王鏡巖生化4酶2課件

4.1酶可以按催化的反應(yīng)類型分類4.2比活是酶純化程度的指標(biāo)4.3酶降低反應(yīng)的活化能，但不會(huì)改變反應(yīng)平衡4.4酶催化作用發(fā)生在活性部位4.5存在著幾種解釋酶催化作用的機(jī)制4.6米氏方程是表示酶促反應(yīng)的速度方程4.7可逆抑制劑通過(guò)非共價(jià)鍵與酶結(jié)合4.8不可逆抑制劑共價(jià)修飾酶4.9酶促反應(yīng)的速度受pH的影響4.10絲氨酸蛋白酶可以說(shuō)明酶活性的許多特征4.11調(diào)節(jié)酶一般都是寡聚體4.12某些酶具有組織或器官特異性4酶

酶是非常有效的和特異性高的生物催化劑。酶催化反應(yīng)條件溫和、常溫、常壓。酶催化的反應(yīng)比相應(yīng)的沒有催化劑的反應(yīng)快103～1017倍。例如在0℃時(shí)，1mol過(guò)氧化氫酶能使5×106molH2O2分解為H2O和O2；而在同樣條件下，每克離子鐵只能使6×10－4molH2O2分解，酶比鐵離子快了1010倍。酶作用的特異性分為絕對(duì)特異性、相對(duì)特異性和立體異構(gòu)特異性。絕對(duì)特異性是指酶只能催化一種或兩種結(jié)構(gòu)極相似的化合物的反應(yīng)，如脲酶只水解尿素。而相對(duì)特異性是指酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，如脂肪酶或酯酶催化酯鍵水解，對(duì)酯鍵兩側(cè)的基團(tuán)要求不嚴(yán)格，對(duì)很多有機(jī)酸和醇（或酚）形成的酯鍵都能水解。

立體異構(gòu)特異性是指酶作用的底物應(yīng)具有特定的立體結(jié)構(gòu)才能被催化。這種異構(gòu)性包括光學(xué)異構(gòu)性和幾何異構(gòu)性。光學(xué)異構(gòu)性是指一種酶只能催化一對(duì)鏡像異構(gòu)體中的一種，而對(duì)另一種不起作用。例如精氨酸酶只水解L-精氨酸生成L-鳥氨酸和尿素，而對(duì)D-精氨酸沒有作用。幾何異構(gòu)性是指立體異構(gòu)中的順式和反式，-、-構(gòu)型。有的酶具有這種立體異構(gòu)的專一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成蘋果酸，對(duì)順丁烯二酸不起作用。4.裂合酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反應(yīng)，或裂解，生成一個(gè)雙鍵。在裂解酶催化的可逆反應(yīng)中，裂解酶催化一個(gè)底物加到第二個(gè)底物的一個(gè)雙鍵處。催化細(xì)胞內(nèi)的加成反應(yīng)的裂解酶常命名為合成酶。5.異構(gòu)酶：催化異構(gòu)化反應(yīng)。這類反應(yīng)是最簡(jiǎn)單的酶促反應(yīng)，因?yàn)檫@些反應(yīng)只有一個(gè)底物或一個(gè)產(chǎn)物。6.連接酶：催化兩個(gè)底物的連接反應(yīng)或稱之交聯(lián)反應(yīng)。這類反應(yīng)通常需要輸入能量，例如腺苷三磷酸ATP。連接酶也常稱之合成酶。4.2比活是酶純化程度的指標(biāo)

酶活性也稱為酶活力，是指酶催化指定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活力的大小用酶活性單位的多少來(lái)表示。比活是指每毫克蛋白含有的酶單位數(shù)。純化步驟級(jí)分體積（ml）總蛋白（mg）活力（U）比活（U/mg）粗提取液18606720134402丙酮分級(jí)80960960015凝膠層析80300870029離子交換2290423047豬腎氨基?；父鱾€(gè)步驟純化數(shù)據(jù)4.3酶降低反應(yīng)的活化能，但不會(huì)改變反應(yīng)平衡一個(gè)簡(jiǎn)單的單底物的酶促反應(yīng)可用下式表示。E＋S＝ES＝E＋P可以用相應(yīng)反應(yīng)歷程圖表示。a.無(wú)酶催化的反應(yīng)b.酶催化的反應(yīng)無(wú)催化催化反應(yīng)劑產(chǎn)物自由能活化能過(guò)渡態(tài)自由能變化自由能

酶分子一般都很大，但酶中真正起催化作用的部位只是酶分子中某一部位，該部位稱為酶的活性部位，活性部位是酶結(jié)合和催化底物的場(chǎng)所?；钚圆课皇且粋€(gè)三維空間結(jié)構(gòu)；通常位于酶蛋白的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙，或位于蛋白質(zhì)表面的凹槽?；钚圆课皇嵌嚯逆溦郫B形成的一個(gè)特殊的空間結(jié)構(gòu)，一些在氨基酸序列相距很遠(yuǎn)的氨基酸殘基經(jīng)折疊會(huì)靠近，有的就是活性部位的組成成分，直接參與酶的催化作用。對(duì)活性部位沒有直接貢獻(xiàn)的其它部位是形成和穩(wěn)定酶天然結(jié)構(gòu)所需要的。當(dāng)然酶的其它功能還包括調(diào)節(jié)功能和指導(dǎo)酶正確定向于細(xì)胞中的信號(hào)部分。4.4酶催化作用發(fā)生在活性部位4.5存在著幾種解釋酶催化作用的機(jī)制4.5.1幾乎所有酶的作用機(jī)制都包括酸堿催化機(jī)制

在活性部位，離子化的氨基酸殘基側(cè)鏈參與兩類化學(xué)催化，即酸堿催化和共價(jià)催化，是兩種主要的化學(xué)催化模式。在酸堿催化中，一個(gè)反應(yīng)的加速是通過(guò)催化一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)移完成的。酶利用在細(xì)胞接近中性pH條件下可以給出或接受質(zhì)子的氨基酸側(cè)鏈，酶的活性部位可以提供一個(gè)相當(dāng)于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液的生物環(huán)境。由于在大多數(shù)蛋白質(zhì)中，組氨酸側(cè)鏈咪唑基解離的pK值是6到7，所以它是一個(gè)在中性pH下用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的理想的基團(tuán)。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充當(dāng)酸堿催化劑，因?yàn)檫@些羧基解離的pKα值近似為4。用B：表示一個(gè)堿，或一個(gè)質(zhì)子受體，而用BH＋表示相應(yīng)的共軛酸，一個(gè)質(zhì)子的供體。一個(gè)質(zhì)子受體可以通過(guò)除去一個(gè)質(zhì)子切斷C-H鍵形成一個(gè)負(fù)碳離子。4.5.2許多酶催化的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)都是通過(guò)共價(jià)催化進(jìn)行的

共價(jià)催化是第二種類型的化學(xué)催化模式，主要通過(guò)一個(gè)底物或底物的一部分與催化劑形成共價(jià)鍵催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在酶作用下的共價(jià)催化中，一個(gè)底物的一部分首先轉(zhuǎn)移到酶上，然后再轉(zhuǎn)移到第二個(gè)底物上。例如基團(tuán)X從分子A-X轉(zhuǎn)移到分子B上就是經(jīng)共價(jià)ES復(fù)合物X-E，按如下兩個(gè)步驟進(jìn)行的。A-X＋E＝A＋X-EX-E＋B＝B-X＋EA-X＝B-X4.5.3底物與酶的結(jié)合在催化過(guò)程中起著重要的作用1.底物靠近和定向于酶的活性部位

顯然活性部位處的底物濃度越高越有利于反應(yīng)。底物（也包括輔助因子）的敏感鍵逐漸靠近活性部位的催化基團(tuán)，為的是定向于催化基團(tuán)以便容易形成過(guò)渡態(tài)。2.底物變形

許多活性部位開始與底物并不相適合，但為了結(jié)合底物酶的活性部位不得不變形（誘導(dǎo)契合）以適合底物。一旦與底物結(jié)合，酶可以使底物變形，使得敏感鍵易于斷裂和促使新鍵形成。4.6米氏方程是表示酶促反應(yīng)的速度方程

酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)稱之酶動(dòng)力學(xué)，主要研究酶促反應(yīng)的速度以及其它因素，例如抑制劑等對(duì)反應(yīng)速度的影響。在酶促反應(yīng)中，如果底物的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)酶量，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比。酶濃度反應(yīng)速度酶濃度固定，反應(yīng)速度與底物濃度之間的關(guān)系底物濃度零級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)雙曲線方程可以寫成：Vmax[S]

＝——————（4.2）

Km＋[S]該方程稱為Michaelis-Menten方程（米氏方程），其中Km值稱之米氏常數(shù)，Vmax是酶被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度。米氏常數(shù)Km是酶促反應(yīng)速度為最大酶促反應(yīng)速度值一半時(shí)的底物濃度。這可通過(guò)用[S]取代米氏方程（4.2）中的Km證明，通過(guò)計(jì)算可得＝Vmax/2。酶（E）催化底物（S）在酶活性部位裂隙中先形成一個(gè)酶-底物復(fù)合物（ES），底物與酶短暫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)產(chǎn)物（P）的雙分子反應(yīng)起始時(shí)的反應(yīng)可以寫作（把酶看作一個(gè)反應(yīng)分子）：

k1

kcatE＋S→ES→E＋P（4.1）

k－1方程中的速度常數(shù)k1為S和E的結(jié)合常數(shù)，k－1是ES的解離常數(shù)。kcat為第二步反應(yīng)的速度常數(shù)，也稱為催化常數(shù)（或轉(zhuǎn)換數(shù)）。由ES轉(zhuǎn)換為游離的酶和產(chǎn)物的反應(yīng)是用單箭頭表示的。這是因?yàn)樵趧傞_始的時(shí)候，生成的產(chǎn)物非常少，所以可逆反應(yīng)（ES→E＋S）可以忽略。

4.6.1米氏方程的推導(dǎo)假定存在一個(gè)時(shí)間周期，在此期間S結(jié)合E的速度與ES解離的速度相同。此時(shí)[ES]是個(gè)恒定值，因?yàn)镋S解離為E＋S或E＋P的速度等于由E＋S形成ES的速度。由E＋S形成ES的速度取決于游離酶的濃度，即等于[E]total－[ES]?？蓪懗桑海ǎ?＋cat）[ES]＝1（[E]total－[ES]）[S]（4.4）整理方程，將速度常數(shù)集中在一邊，并定義為米氏常數(shù)Km。（－1＋cat）（[E]total－[ES]）[S]——————＝Km＝————————（4.5）

1[ES]從方程（4.5）：Km[ES]＝（[E]total－[ES]）[S][ES]（Km＋[S]）＝[E]total[S][E]total[S][ES]＝————（4.6）Km＋[S]由于酶促反應(yīng)速度取決于ES轉(zhuǎn)換為E＋P的速度。＝cat[ES]（4.7）

將方程（4.6）代入（4.7），

cat[E]total[S]＝——————（4.8）Km＋[S]因?yàn)閏at[E]total＝Vmax，代入方程（4.8），就得到了米氏方程。Vmax[S]＝——————（4.9）Km＋[S]（－1＋cat）——————＝Km

1如果cat比1或－1小得多，cat可以忽略，Km就變成了－1/1

，這是ES解離為E＋S的平衡常數(shù)。同樣Michaelis和Menten假定ES與E＋S處于快速的平衡中，Km就是ES的解離常數(shù)。因此Km是E對(duì)S的親和力的量度。如果Km的值越小，表明E與S結(jié)合的越緊密。如果一個(gè)酶可作用幾個(gè)底物，例如己糖激酶對(duì)葡萄糖的Km值為1.5×10－4；對(duì)果糖的Km值為1.5×10－3，顯然酶對(duì)葡萄糖的親和性更高，葡萄糖就稱之為己糖激酶的天然底物。4.7.1競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與游離的酶結(jié)合

4.7可逆抑制劑通過(guò)非共價(jià)鍵與酶結(jié)合在反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中，Vmax減?。?/Vmax增大），Km減小（即1/Km的絕對(duì)值增大）。4.7.3非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與ES和E都結(jié)合非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物結(jié)合部位不同，所以他既可與E結(jié)合，也可與ES結(jié)合，生成的EI和ESI都是失活形式的復(fù)合物。在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中，Km不變，Vmax變小。4.7.4可逆的酶抑制劑常用于酶學(xué)研究和臨床

臨床上通過(guò)改變酶活性可以提供非常有效的治療手段。在癌癥和微生物或病毒感染中，藥物治療的目的是在不傷害宿主細(xì)胞的條件下防止受侵害細(xì)胞或病毒的繁殖。例如通過(guò)抑制病毒DNA合成所需要的酶就可使病毒感染減輕。核苷3ˊ-疊氮-2ˊ,3ˊ-脫氧胸腺嘧啶（AZT,）是第一個(gè)用于治療獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）的藥物，它通過(guò)代謝可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的AZT5ˊ-三磷酸，該三磷酸化合物抑制催化由病毒RNA模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。

氨甲蝶呤和三甲氧芐二氨嘧啶都是二氫葉酸還原酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，該酶是胸腺嘧啶單磷酸（TMP）合成所必需的酶。氨甲蝶呤可以抑制脊椎動(dòng)物二氫葉酸還原酶和被用于選擇性殺傷快速分裂的細(xì)胞，是最成功的癌癥化療制劑之一。三甲氧芐二氨嘧啶是原核生物二氫葉酸還原酶的一個(gè)有潛力的選擇性抑制劑，但對(duì)人的還原酶的抑制很弱，所以常被用于某些細(xì)菌感染和瘧疾的治療。另外，磺胺藥是以對(duì)氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需要的葉酸中對(duì)氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以磺胺藥與葉酸競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺胺藥是細(xì)菌二氫葉酸合成酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以基本上不受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸?；前匪幹械闹饕煞秩~酸4.8不可逆抑制劑共價(jià)修飾酶

不可逆抑制抑制劑與酶分子形成一個(gè)穩(wěn)定的共價(jià)鍵。有機(jī)磷化合物、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物、氰化物等都是酶的不可逆抑制劑。有機(jī)磷化合物可以使以可反應(yīng)的絲氨酸為活性部位殘基的水解酶失活。神經(jīng)毒氣二異丙基氟磷酸（DFP）是有機(jī)磷化合物中的一員。DFP與酶活性部位的絲氨酸殘基反應(yīng)生成二異丙基磷酰絲氨酸。神經(jīng)毒氣對(duì)神經(jīng)極端有毒，生物學(xué)上的作用抑制乙酰膽堿酯酶，使乙酰膽堿不能分解為乙酸和膽堿，乙酰膽堿的堆積引起一系列神經(jīng)中毒癥狀，所以也稱為神經(jīng)毒劑。

二異丙基氟磷酸（DFP）與酶活性部位的絲氨酸殘基反應(yīng)生成二異丙基磷酰絲氨酸。兩者之間形成的是共價(jià)健。低濃度的吡啶醛肟甲碘化物（PAM）可以作為解毒藥取代磷酸和重新激活取代的酶。因?yàn)閹д姾傻募谆拎せ鶊F(tuán)可以與乙酰膽堿酯酶的陰離子部位結(jié)合，取代靠近有機(jī)酯的磷原子的親核氧，使酶恢復(fù)活性。4.9酶促反應(yīng)的速度受pH的影響

反應(yīng)的起始速度對(duì)pH作圖，大多數(shù)情況下可得到一個(gè)鐘形曲線，例如葡萄糖-6-磷酸酶。有的酶溫度曲線不是鐘形，例如胃蛋白酶是個(gè)偏向酸性區(qū)的半鐘形曲線。從曲線可以看出，在某一pH下，反應(yīng)速度可達(dá)到最大，這一pH稱為酶的最適pH。葡萄糖-6-磷酸酶胃蛋白酶鐘形曲線半鐘形曲線

絲氨酸蛋白酶家族活性部位中都含有絲氨酸殘基，包括凝血因子和胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶等消化酶。細(xì)胞合成的是蛋白酶的非活性前體－酶原，必須經(jīng)過(guò)共價(jià)修飾才能具有活性。腸胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶原和羧肽酶原在合適的生理?xiàng)l件下，于細(xì)胞外通過(guò)有選擇地水解一個(gè)或幾個(gè)肽鍵后被激活。

4.10絲氨酸蛋白酶可以說(shuō)明酶活性的許多特征4.10.1胰凝乳蛋白酶原是胰凝乳蛋白酶的非活性前體胰凝乳蛋白酶原的激活首先是在胰蛋白酶的催化下，Arg-15和Ile-16之間的肽鍵被切斷，生成一個(gè)具有很高活性的，但相當(dāng)不穩(wěn)定的稱為-胰凝乳蛋白酶。

-胰凝乳蛋白酶的氨基酸殘基第13和14、146和147以及148和149之間的肽鍵易于被活性的胰凝乳蛋白酶切割，稱為自動(dòng)激活作用，切下了Ser-14－Arg-15和Thr-147－Asn-148兩個(gè)二肽，最后生成了最穩(wěn)定形式的酶，即-胰凝乳蛋白酶，或簡(jiǎn)稱為胰凝乳蛋白酶。胰凝乳蛋白酶是含有241個(gè)氨基酸殘基的由3條鏈組成的蛋白酶。胰凝乳蛋白酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)是通過(guò)連接殘基1和122、42和58、136和201、168和182以及191和220的5個(gè)二硫鍵穩(wěn)定的。胰凝乳蛋白酶原的激活過(guò)程胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶4.10.2凝血涉及酶原激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)凝血涉及十多種蛋白，其中某些蛋白質(zhì)是以非活性的絲氨酸蛋白酶原形式在血液中循環(huán)。當(dāng)血管損傷時(shí)，凝血酶原通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的方式被快速地激活。每一個(gè)絲氨酸蛋白酶對(duì)它的底物都具有很高的特異性，催化一個(gè)或幾個(gè)肽鍵的水解。酶原的依次激活最終導(dǎo)致凝血酶的生成，凝血酶催化可溶性的循環(huán)中的血纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為不溶的血纖維。凝血蛋白數(shù)字的大小大致表示出發(fā)現(xiàn)的先后次序，腳標(biāo)a特指有活性的因子。凝血酶和因子VIIa、IXa、Xa、XIa和XIIa是與其它絲氨酸蛋白酶，例如胰蛋白酶同源的絲氨酸蛋白酶。凝血酶原和因子VII、XI和X都含有鈣結(jié)合部位，Ca2+是將這些凝血因子定位于血小板膜表面所必需的。組織因子和因子Va以及VIIIa是促進(jìn)特殊蛋白酶活性的非酶輔助因子蛋白質(zhì)。血友病是一種遺傳病，常見的血友病A是缺少因子VIII的血液遺傳病，而不常見的血友病B是由于缺少因子XI造成的。編碼這兩種因子的基因都位于X染色體上，所以血友病是與X染色體相關(guān)的疾病?；加醒巡的病人現(xiàn)在可以通過(guò)注射因子VIII治療，因子VIII是通過(guò)編碼該蛋白的基因的克隆和表達(dá)制備的。內(nèi)在途徑外在途徑血管損傷組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白4.10.3X-射線晶體圖分析揭示了絲氨酸蛋白酶底物結(jié)合特異性

胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶結(jié)構(gòu)上的微小差別反映出它們底物的特異性。胰蛋白酶與胰凝乳蛋白酶之間結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個(gè)不帶電荷的氨基酸殘基（圖a），而胰蛋白酶是一個(gè)帶電荷的天冬氨酸殘基（圖b），這個(gè)帶負(fù)電荷的殘基是造成胰蛋白酶底物特異性的原因，在ES復(fù)合物中，它與底物的帶正電荷的Arg和Lys殘基的側(cè)鏈形成離子對(duì)。彈性蛋白酶在三級(jí)結(jié)構(gòu)上類似于胰凝乳蛋白酶，但彈性蛋白酶的結(jié)合口袋要淺得多。胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶結(jié)合部位的入口處有兩個(gè)甘氨酸殘基，而在彈性蛋白酶的入口處是比甘氨酸大得多的纈氨酸和蘇氨酸殘基（圖c）。胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個(gè)不帶電荷的氨基酸殘基底物“口袋”中有一個(gè)帶電荷的天冬氨酸殘基酶結(jié)合底物的口袋中含有纈氨酸和蘇氨酸殘基，限制大的底物進(jìn)入4.11調(diào)節(jié)酶一般都是寡聚體上面是一個(gè)多酶催化途徑，總的結(jié)果是由A生成P。終產(chǎn)物是調(diào)節(jié)酶E1的一個(gè)別構(gòu)抑制劑，E1催化第一個(gè)關(guān)鍵的反應(yīng)。這種類型的調(diào)節(jié)稱為反饋抑制。一個(gè)調(diào)節(jié)酶有一個(gè)位于它的催化中心以外的第二個(gè)配體結(jié)合部位，這個(gè)部位稱為調(diào)節(jié)部位。酶構(gòu)象的變化是與一個(gè)別構(gòu)激活劑或抑制劑和酶的調(diào)節(jié)部位的結(jié)合有關(guān)，這種構(gòu)象的變化傳遞給酶的活性部位，活性部位形狀的變化改變了酶的活性。調(diào)節(jié)酶的一些共同特征：1、調(diào)節(jié)酶的活性對(duì)代謝的抑制劑和激活劑是很敏感的。調(diào)節(jié)化合物是結(jié)合在與催化部位不同的另一個(gè)部位。這樣的調(diào)節(jié)劑稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)劑。2、典型的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑非共價(jià)地結(jié)合在它們調(diào)節(jié)的酶上。許多調(diào)節(jié)劑改變了酶對(duì)底物的Km值，而有些調(diào)節(jié)劑是改變Vmax。3、一個(gè)調(diào)節(jié)酶在體外可以部分變性引起調(diào)節(jié)特性的全部或部分喪失，但酶的催化化學(xué)并未喪失，這一過(guò)程稱為脫敏作用，進(jìn)一步證明了催化和調(diào)節(jié)事件發(fā)生在酶的不同部位。4、一個(gè)調(diào)節(jié)酶通常至少有一個(gè)底物，反應(yīng)速度對(duì)該底物濃度的曲線是S型的，而不是雙曲線型的。5、絕大多數(shù)調(diào)節(jié)酶都具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)酶中的每一條多肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。具有相同亞基的調(diào)節(jié)酶的每一條多肽鏈上既含有催化部位，又含有調(diào)節(jié)部位，所以這樣的寡聚體是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)稱的復(fù)合體，通常是二聚體或四聚體。6、別構(gòu)酶因?yàn)榫哂袇f(xié)同效應(yīng)，所以不符合米氏方程。

加入激活劑可以使S型曲線向雙曲線漂移，可以明顯地降低Km值，并提高酶的活性。如果加入抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降低。4.11.1有兩種模型可以描述別構(gòu)調(diào)節(jié)作用

說(shuō)明配體與寡聚蛋白結(jié)合協(xié)同性的齊變和序變兩個(gè)模型已經(jīng)獲得了人們的普遍認(rèn)可。齊變模型也稱為對(duì)稱驅(qū)動(dòng)模型或KNF模型。序變模型也稱為MWC模型或配體誘導(dǎo)模型。齊變模型可用來(lái)解釋相同配體（例如底物）的協(xié)同結(jié)合。該模型假設(shè)每個(gè)亞基對(duì)每個(gè)配體只有一個(gè)結(jié)合部位，每個(gè)亞基的構(gòu)象受到其它亞基的限制，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)改變構(gòu)象時(shí)，它仍維持它的分子對(duì)稱性（圖a）。因此存在著兩種構(gòu)象的平衡，一種是對(duì)底物具有高親和性的R構(gòu)象，另一種是低親和性的T構(gòu)象。序變模型是近年來(lái)更為普遍運(yùn)用的模型。其主要是依據(jù)這樣一種設(shè)想，即一個(gè)配體可以誘導(dǎo)它要結(jié)合的亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。這個(gè)亞基-配體復(fù)合體又能夠改變相鄰亞基的構(gòu)象。這一模型特別強(qiáng)調(diào)對(duì)于配體只有一種形狀是親和力最高的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個(gè)寡聚分子中允許存在著高親和力和低親和力的亞基（圖b）。序變模型齊變模型4.11.2天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶是第一個(gè)分析得比較透徹的別構(gòu)酶在E.coli中ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一個(gè)關(guān)鍵的反應(yīng)是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一個(gè)最有效的抑制劑是代謝途徑的終產(chǎn)物胞嘧啶三磷酸（CTP），他們還發(fā)現(xiàn)ATP是酶的激活劑。ATP是嘌呤核苷酸合成途徑的終產(chǎn)物。ATP對(duì)ATCase的激活作用可能是增強(qiáng)嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的兩種類型的核苷酸的供應(yīng)達(dá)到平衡。CTP和ATP都影響底物天冬氨酸的結(jié)合。ATCase催化反應(yīng)中，速度對(duì)天冬氨酸濃度作圖得到的是S型曲線。CTP使酶對(duì)天冬氨酸的Km值明顯增大，但并沒有改變Vmax，所以CTP是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來(lái)的S曲線更為明顯，表明天冬氨酸結(jié)合ATCase的過(guò)程中具有更大的協(xié)同性。ATP的存在使得S型曲線向雙曲線漂移，降低了底物對(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。4.11.3某些調(diào)節(jié)酶受磷酸化作用調(diào)控對(duì)于某些酶可以通過(guò)共價(jià)修飾來(lái)調(diào)控，磷酸化作用是最常見的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)類型。最常見的共價(jià)修飾是酶的一個(gè)特定的絲氨酸殘基的磷酸化。一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大約1/3的蛋白質(zhì)都可能含有共價(jià)結(jié)合的磷酸。蛋白激酶催化ATP末端的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到酶的特定的絲氨酸殘基上。酶的磷酸絲氨酸經(jīng)蛋白磷酸化酶水解釋放出磷酸基團(tuán)后，又還原為脫磷酸的狀態(tài)。催化途徑中的酶通常是受磷酸化作用激活，通過(guò)脫磷酸化作用而失活，合成代謝途徑中的大多數(shù)酶經(jīng)磷酸化作用失活，脫磷酸化作用使其恢復(fù)活性。丙酮酸脫氫酶催化葡萄糖降解中的一步關(guān)鍵反應(yīng)，丙酮酸脫羧生成乙酰輔酶A和二氧化碳。這個(gè)反應(yīng)將酵解途徑與檸檬酸循環(huán)聯(lián)系起來(lái)。丙酮酸脫氫酶的磷酸化使脫氫酶失活。磷酸化的丙酮酸脫氫酶可以通過(guò)酶中磷酸絲氨酸殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受Ca2+激活。無(wú)活性

有活性磷酸化

脫磷酸4.12某些酶具有組織或器官特異性催化同一反應(yīng)的來(lái)自同一個(gè)生物的不同蛋白質(zhì)稱為同功酶。同功酶具有不同的Km和Vmax值，可以通過(guò)電泳區(qū)分開。多亞基的同功酶中，亞基在結(jié)構(gòu)上的類似使得它們可以組裝成一個(gè)雜化的寡聚體。例如乳酸脫氫酶（LDH）是一個(gè)四聚體，從某些組織可分離到5種LDH。這些同功酶是由兩種類型的亞基組裝成的，一種是在心肌中占優(yōu)勢(shì)H型亞基，另一種是在骨骼肌中占優(yōu)勢(shì)的M型亞基，5種同功酶都是由這兩種亞基按不同比例組裝成的四聚體，即H4（心肌中）、H3M、H2M2、HM3和M4（骨骼肌中），它們都催化丙酮酸還原成乳酸或其逆反應(yīng)。各組織器官中LDH同工酶的分布及含量不同，各有其特定的分布酶譜。同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重要的意義。例如肌肉中富含LDH5，它對(duì)丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異性。在臨床上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷疾病。

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，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA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的反應(yīng)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。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)定是酶純化的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶的純度越高。3.酶也和其他催化劑一樣，可以通過(guò)降低反應(yīng)的活化能來(lái)提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)快速達(dá)到平衡點(diǎn)，但酶不能改變平衡點(diǎn)。

4.酶活性部位是一個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)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，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。5.酶催化的兩個(gè)主要模式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。6.酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合