主要介紹酶的化學(xué)本質(zhì)

第三章

酶(enzyme)主要介紹酶的化學(xué)本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和特性；酶的作用動(dòng)力學(xué)；酶的作用機(jī)理；酶的應(yīng)用；還介紹了別構(gòu)酶、共價(jià)調(diào)節(jié)酶、同工酶等的概念、性質(zhì)、生物學(xué)意義。

主講老師：華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳文利★Studyhistory, ★Generalfeatures, ★Classification, ★Chemicalnature,★Kinetics ★Mechanism, ★Regulation酶通論酶的發(fā)現(xiàn)和提出：1897年，Buchner兄弟用不含細(xì)胞的酵母汁成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵。提出了發(fā)酵與活細(xì)胞無關(guān)，而與細(xì)胞液中的酶有關(guān)。1903年，Henri提出了酶與底物作用的中間復(fù)合物學(xué)說。1913年，Michaelis和Menten提出了酶促動(dòng)力學(xué)原理—米氏學(xué)說。1925年，Briggs和Handane對(duì)米氏方程做了修正，提出了穩(wěn)態(tài)學(xué)說。1926年，Sumner從刀豆種子中分離、純化得到了脲酶結(jié)晶，首次證明酶是具有催化活性的蛋白質(zhì)。1930年Northrop分離得到胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶結(jié)晶并證實(shí)其均為蛋白質(zhì)，酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)確立。

TheNobelPrizeinChemistry1907"forhisbiochemicalresearchesandhisdiscoveryofcell-freefermentation"

Eduard

Buchner

GermanyLandwirtschaftliche

Hochschule(AgriculturalCollege)Berlin,Germanyb.1860

d.1917Ureasecrystals(X728)

Sumner,J.B.(1926)“Theisolationandcrystallizationoftheenzymeurease”J.Biol.Chem.69:435-441.

Pepsincrystals(X90)Northrop,1930)Northrop,J.H.(1930)“Crystallinpepsin,1:Isolationandtestsofpurity”J.Gen.Physiol.

13:739-766.1969年，Merrifield等人工合成了具有酶活性的胰RNase。1982年，Cech和Altman對(duì)四膜蟲的研究中發(fā)現(xiàn)RNA具有催化作用，從而發(fā)現(xiàn)核酶

(ribozyme)，打破了以往酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。1986年Schultz和Lerner等人研制成功抗體酶(abzyme）。Boyer和Walker闡明了ATP合酶的合成與分解ATP的分子機(jī)制。近20年來，不少酶的作用機(jī)制被闡明，隨著基因工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得酶的結(jié)構(gòu)和功能的研究進(jìn)入一個(gè)新的階段。現(xiàn)在已鑒定出4000多種酶，數(shù)百種酶已經(jīng)被結(jié)晶。近幾十年來，不斷有新理論和新概念出現(xiàn)。在分子水平上揭示酶和生命活動(dòng)的關(guān)系，闡明酶在細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)和分化中的作用，酶合成的遺傳機(jī)制，酶的催化機(jī)制等。同時(shí)，酶的應(yīng)用——酶工程也得到快速發(fā)展。第一節(jié)通論一、酶是生物催化劑酶的定義：P110酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)或體外起同樣催化作用的一類具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。酶的化學(xué)本質(zhì)

1．大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（Mostenzymesareproteins）1926年美國Sumner脲酶的結(jié)晶，并指出酶是蛋白質(zhì)1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶，并進(jìn)一步證明了酶是蛋白質(zhì)。J.B.SumnerJ.H.Northrop

TheNobelPrizeinChemistry1946“forhisdiscoverythatenzymescanbecrystallized""fortheirpreparationofenzymesandvirusproteinsinapureform"

JamesBatchellerSumner

JohnHowardNorthrop

WendellMeredithStanley

1/2oftheprize1/4oftheprize1/4oftheprizeCornellUniversity

Ithaca,NY,USARockefellerInstituteforMedicalResearch

Princeton,NJ,USARockefellerInstituteforMedicalResearch

Princeton,NJ,USA1887-19551891-19871904-1971

20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)某些RNA有催化活性，還有一些抗體也有催化活性，甚至有些DNA也有催化活性，使酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)概念受到很大沖擊。Whatisthedifferencebetweenanenzymeandaprotein?ProteinAllenzymesareproteinsexceptsomeRNAsandnotall

proteinsare

enzymesRNAEnzymesRibozymesItwasassumedthatallenzymesareproteinsuntil1982whenThomasCechandSydneyAltmandiscoveredcatalyticRNAs(Nobel,1989inChemistry);CatalyticRNA,or,ribozymes,satisfyseveralenzymaticcriteria:substratespecificity,enhancereactionrate,andemergefromreactionunchanged;Severalknownribozymes:RNaseP:catalyzescleavageofprecursortRNAmoleculesintomaturetRNAs;GroupI,IIintrons:catalyzetheirownsplicing(cleavingandligating);Ribosome:catalyzespeptidyltransferreactionSubstrates,products,andenzymesEnzymescatalyzetherateatwhichsubstratesareconvertedtoproductSubstratesEnzymeProduct二、酶催化的特征1.高效性2.易變性3.可調(diào)性4.專一性（特異性）

EnzymesarethemostremarkableandspecializedbiologicalcatalystsAnenzymecatalyzesachemicalreactionataspecificallystructuredactivesite,beingoftenapocket.

Enzymeshaveextraordinarycatalyticpower,oftenfargreaterthanthosenon-biologicalcatalysts.Enzymesoftenhaveahighdegreeofspecificityfortheirsubstrates.Enzymesareoftenregulatory.EnzymesusuallyworkunderverymildconditionsoftemperatureandpH.Thesubstanceactedonbyanenzymeiscalledasubstrate,whichbindstotheactivesiteofanenzymeinacomplementarymanner.

降低反應(yīng)所需的活化能Enzymescatalyzereactionsbyloweringtheiractivationenergies

Enzymesstabilizethetransitionstatesofreactions..SubstratesProductsDGFreeEnergy(DG)ReactionCoordinaterxnUncatalyzedReactionEnzymeCatalyzedReaction例2H2O2→2H2O+O2

反應(yīng)活化能非催化反應(yīng)75.24kJ/mol鈀催化反應(yīng)48.9kJ/molH2O2酶催化8.36kJ/mol對(duì)酶作用專一性的幾個(gè)假說P72鎖鑰模式（lockandkeytheory）三點(diǎn)附著學(xué)說（threepointattachmenttheory）誘導(dǎo)契合學(xué)說（induced-fittheory）EmilFicher:(1894)The‘Lock&Key’hypothesis-explainssubstratespecificity-saysnothingaboutwhycatalysisoccursDanKoshland:(1958)‘InducedFit’hypothesis:-enzymesprefertobindtoadistortionofthesubstratethatresemblesthetransitionstate-bothenzymeandsubstratemustadjusttooneanother -inreality,enzymeisnot‘distorted’buthasevolvedtobindinacertainwayandsometimesundergoconformationalchangesSubstrate+EnzymeEScomplexEnzymeSubstrate+EScomplexLockandKey-EmilFischer(1890)InducedFit-DanielE.KoshlandJr.(1958)AnExample:InducedconformationalchangeinhexokinaseCatalyzesphosphorylationofglucosetoglucose6-phosphateduringglycolysissuchalargechangeinaprotein’sconformationisnotunusual

BUT:notallenzymesundergosuchlargechangesin conformation1、鎖鑰學(xué)說（lockandKeytheory）1894年Fischer提出2、三點(diǎn)附著學(xué)說3、誘導(dǎo)契合學(xué)說（induced-fittheory）1958年Koshland提出第二節(jié)

酶的分類和命名

1961年國際酶學(xué)委員會(huì)（enzymecommission）提出的酶的命名和分類方法。和分類Eachenzymeisassignedasystematicnameandafour-digitnumberThesystematicnameidentifiesthesubstratesandtypeofreactioncatalyzed.Thefour-digitnumberindicatesthefollowing:Class(1-6);Sub-classesbasedontypeofsubstrate;Sub-subclassesbasedoncofactortype;Auniquenumberforeachindividualenzymewithinasub-sub-class.

Eachenzymeisgivenasystematicnameandaunique4-digitidentificationnumberforidentificationLactatedehydrogenase(lactate:NAD+

oxidoreductase)ThenumberwasassignedbytheEnzymeCommision(EC)ofIUBMB(since1964).lactate+NAD+

pyruvate+NADH+H+

1-6Enzymeclassification

Enzymesaregroupedinto

six

classes

accordingtothetypeofreactionscatalyzedTransferelectrons(hydrideionsorHatoms);playamajorroleinenergymetabolism.i.e.,thetransferoffunctionalgroupstowater.e.g.,thetransferofaphosphorylgroupfromATPtomanydifferentacceptors.ThesearedirectbondbreakingreactionswithoutbeingattackedbyanotherreactantsuchasH2O.Inchemicalterms,theywouldbedescribedaseliminationandadditionreactions.LeadingtotheformationofC-C,C-S,C-O,C-Nbonds.LactatedehydrogenaseNMPkinaseChymotrypsinFumaraseTriosephosphateisomeraseAminoacyl-tRNA

synthetase三、酶的組成分類

酶的組成

1．單純蛋白質(zhì)酶類屬于單純蛋白質(zhì)，主要是水解酶。2．結(jié)合蛋白質(zhì)酶類全酶=酶蛋白+輔助因子（輔酶、輔基或金屬離子）輔酶（coenzyme）輔基（prostheticgroup）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1、酶的活性部位酶的活性中心activecenter（又叫活性部位activesite）

定義：在酶分子中，由少數(shù)幾個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的，直接與底物結(jié)合的并和酶的催化作用直接有關(guān)的區(qū)域。通?；钚灾行挠袃蓚€(gè)功能部位：結(jié)合部位催化部位與底物結(jié)合的部位叫結(jié)合部位（結(jié)合基團(tuán)）bindingsite底物分子中的化學(xué)鍵在此處被打斷或形成新的化學(xué)鍵叫催化部位（催化基團(tuán)）catalyticsite（二）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)活性中心只占酶分子總體積的很小一部分，往往只占整個(gè)酶分子體積的1%-2%。

某些酶活性部位的AA殘基酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124

His12,His119,Lys41溶菌酶129Asp52,Glu35胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102,Ser195胃蛋白酶348Asp32,Asp215木瓜蛋白酶212Cys25,His159羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+EachenzymehasatleastoneactivesiteHowdoenzymeswork?

Enzymesbindsubstratestotheiractivesiteandstabilizethetransitionstateofthereaction.Whatistheactivesite?

Theactivesiteofanenzymeistheplacewherealloftheactionoccurs.Itcontainsthefunctionalgroups(aminoacidsidechains)thatbindthesubstrate(s)andcatalyzeit’sconversiontoproduct(s).TheactivesiteoftheenzymecontainsfunctionalgroupsthatstabilizethetransitionstateofthereactionActivesite

ofchymotrypsinWhatdoestheactivesitedo?Theactivesitebindsthesubstratesandpositionsthemintheproperorientationforthereactiontooccur.Theactivesitecontainschemicalgroupsthatstabilizethetransitionstateofthereaction.Theactivesitedeterminesthespecificityoftheenzyme(i.e.itdetermineswhetheraparticularsubstrateisboundandwhetheraparticularproductismade).CharacteristicsofactivesitesTheactivesitetakesupasmallpartofthetotalvolumeoftheenzymeTheactivesiteis3-dimensionalandisgenerallyfoundinacreviceorcleftontheenzymeTheactivesitedisplayshighlyspecificsubstratebindingTheactivesiteisresponsibleforwhetherthereisorderedorrandombindingofsubstratesandreleaseofproducts溶菌酶（Lysozyme）2、必需基團(tuán)（essentialgroup）

凡是維持酶的活性不可少的基團(tuán)叫必需基團(tuán)。

活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)

活性中心外的必需基團(tuán)（若它改變了，活性中心的構(gòu)象就會(huì)改變。）3、活性中心存在的證明方法P78二、酶原及酶原的激活P80酶原（zymogen)：不具催化活性的酶的前體稱為zymogenRegulationofdigestiveenzymesActivationofchymotrypsinogenexemplifiesproteolyticactivation-Chymotrypsin(active)

p-Chymotrypsinogen(inactive)p-Chymotrypsin(inactive)SSSSSSSSSSSS胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活

底物：substrate

產(chǎn)物：product

A＋B

C＋DSubstrate(S)enzyme(E)product(P)第四節(jié)酶催化作用的機(jī)理一.酶依靠降低活化能加速化學(xué)反應(yīng)降低反應(yīng)所需的活化能二.一般酸-堿催化

三.共價(jià)催化

四.金屬離子催化五.酶執(zhí)行催化功能的幾個(gè)實(shí)例1.羧肽酶A

Glu270Arg145Tyr248酶單獨(dú)存在時(shí)

:Arg145Tyr248Glu270酶底物復(fù)合物:羧肽酶A（carboxypeptidaseA，CpA）

3、酸堿催化（acid-basecatalysis）

胰凝乳蛋白酶酸堿催化（acid-basecatalysis）胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）

Thedifferentsubstratespecificitiesoftheserineproteasesareduetodifferencesintheirspecificitypockets

P27-28HowdoenzymesstabilizethetransitionstateofareactionGeneralAcid-basecatalysisMetalcatalysisCovalentcatalysisSubstratestrainCatalysisbyapproximation.第五節(jié)酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)只有初速度才是酶的反應(yīng)速度，原因：

（1）底物隨反應(yīng)時(shí)間的延長減少；（2）

酶隨反應(yīng)時(shí)間的延長受速度、pH

的影響，酶部分變性；（3）

隨時(shí)間延長，產(chǎn)物增加，產(chǎn)物對(duì)酶的抑制作用；（4）產(chǎn)物增加，逆反應(yīng)速度增加。

因此，只有初速度才是酶的反應(yīng)速度。[S]>>[E] V∝[E]一、酶濃度的影響酶促反應(yīng)的速度和酶濃度成正比。P95

V

Vmax

0[S]

可以用一個(gè)方程來表示：V=Vmax[S]/(Km+[S])

是最基本的動(dòng)力學(xué)方程。二、底物濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響1、單底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（1）米氏方程（Michaelis－Mentenequation）第一步:E+SES中間復(fù)合物學(xué)說：第二步:ES→E+PV∝[ES]

1913年Michaelis和Menten推導(dǎo)了米氏方程

Vmax[S]V=

Km+[S]（2）米氏方程的推導(dǎo)(P96)a

Km的物理意義當(dāng)V＝1/2Vmax時(shí)的底物濃度，為Km的物理意義。即［S］＝KmKm單位：m(mol)/Lb

Km是酶的特征性常數(shù)

不同酶,Km是不一樣的。底物種類，pHopt,topt

要定下來。

（E）A＋BC＋D此酶有4個(gè)Km值。（3）米氏常數(shù)（Michaelis-constant）的意義

c在一定條件下，Km表示酶與底物的親和力

有些酶有很多底物，Km值最小的底物叫此酶的最適底物，也叫酶的天然底物。d已知Km，可以求出V/Vmax與底物濃度[S]的關(guān)系。測定Km的意義：（以上4點(diǎn)）Km在實(shí)際工作中的應(yīng)用：P98UnderstandingKmKmisaconstantderivedfromrateconstantsKmis,undertrueMichaelis-Mentenconditions,anestimateofthedissociationconstantofEfromS,because atequilibrium,Reversiblereaction,dissociationconstantisSosmallKmmeanstightsubstratebinding;highKmmeansweaksubstratebinding.Kmequalstothesubstrateconcentrationatwhichv=1/2vmaxk1k-1UnderstandingVmaxThetheoreticalmaximalvelocity

VmaxisaconstantVmax

isthetheoreticalmaximalrateofthereaction-butitisNEVERachievedinrealityToreachVmaxwouldrequirethatALLenzymemoleculesaretightlyboundwithsubstrateVmaxisasymptoticallyapproachedassubstrateisincreased雙倒數(shù)作圖法，即Lineweaver-Burk法。1/V對(duì)1/S作圖（4）米氏常數(shù)的測定(P98)雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk作圖法）2、雙底物酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)雙底物雙產(chǎn)物反應(yīng)

A+B P+Q

雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)按動(dòng)力學(xué)機(jī)制可分為兩大類:雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)序列反應(yīng)（sequentialreactions）乒乓反應(yīng)（pingpongreactions）有序反應(yīng)（orderdreactions）隨機(jī)反應(yīng)（randomreactions）1．序列有序反應(yīng)2．序列隨機(jī)反應(yīng)3．乒乓反應(yīng)酶的最適溫度（optimumtemperature）

溫度影響的兩個(gè)方面:1.溫度升高，酶反應(yīng)速度增加在達(dá)到最適溫度之前提高溫度，可以增加酶促反應(yīng)的速度。三、溫度的影響2.溫度升高，酶蛋白變性而失活。在最適溫度以前，第1種影響為主。在最適溫度以后，第2種影響為主。大部分酶在600C以上變性，到700C－800C酶達(dá)到不可逆變性；少數(shù)酶能耐受較高的溫度，如細(xì)菌淀粉酶在950C下活力最高，又如牛胰核糖核酸酶加熱到1000C仍不失活。非特征性常數(shù)，只在一定情況下才有意義。

1、

最適pH

當(dāng)酶反應(yīng)速度受pH影響，當(dāng)某個(gè)pH，酶表現(xiàn)最大活力，此pH就是pHopt。

pHopt不是酶的特征性常數(shù)，受測定環(huán)境的影響很大。

2、pH影響的原因（1）

影響酶的構(gòu)象（過酸過堿引起酶構(gòu)象的變化，使酶失活）（2）

影響酶與底物的解離四、pH的影響1．酶反應(yīng)的最適pH（optimumpH）激活劑:凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。激活劑按分子的大小可以分為以下三類：（一）

無機(jī)離子（inorganic）

1．

金屬離子金屬離子對(duì)酶的作用有兩種：一是作為酶的輔助因子起作用；二是作為激活劑起作用。Mg2+Mn2+Zn2+ Cu2+K+

2．

陰離子

Cl－Br－較突出的是動(dòng)物唾液中的－淀粉酶受Cl－激活。3.氫離子五、激活劑（activator）的影響（二）

小分子有機(jī)物（與酶蛋白相比是小分子）

1．

某些還原劑如：還原型谷胱甘肽，半胱氨酸

2．

EDTA（乙二胺四乙酸）能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬離子對(duì)酶的抑制作用。

（三）

大分子有機(jī)物

這類激活劑是指可對(duì)某些無活性的酶原起作用的酶。

（激活作用）無活性的酶原

有活性的酶抑制劑能使酶分子上的某些必需基團(tuán)（主要指酶活性中心上的一些基團(tuán)）發(fā)生變化，因而引起酶活力下降，甚至喪失，致使酶反應(yīng)速度降低。凡使酶活力下降，但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用（inhibition）。能引起抑制作用的物質(zhì)稱為酶的抑制劑（inhibitor）六、抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響特點(diǎn)：①抑制劑與酶的結(jié)合是不可逆的；E＋I(xiàn)EI②I與E的結(jié)合是一種共價(jià)結(jié)合；③不能用物理的方法（透析、超濾、凝膠過濾）去除掉這個(gè)抑制劑。

1、不可逆抑制作用（irreversibleinhibition）IrreversibleInhibitorCombineswithordestroysanessentialfunctionalgroupontheenzyme(e.g.formscovalentbonds)Inhibitenzymesirreversibly3differenttypes:GroupSpecificReagent:-inhibitordoesnotresemblesubstrateSubstrateAnalogue:-inhibitorresemblessubstrateSuicideInhibitors:-inhibitorresemblessubstrate,turns"dangerous"afterprocessedbyenzyme特點(diǎn)：

①這類抑制劑與酶蛋白的結(jié)合是可逆的；

E＋I(xiàn)EI②非共價(jià)結(jié)合；③可用物理方法除去。

根據(jù)抑制劑與底物的關(guān)系，可逆抑制作用分為三種類型：2、可逆抑制作用（reversibleinhibition）特點(diǎn)：①抑制劑與底物結(jié)構(gòu)相似；②I與S競爭同一種酶的活性中心結(jié)合（非共價(jià)）；③抑制程序取決于［I］/［S］的比例。所以可以用增加底物濃度的方法來解除這種抑制。（1）競爭性抑制（competitiveinhibition）可逆抑制作用(reversibleinhibition)及其動(dòng)力學(xué)（1）競爭性抑制作用（competitiveinhibition）E+IEI

例:丙二酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用C、取方程的倒數(shù)，進(jìn)行雙倒數(shù)作圖

特點(diǎn)：

①I與S結(jié)構(gòu)不相似；②I與E在活性中心外的部位結(jié)合；③抑制取決于抑制劑的絕對(duì)濃度，不管底物濃度有多高，不能用增加底物的方法去除抑制。（2）

非競爭性抑制（noncompetitiveinhibition）（2）非競爭性抑制作用（noncompetitiveinhibition）E+S→ESESIE+I→EIESIC、取方程倒數(shù)，進(jìn)行雙倒數(shù)作圖

I不能與E直接結(jié)合，I只能與結(jié)合了底物的酶結(jié)合；I反而增加了E與S的親和力，使E＋SES朝ES方向進(jìn)行。E＋SESE＋PES＋I(xiàn)ESI（3）

反競爭性抑制（uncompetitiveinhibition）動(dòng)力學(xué)方程的討論A、與米氏方程比較B、雙倒數(shù)作圖

Vmax

Km競爭性抑制

不變

增加非競爭性抑制

減小

不變反競爭性抑制

減小

減小KmdecreasesvmaxdecreasesSlopeunchangedUncompetitiveInhibitorsNoncompetitiveInhibitorsKmunchangedvmaxdecreasesCompetitiveInhibitorsKmincreasesvmaxunchangedSummaryofClassesofInhibitors

Competitiveinhibition-inhibitor(I)bindsonlytoE,nottoESNoncompetitiveinhibition-inhibitor(I)bindseithertoEand/ortoESUncompetitiveinhibition-inhibitor(I)bindsonlytoES,nottoE.Thisisahypotheticalcasethathasneverbeendocumentedforarealenzyme,butwhichmakesauseful

contrasttocompetitiveinhibition.Mixedinhibition-whenthedissociationconstantsof(I)toEandESaredifferent.Theinhibitionismixed.七、過渡態(tài)類似物是酶的一種潛在抑制劑第六節(jié)重要酶類及其活性調(diào)節(jié)一、多酶體系（multibleenzyme）限速步驟(committedstep)順序反饋抑制(sequentialfeedbackinhibition)P104PhysiologyofallostericenzymesConsiderbiochemicalpathways:

-Homotropicregulation,substrateactivation

activationE1 E2 E3 E4 E5

A B C D E F

-Heterotropicregulation,endproductinhibition

E1 E2 E3 E4 E5A B C D E Finhibition

D E FA B C G H IFinhibitsC->DpartiallyinhibitsA->B二、調(diào)節(jié)酶1.別(變)構(gòu)酶（allostericenzyme）Enzymeactivityisregulatedbyfourdifferentmechanisms*(1)

Allostericcontrol(2)Covalentmodification(3)

Proteolyticactivation(4)Stimulationorinhibitionbycontrolproteins*changesinenzymelevelsduetoregulationofproteinsynthesisordegradationareadditional,long-termwaystoregulateenzymeactivity負(fù)協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶與米氏酶動(dòng)力學(xué)比較1963年，Monod等首次提出別構(gòu)酶的概念。Monod認(rèn)為別構(gòu)酶應(yīng)具備以下特征：一般含有多個(gè)亞基;別構(gòu)劑（allostericeffectors）能夠結(jié)合于別構(gòu)酶，并引起它的催化活性發(fā)生變化，這一點(diǎn)可能反映了別構(gòu)酶四級(jí)結(jié)構(gòu)的改變?，F(xiàn)已證明，上述觀點(diǎn)是正確的。1.大都是寡聚酶，含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基。具四級(jí)結(jié)構(gòu)。2.酶分子上含兩個(gè)中心或部位：活性中心（活性部位）和別構(gòu)中心（別構(gòu)部位）3.具有別構(gòu)效應(yīng)P484.很多別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)曲線呈S形曲線別構(gòu)酶的特點(diǎn)Allostericenzymes:somedefinitions1.Allosteric=“othersite”otherthanactivesite2.Regulatorymoleculescalled,effectors,modulators, regulatorymolecules3.Homotropicregulation:regulationbysubstrateat

activesite4.Heterotropicregulation:regulationbymolecule

NOTsubstrate(endproducts),atallosteric

site5.Fewenzymesareallosteric6.AllostericenzymesDONOTexhibitM-Mkinetics正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶與米氏酶動(dòng)力學(xué)比較別構(gòu)酶舉例

大腸桿菌天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（E-Coliaspartate

transcarbamylase,ATCase）

（1）ATCase催化的化學(xué)反應(yīng)和ATCase的動(dòng)力學(xué)曲線（2）ATCase活性調(diào)節(jié)的機(jī)理有催化活性的構(gòu)象無催化活性的構(gòu)象為了解釋別構(gòu)酶的S型動(dòng)力學(xué)曲線，提出了模型：1）序變模型2）齊變模型別構(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):2、一些酶的活性受可逆的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)可逆的共價(jià)修飾的方式常見的是磷酸化/脫磷酸化，腺苷?；?脫腺苷酰化，尿苷酰化/脫尿苷?；?甲基化/脫甲基化等類型。

共價(jià)調(diào)節(jié)酶最典型的例子是動(dòng)物組織的糖原磷酸化酶1.糖原磷酸化酶催化的反應(yīng)催化糖原的磷酸解，生成G-1-P。糖原G-1-P+糖原+H3PO4糖原磷酸化酶（n-1個(gè)Glc基）（n個(gè)Glc基）2、結(jié)構(gòu)特征

CovalentmodificationregulatesthecatalyticactivityofsomeenzymesPhosphorylation-anexampleofregulationbyreversiblecovalentmodificationoftheenzymeProteinkinasescatalyzethephosphorylationofproteinsProteinphosphatasesremovephosphategroupsfromphosphorylatedproteins概念：催化相同的化學(xué)反應(yīng)，酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)不完全相同的一組酶。同工酶是一種酶的不同分子形式。同工酶之間相同點(diǎn)：

催化的反應(yīng)相同。在酶的分類上相同。三、同工酶（Isozymes）

Whatisanisozyme?

(1)

Isozymesarephysicallydistinctformsofthesameenzyme.

(2)

Isozymesmaydifferfromeachotherbydifferencesintheiraminoacidsequencesorbythepresenceofdifferentposttranslationalmodificationsineachisozyme.

(3)

Therelativeabundanceofdifferentisozymesvariesfordifferenttissues.Theabilitytocontrolwhichisozymesareexpressedinaparticularcellallowseachcelltoadjusttheenzymeactivitybasedonthespecificconditionsthatexistinthecell.LactateDehydrogenaseiscomposedoffourmonomersEachmonomercanbeeitherheartormuscletypeFivedifferentisozymesoflactatedehydrogenaseexist:H4,H3M,H2M2,HM3,andM4RealLife-TissueSpecificityofLactateDehydrogenaseAllofthelactatedehydrogenase

isozymescatalyzetheinterconversionbetweenlactateandpyruvateEachisozymeoflactatedehydrogenasecanbeseparatedbychromatographyDifferenttissueshavedifferentlevelsofeachofthelactatedehydrogenase

isozymes

Duringmyocardialinfarction,endothelialcellsrupture,releasingtheircontentsintothebloodstream.Thisincreasestheserumlevelsforlactatedehydrogenase

isozymes1and2andcanbeusedasadiagnostictool.-+Foreachlane,thefivedifferentisozymesoflactatedehydrogenasearenumber1-5(withtheisozymecontainingallhearttypemonomersbeing1andallmuscletypemonomersbeing5).Thelanelabeled“HEART”isfromtheserumofapatientwithamyocardialinfarction(heartattack),thelanelabeled“NORMAL”isnormalserum,andthelanelabeled“LIVER”isfromapatientwithliverdisease.乳酸脫氫酶（lactatedehydrogenase,LDH）

1、組成和電泳行為

HHHH(LDH1)

HHHM(LDH2)

HHMM(LDH3)

HMMM(LDH4)

MMMM(LDH5)2、功能催化的反應(yīng)乳酸丙酮酸LDH5骨骼肌:乳酸丙酮酸心肌:LDH1同工酶之間相異點(diǎn)：P110

（1）分子結(jié)構(gòu)不同（A.A組成、排列序列（一級(jí)結(jié)構(gòu))、亞基的種類、組合不一樣）（2）電泳行為不同(3)催化特性不一樣（Km,toopt,pHopt）（4）分布部位不一樣（5）生理功能不同第七節(jié)酶的分離純化和活力測定一、酶分離純化的一般原則與蛋白質(zhì)的分離純化相似二、酶的活力與測定測定酶活力時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)（1）應(yīng)測反應(yīng)初速度（initialvelocityorinitialspeed）（2）酶的反應(yīng)速度一般用單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的增加量來表示。（3）測酶活力時(shí)應(yīng)使反應(yīng)溫度、pH、離子強(qiáng)度和底物濃度等因素保持恒定。（4）測定酶反應(yīng)速度時(shí)，應(yīng)使[S]>>[E]。產(chǎn)物濃度[P](t)1、酶活力酶活力（enzymeactivity）

：

酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。注意：確定酶反應(yīng)的時(shí)間，就靠進(jìn)程曲線來定，要在直線階段以內(nèi)的時(shí)間，且要看產(chǎn)物生成測定的靈敏度。2．酶的活力單位：來表示酶活力的大小。（1）國際單位（IU）InternationalUnit

一個(gè)國際單位表示為在250C，pHopt，［S］opt下，一分鐘催化1mol/L底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所需的酶量。（2）卡特爾（Katal）

縮寫為Kat，表示為在250C，pHopt，［S］opt下，一秒鐘催化1mol/L底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物所需的酶量。1Kat＝6×107IU可以以納Kat、微Kat來進(jìn)行換算。(3)習(xí)用單位

分母總是時(shí)間（1秒、1分鐘、1小時(shí)）產(chǎn)物的生成量（重量單位―－g、mg、g）

(摩爾或摩爾的倍數(shù))習(xí)慣上沿用的單位如:乳酸+NAD+

丙酮酸+NADH+H+

乳酸脫氫酶乳酸脫氫