平衡”理論，提出酶促反應(yīng)的基本原理，推導(dǎo)出底物濃度和反應(yīng)速度之間的定量關(guān)系式。米氏方程:米氏常數(shù):

1925年，Briggs-Haldane

從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā)，按照“穩(wěn)態(tài)平衡”的設(shè)想，對上述方程的推導(dǎo)假設(shè)作了修正。３k２k1k米氏方程的推導(dǎo)令：將（4）代入（3），則：[ES]生成速度：，[ES]分解速度：即：則：(1)經(jīng)整理得：由于酶促反應(yīng)速度由[ES]決定，即，所以(2)將（2）代入（1）得：(3)當酶反應(yīng)體系處于恒態(tài)時：(4)所以

當[Et]=[ES]時，米氏常數(shù)的意義和應(yīng)用*

Km是酶在一定條件下的特征物理常數(shù)，通過測定Km的數(shù)值，可對酶進行鑒別，同時可以判斷酶的最適底物。*當k2k3時，k3可以忽略，Km=k2/k1,可看作是ES復(fù)合物的解離平衡常數(shù)，1/Km則可近似表示酶和底物親合力，故Km愈小，E對S的親合力愈大；Km愈大，E對S的親合力愈小。*測定催化可逆反應(yīng)正逆兩個方向反應(yīng)Km和底物濃度，可大致推測該酶催化正逆兩向反應(yīng)的效率。*在已知Km的情況下，應(yīng)用米氏方程可計算一定[s]時的v，或一定v下的[s]。（用Km的倍數(shù)表示）練習(xí)題：已知某酶的Km值為0.05mol·

L-1，要使此酶所催化的反應(yīng)速度達到最大反應(yīng)速度的80％時底物的濃度應(yīng)為多少？（用Km的倍數(shù)表示）

Vmax2*

當v=時，Km=[S]（Km的單位為濃度單位）單分子酶促反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系米氏方程米氏常數(shù)

米氏常數(shù)的測定

基本原則：將米氏方程變化成相當于y=ax+b的直線方程，再用作圖法求出Km。例：雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk法）米氏方程的雙倒數(shù)形式：

1Km11—=——.—+——

vVmax[S]Vmax酶動力學(xué)的雙倒數(shù)圖線雙底物酶促反應(yīng)機理2、隨機順序反應(yīng)機理EABEPQBPE+AEAE+BEBEQE+EPE+QAQP3、乒乓反應(yīng)機理E+AEAEPEEBEQE+BPQ1、有序順序反應(yīng)機理E+AEAEABEPQEQE+BPQ（例:A+BP+Q）

3、溫度與酶反應(yīng)速度的關(guān)系在達到最適溫度以前，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快酶是蛋白質(zhì)，其變性速度亦隨溫度上升而加快酶的最適溫度不是一個固定不變的常數(shù)v溫度4、pH對酶反應(yīng)速度的影響過酸過鹼導(dǎo)致酶蛋白變性影響底物分子解離狀態(tài)影響酶分子解離狀態(tài)影響酶的活性中心構(gòu)象最適pHpHvvpHvpH5、激活劑對酶作用的影響無機離子激活劑

金屬離子：Mg2+、

K+、Na+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Se3+、Co2+、Fe2+

陰離子：

Cl-、Br-

小分子有機化合物激活劑

還原劑：抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽金屬螯合劑：EDTA生物大分子激活劑

蛋白激酶：如小腸激酶、磷酸化酶b激酶

凡是能提高酶活性，加速酶促反應(yīng)進行的物質(zhì)稱為該酶的激活劑（activator）

6、抑制劑對酶作用的影響

某些物質(zhì)能使酶的活性部位中的催化（結(jié)合）基團或維持酶的構(gòu)像所必需基團的化學(xué)性質(zhì)改變而降低酶活力甚至使酶活完全喪失，這種作用稱為抑制作用（inhibition）。能引起這種抑制作用的物質(zhì)稱為某酶的抑制劑（inhibitor）。

類型：不可逆抑制作用

可逆抑制作用

應(yīng)用：研制藥物、殺蟲劑研究酶的作用機理，確定代謝途徑的歷程不可逆抑制作用及不可逆抑制劑

有些抑制劑能與酶分子上的某些基團以共價鍵方式結(jié)合，導(dǎo)致酶的活性下降或喪失，且不能用透析等方法除去抑制劑而使酶的活性恢復(fù)的作用稱為不可逆抑制作用（nonreversibleinhibition）。

常見不可逆抑制劑有機磷化合物有機汞、有機砷化合物重金屬鹽烷化試劑、?；噭⒀趸瘎┖瓦€原劑氰化物和一氧化碳某些抗菌素可逆抑制作用及可逆抑制劑

有些抑制劑能與酶分子上的某些基團以非共價鍵方式結(jié)合而引起酶的活性下降或喪失，用透析、超濾等方法可除去抑制劑而使酶恢復(fù)活性的作用稱為可逆抑制作用（reversibleinhibition）。競爭性抑制作用非競爭性抑制作用反競爭性抑制作用

+IEIESE+S競爭性抑制作用

(competitiveinhibition)P+E

實例1：磺胺藥物的藥用機理H2N--SO2NH2對氨基苯磺酰胺H2N--COOH對氨基苯甲酸對氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤葉酸

實例2：過渡態(tài)類似物B.酯的羧基碳原子受到親核攻擊形成四面體過渡態(tài)C.設(shè)計的磷酸酯類似物,可作為脂酶的競爭性抑制劑過渡態(tài)類似物是酶的一種潛在競爭性抑制劑

O–C–A.酯酶的底物–酯CO非競爭性抑制作用(petitiveinhibition)

+IEI+SESIESP+EE+S+IESI復(fù)合物反競爭性抑制作用(petitiveinhibition)ESIESP+EE+S+I競爭性抑制作用非競爭性抑制作用競爭性非競爭性抑制作用機理示意圖底物與酶專一性結(jié)合競爭性抑制曲線

無抑制劑加競爭性抑制劑KmK′m(變大)[I]加大正常Km(1+[I])/Ki1Km1v1[S]1[S]Vmax(不變)vVmax1AB非競爭性抑制曲線Km(不變Km1v1[S]1[S]Vmax(變小)vVmax1無抑制劑加非競爭性抑制劑[I]加大正常AB反競爭性抑制曲線

Km(變小)v1[S]1[S]Vmax(變小)v無抑制劑加反競爭性抑制劑[I]加大正常ABKm1（1+）Ki[I]Km有無抑制劑存在時酶促反應(yīng)的動力學(xué)方程

v=Km+[S]Vmax[S]類別公式VmaxKm無抑制劑（正常）競爭性抑制劑非競爭性抑制劑反競爭性抑制劑Vmax不變減小減小不變減小增加Kmv=KmVmax[S]（1+

）Ki[I][]/+[S]/[]（1+

）Ki[I]v=Km+[S]Vmax[S][]/（1+

）Ki[I]v=Km+[S]Vmax[S]（1+

）Ki[I]烷化試劑、酰化試劑、氧化劑和還原劑

這一類抑制劑作用于酶分子中的一類或幾類基團，這些基團中包含了必需基團，因而引起酶失活。有機磷化合物對酶的抑制作用

實例：有機磷殺蟲劑抑制膽堿酯酶-Ser-OHPO-RO-ROX膽堿酯酶-Ser-OPO-RO-RO失去活性的膽堿酯酶有機汞化合物對酶的抑制作用

實例：有機汞抑制巰基酶的活性巰基酶失去活性的巰基酶ESHSHESS+Hg2+Hg2++2H第六節(jié)重要的酶類及酶活性的調(diào)節(jié)控制

一、多酶體系(multienzymesystem)二、別構(gòu)酶(allostericenzyme)三、共價調(diào)節(jié)酶(covalentregulatoryenzyme)四、同工酶(isoenzyme)一、多酶體系和多酶復(fù)合體

細胞中的許多酶常常是在一個連續(xù)的反應(yīng)鏈中起作用，即前一個反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個反應(yīng)的底物，在完整細胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應(yīng)體系，稱為多酶體系（multienzymesystem）。

如果體系中幾種酶彼此有機地組合在一起。精巧地鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，即形成多酶復(fù)合體。這種結(jié)構(gòu)即能提高反應(yīng)途徑的效率，又能增強調(diào)控的準確性。分散多酶體系與中間物示意圖多酶復(fù)合體示意圖二、酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)和別構(gòu)酶概念：

別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)特及點效應(yīng)物正協(xié)同效應(yīng)和負協(xié)同效應(yīng)實例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)機理：序變模型和齊變模型效應(yīng)物與酶的非活性中心結(jié)合后，誘導(dǎo)出或穩(wěn)定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶的活性中心對底物的結(jié)合和催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶的活性影響代謝過程，此效應(yīng)稱為別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)。此種酶活性調(diào)節(jié)方式稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericregulation)，具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為別構(gòu)酶(allostericenzyme)。

別構(gòu)調(diào)節(jié)普遍存在于生物界，許多代謝途徑的關(guān)鍵酶利用別構(gòu)調(diào)節(jié)來控制代謝途徑之間的平衡，研究別構(gòu)調(diào)控有重要的生物學(xué)意義。別構(gòu)酶結(jié)構(gòu)特點一般為寡聚酶，含有兩個或多個亞基；酶分子中除了具有活性中心以外，還有別構(gòu)中心；別構(gòu)中心與活性中心可能存在于同一個亞基的不同部位，也可能位于不同的亞基。效應(yīng)物是能與別構(gòu)酶結(jié)合并調(diào)節(jié)其活性的物質(zhì)，也稱別構(gòu)效應(yīng)物(allostericmodulator)。效應(yīng)物的結(jié)合使酶活性升高者，稱為正效應(yīng)物或別構(gòu)激活劑；使酶的活性降低者，稱為負效應(yīng)物或別構(gòu)抑制劑。正效應(yīng)物與負效應(yīng)物別構(gòu)中心活性中心酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖效應(yīng)劑別構(gòu)中心活性中心別構(gòu)酶的反饋調(diào)控機理A

（產(chǎn)物或中間產(chǎn)物）EDCB關(guān)鍵酶

—a--非調(diào)節(jié)酶b--正協(xié)同別構(gòu)酶的S形曲線

別構(gòu)酶與米氏酶的動力學(xué)曲線比較

1--非調(diào)節(jié)酶2--正協(xié)同別構(gòu)酶3--負協(xié)同別構(gòu)酶

正、負協(xié)同別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶的動力學(xué)曲線比較

ATCaseATP+天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（anspartatetranscarbamoylase，ATCase）

催化的反應(yīng)氨甲酰磷酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸E.coli的ATCase的亞基排列催化(C)亞基（catalyticsubunit）調(diào)節(jié)(R)亞基（

regulativesubunit）ATCase的半分子結(jié)構(gòu)ATCase半分子（C3R3)的結(jié)構(gòu)CTPsitecatalyticsitePALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)結(jié)合到ATCase活性中心的模型ATCasealoneATCase-PALAcomplex

ATCase的別構(gòu)過渡作用

低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRPALAPALAATCase變構(gòu)效應(yīng)的動力學(xué)特征ATP（正效應(yīng)劑）CTP（負效應(yīng)劑）低催化活性構(gòu)象T(tense)-態(tài)CCCCCC

RRRRRRCCCCCC高催化活性構(gòu)象R(relax)-態(tài)RRRRRRVmax1/2VmaxKm別構(gòu)酶的序變模型別構(gòu)酶的齊變模型三、酶的共價修飾

由于這種調(diào)節(jié)的生理意義廣泛，反應(yīng)靈敏，節(jié)約能量，機制多樣，在體內(nèi)顯得十分靈活，加之它們常受激素甚至神經(jīng)的指令，導(dǎo)致級聯(lián)放大反應(yīng)，所以日益引人注目。AP1GFDCBHEa-bEc-dEc-g關(guān)鍵酶（限速酶）P2

某些酶可以在其它酶催化下對其多肽鏈上某些基團進行可逆的共價修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。這類酶稱為共價修飾酶。目前發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種酶被翻譯后都要進行共價修飾，其中一部分處于分支代謝途徑，成為對代謝流量起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶或限速酶。蛋白質(zhì)的磷酸化和脫磷酸化

蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶nPiH2O第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型第一類：Ser/Thr型第二類：Tyr型第三類：雙重底物型反應(yīng)類型共價修飾被修飾的氨基酸殘基共價修飾反應(yīng)的例子磷酸化腺苷?；蜍挣；疶yr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化GluS-腺苷-MetS-腺苷-同型

Cys

級聯(lián)系統(tǒng)調(diào)控糖原分解示意圖意義：由于酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少量信號分子（如激素）存在，即可通過加速這種酶促反應(yīng)，而使大量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、效率極高。腎上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR-cAMP3、蛋白激酶（無活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（無活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶

b（無活性）磷酸化酶

a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血糖ATPADPATPADP腎上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456（極微量）（大量）四、酶的多種分子形式——同工酶

概念：存在于同一種屬或不同種屬，同一個體的不同組織或同一組織、同一細胞，具有不同分子形式但卻能催化相同的化學(xué)反應(yīng)的一組酶，稱之為同工酶（isoenzyme）。乳酸脫氫酶是研究的最多的同工酶。生物學(xué)意義：遺傳的標志

和個體發(fā)育及組織分化密切相關(guān)

適應(yīng)不同組織或不同細胞器在代謝上不同需要

在各學(xué)科中的應(yīng)用乳酸脫氫酶催化的化學(xué)反應(yīng)

NADH+H+

乳酸COOHCH(OH)CH3丙酮酸COOHC—OCH3NAD+++乳酸脫氫酶研究發(fā)現(xiàn)乳酸脫氫酶(LDH)分子中有兩類亞基，即H(心肌型)和M(骨骼肌型)亞基，每個酶分子由四個亞基組成。乳酸脫氫酶同工酶形成示意圖

多肽亞基mRNA四聚體結(jié)構(gòu)基因H亞基的基因乳酸脫氫酶同工酶電泳圖譜+–H4MH3M2H2M3HM4點樣線M亞基的基因不同組織中乳酸脫氫酶同工酶(LDH)

的電泳圖譜LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌腎肝骨骼肌血清-+原點同工酶在各學(xué)科中的應(yīng)用

(1)遺傳學(xué)和分類學(xué)：提供了一種精良的判別遺傳標志的工具。(2)發(fā)育學(xué)：有效地標志細胞類型及細胞在不同條件下的分化情況，以及個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系。(3)生物化學(xué)和生理學(xué)：根據(jù)不同器官組織中同工酶的動力學(xué)、底物專一性、輔助因子專一性、酶的變構(gòu)性等性質(zhì)的差異，從而解釋它們代謝功能的差別。（4）醫(yī)學(xué)和臨床診斷：體內(nèi)同工酶的變化，可看作機體組織損傷，或遺傳缺陷，或腫瘤分化的的分子標志。五、固定化酶

將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理，固定于高分子支持物(或載體)上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形式，稱固定化酶(immobilizedenzyme)。包埋法吸附法共價偶聯(lián)法交聯(lián)法溴化氰亞氨碳酸基偶聯(lián)法OHOHBrCNH2OOOC=N-EO-CO-NH-EOHO-C-NH-ENHOHH2N-E（多羥基載體）O-CONH2OH（惰性）OOC=NH（活潑）O—C—NOH戊二醛交聯(lián)法

OHC(CH2)3CHO戊二醛H2N-EN

-HC=N-E-N=CH（CH2）3-CH=N-

E-NCHCH六、抗體酶

抗體酶（abzyme）又稱催化抗體（catalyticantibody）,是指通過一系列化學(xué)與生物技術(shù)方法制備出的具有催化活性的抗體，它除了具有相應(yīng)免疫學(xué)性質(zhì)，還類似于酶，能催化某種活化反應(yīng)?？贵w與酶相似，都是蛋白質(zhì)分子，酶與底物的結(jié)合及抗體與抗原的結(jié)合都是高度專一性的，但這兩種結(jié)合的基本區(qū)別在于酶與高能的過度態(tài)分子向結(jié)合，而抗體則與抗原（基態(tài)分子）相結(jié)合。利用抗體能與抗原特異結(jié)合的原理可用過度態(tài)類似物作為半抗原來誘發(fā)抗體，這樣產(chǎn)生的抗體便能特異地識別反應(yīng)過程中真正的過渡分子，從而降低反應(yīng)的活化能。達到催化反應(yīng)的目的，這種具有催化功能的抗體就被稱為催化抗體或抗體酶。

O–C–A.酯酶的底物–酯B.酯的羧基碳原子受到親核攻擊形成四面體過渡態(tài)C.設(shè)計的磷酸酯類似物,作為抗原去免疫實驗動物磷酸酯類似物(半抗原)對酯水解反應(yīng)有催化作用的單克隆抗體免疫免疫反應(yīng)誘導(dǎo)法制備具有酯酶活性的抗體基因工程抗體酶的制備

對已產(chǎn)生的單抗，分析氨基酸的組成或相應(yīng)基因的堿基序列，對抗體結(jié)合的部位的基因進行定位突變，在抗體結(jié)合部位換上有催化活性的氨基酸，基因工程的技術(shù)使得建立抗體基因的組合文庫，并根據(jù)需要構(gòu)建適當程序的基因片段成為可能?？贵w酶的篩選

在抗體酶研究中，一個不可少的步驟是在細胞融合后篩選到能分泌催化抗體的細胞克隆。一般的方法是先篩選其抗體能結(jié)合特異抗原的細胞克隆，再從純