生物化学(合工大)第三章 酶.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,酶,第一节 酶通论,第二节 酶促反应动力学,第三节 酶的作用机制,第四节 酶的活性调节,第一节 酶通论,一、酶的研究历史,1857,巴斯德提出酒精发酵是,酵母细胞活动的结果,。,1,分子,Glc2,分子乙醇,+2,分子,CO2,从,Glc,开始，经过,12,种酶催化，,12,步反应，生成乙醇。,1897Buchner,兄弟证明发酵与细胞的活动无关，,不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵,。,1913Michaelis,和,Menten,提出,米氏学说,酶促动力学原理。,1926Sumner,首次从刀豆中提出脲酶结晶，并,证明具有蛋白质性质,。,1930,年,Northrop,等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶，并进一步证明了,酶是蛋白质,。,J.B.Sumner,J.H.Northrop,1969,化学合成核糖核酸酶。,1967-1970,从,E.coli,中发现第,I,、第,II,类限制性,核酸内切酶。,20,世纪,80,年代发现,某些,RNA,有催化活性，,还有,一些抗体也有催化活性，,甚至,有些,DNA,也有催化活性，,使酶是蛋白质的传统概念受到很大冲击。,某些,RNA,有催化活性,（,ribozyme,，核酶）,1982,年美国,T.,Cech,等人发现四膜虫的,rRNA前体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发现,RNA,有催化活性。,Thomas,Cech,University of Colorado at Boulder,USA,1983,年美国,S.Altman,等研究,RNaseP,（,由,20%,蛋白质和,80%,的,RNA,组成），发现,RNaseP,中的,RNA,可催化,E.coli,tRNA,的前体加工。,Sidney Altman,Yale University New,Haven,CT,USA,Cech,和,Altman,各自独立地发现了,RNA,的催化活性，并命名这一类酶为,ribozyme,（,核酶）,，,2,人共同获,1989年诺贝尔化学奖。,1,Cell,vol,31,147,157,，,1982,年。,2,Sci,.Amer.,Vol,255,64,75,，,1986,。,抗体酶（,abzyme,）,抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。,抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区,（即肽链的,N,端）是识别抗原的活性区域，这部分区,域被赋予了酶的属性。,1986,年美国,Schultz,和,Lerner,两个实验室同时在,Science,上发表论文，报道他们成功地运用单克隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（,catalytic antibody,）。,有些,DNA,也有催化活性,（脱氧核酶，,Deoxyribozyme,）,1995,年,Cuenoud,等发现有些,DNA,分子亦具有催化活性。,酶及生物催化剂概念的发展,克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶,生物催化剂,（,Biocatalyst,）,蛋白质类：,Enzyme,(,天然酶、生物工程酶,),核酸类：,Ribozyme,;,Deoxyribozyme,模拟生物催化剂,二、酶的概念,酶,是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊,蛋白质或核酸,。简单说，酶是一类由活性细胞产生的,生物催化剂,。,三、酶作为生物催化剂的特点,1,高效性,2,专一性,3,反应条件温和,4.,酶的催化活性可调节控制,酶的催化效率比化学催化剂高,10,7-,10,13,倍，比非催化反应高,10,8-,10,20,倍。,例如：过氧化氢分解,2,H,2,O,2,2H,2,O +O,2,用,Fe+,催化，效率为6,10,-4,mol/mol,S，,而用过氧化氢酶催化，效率为6,10,6,mol/mol,S。,用,-,淀粉酶催化淀粉水解，,1,克结晶酶,在,65,C,条件下可催化2吨淀粉水解。,1,高效性,E+S,P+E,ES,能量水平,反应过程,G,E,1,E,2,转换数,（,turnover number,TN,or,k,cat,）,:,每秒钟或每分钟，每个酶分子转换底物的分子数，或每秒钟或每分钟每摩尔酶转换底物的摩尔数。,即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种,专一性是由酶蛋白的立体结构所决定的。可分为：,绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个,反应，而不作用于任何其它物质。,相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作,用。包括,键专一性和基团专一性,。,立体异构专一性：这类酶不能辨别底物不同的立体异构,体，只对其中的某一种构型起作用，而,不催化其他异构体。包括,光学专一性,和几何异构专一性,。,2,专一性,基团,(,group),专一性。,如,-,葡萄糖苷酶，催化由,-,葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严格要求。,键,(,Bond),专一性。如酯酶催化酯的水解，对于酯两端的基团没有严格的要求。,相对专一性,酶促反应一般在常温、常压、中性,pH,条件下进行。,高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。,3,反应条件温和,4.,酶的催化活性可调节控制,如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。,某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关,。,（一）根据酶的化学组成分类：,1,单纯酶：,只含有蛋白质成分，如：,脲酶、溶菌,酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等。,2,结合酶,：含有蛋白成分（酶蛋白）,决定酶的专一性,和非蛋白成分（辅助因子）,传递电子、原子或某,些化学基团（决定反应类型）。,四、酶的分类,全酶,=,酶蛋白,+,辅助因子,辅助因子,与酶蛋白结合比较疏松的小分子有机物。与酶蛋白结合紧密的小分子有机物。,金属离子作为辅助因子。,金属离子,辅酶,辅基,酶蛋白和辅助因子单独存在均无催化活性，只有二者结合为全酶才有催化活性。,参与的酶促反应主要为氧化,-,还原反应或基团转移反应。,大多数辅酶的前体主要是水溶性,B,族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。,辅酶在酶促反应中的作用特点,辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。,每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催某一类型的反应。,同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。,一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。,（二）根据酶蛋白结构特点分类,单体酶：,由一条或多条共价相连的肽链组成的酶分子。,一般为水解酶。,寡聚酶,：,由两条或多条肽链组成的酶分子。,为大多数酶。,多酶复合体：,由多种酶彼此镶嵌成的复合体,它们相互配合依次进行,，催化,连续的 一系列,相关,反应。,丙酮酸脱氢酶复合体。,多功能酶：,一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，往往是基因融合的产物。,脂肪酸合成酶。,五、酶的命名,（,1,）习惯命名方法,1.,根据作用,底物,来命名，如,淀粉酶,、,蛋白酶,等。,2.,根据所催化的,反应的类型,命名，如,脱氢酶,、,转移酶,等。,3.,两个原则结合起来命名，如,丙酮酸脱羧酶,等。,4.,根据酶的,来源或其它特点,来命名，如,胃蛋白酶、胰蛋白酶,等。,(2),国际系统命名法,系统名称包括底物名称、构型、反应性质。,例如：,酶催化的反应,:,谷氨酸,+,丙酮酸,-,酮戊二酸,+,丙氨酸,习惯名称,:,谷丙转氨酶,系统名称,:,丙氨酸：,-,酮戊二酸氨基转移酶,(3),酶的国际分类法及编号,国际,酶学委员会根据酶催化的反应类型，将酶分为六大类，分别用,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,的编号来表示。,氧化,-,还原酶催化氧化,-,还原反应。,主要包括脱氢酶,(,dehydrogenase,),和氧化酶,(,Oxidase,),。,如,:,乳酸,(Lactate),脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。,1,氧化,-,还原酶,Oxidoreductase,A,H,2,+,B,（O,2,）,+BH,2,（H,2,O,2,，H,2,O）,A,转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。,2,转移酶,Transferase,A,X,+B,A+B,X,水解酶催化底物的加水分解反应。,主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。,例如，脂肪酶,(Lipase),催化的脂的水解反应：,3,水解酶,hydrolase,A,O,H,+B,H,AB+,H,2,O,裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。,主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。,例如，延胡索酸水合酶催化的反应。,4,裂合酶,Lyase,AB,A+B,异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。例如,，,6-,磷酸葡萄糖异构酶催化的反应,。,5,异构酶,Isomerase,A,B,常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类,。,合成酶，又称为连接酶，能够催化,C-C,、,C-O,、,C-N,以及,C-S,键的形成反应。,这类反应必须,与,ATP,分解反应相互偶联,。,A+B+ATP+H2O=AB+ADP+Pi,例如，丙酮酸羧化酶催化的反应,:,丙酮酸,+,CO2,+ATP+H2O,草酰乙酸,+ADP+Pi,6,合成酶,Ligase,or,Synthetase,核酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的,RNA,，,能够催化,RNA,分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。,7,核酶（催化核酸）,ribozyme,乳酸脱氢酶,EC 1.1.1.27,第,1,大类，氧化还原酶,第,1,亚类，氧化基团,CHOH,第,1,亚亚类，,H,受体为,NAD,+,该酶在亚亚类中的顺序编号,每个酶都有一个有四个数字组成的编号,六、,酶活力,的测定,1.,酶活力,:,又称为酶活性，指,酶催化一定化学反应的能力,。通常,以在一定条件下酶所催化的化学反应,(,初,),速度来表示,。,因此酶活力可用,单位时间内底物的减少量或,产物的增加量表示,，单位为浓度,/,单位时间。,研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准（底物消耗低于,5%,）。,酶促反应的速度曲线,2.,酶活力测定的基本原理,一般对酶的测定不是直接测定其酶蛋白浓度,而是测定其催化化学反应的能力。这是基于,在最优化条件下,(,最适温度、最适,pH,、最适缓冲液等,),，,当底物足够（过量，,SE,）,，,在酶促反应的初始阶段，,酶促反应的速度（初速度）与酶的浓度成正比,（即,V=K,E,）。故酶活力测定的是化学反应速度，,一定条件下可代表酶活性分子浓度。,3.,酶活力的表示方法,(1),酶活力单位,U,（,Unit,）,：,是衡量酶活力大小的计量单位,又称,酶单位，规定条件（最适条件）下一定时间内催化完成一定化学反应量所需的酶量。,根据不同情况有几种酶活力单位：,国际单位,IU,：,1961,年，,在,最适条件,下每分钟,转化,1,mol,底物,所需要的酶量为一个酶活力单位。,即,1IU=,1,mol/min,国际单位,Kat,：,1972,年，指在最适条件下,1,秒钟内转化,1mol,底物所需的酶量。,即,1 Kat=1mol/s,Kat,和,IU,的换算关系,：,1 Kat=6,10,7,IU,，,1,IU,=16.67,n,Kat,习惯单位,:,在实际使用中,不同酶有各自的规定,如,:,糖化酶活力单位,:,在规定条件下,每小时转化可溶性淀粉,产生1mg,还原糖,(,以葡萄糖计,),所需的酶量为,1,个酶单位。,蛋白酶活力单位：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白,产生,1,g,酪氨酸所需的酶量。,(2),比活力（,specific activity,）,酶的比活力（比活性）：每单位（一般是,mg,）蛋白质中,的酶活力单位数（酶单位,/mg,蛋白）。,实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶,单位,/,mL,（液体制剂），酶单位,/g,（固体制剂），,对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高,（含杂质,越少），所以,比活力是评价酶纯度高低的一个指标,。,在评价纯化酶的操作方法是优劣时，要同时考虑两个概念：,纯化倍数与回收率纯化倍数,=,某纯化操作后的比活力,/,第一步操作后的比活力,回收率,=,某纯化操作后的总活力,/,第一步操作后的总活力,总活力单位体积的酶活力,(U/ml),分离溶液总体积,(ml),第二节 酶促反应动力学,酶促反应动力学是研究,酶促反应的速度,以及,影响酶反应速度的各种因素,的科学。,影响酶反应速度的因素有：,底物浓度、酶浓度、温度、,pH,值、激活剂、抑制剂等。,在低底物浓度,时,反应速度与底物浓度成正比，为一级反应。,底物浓度增大与速度的增加不成正比,为混合级反应,.,当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（,V,max,），,此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。,一、底物浓度对酶促反应速度的影响,(,一,)V-S,曲线,底物浓度对酶促反应初速度的影响,V,初,V,max,1913,年，德国化学家,Michaelis,和,Menten,根据,中间产物学说,对酶促反应的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为,米氏方程,。,（二）米氏方程,根据中间产物学说，酶促反应分两步进行,:,米氏方程的推导：,米氏方程,当反应速度等于最大速度一半时,即,V,=1/2,V,max,K,m=S,上式表示,米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。,因此,米氏常数的单位为,mol/L,。,（三）米氏常数的意义及测定,K,m,米氏常数,V,max,最大反应速度,米氏常数,Km,的意义,不同的酶具有不同,K,m,值，它是酶的一个重要的特征物理常数。,Km,值只是在固定的底物，一定的温度和,pH,条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的,Km,值。,K,m,值表示酶与底物之间的亲和程度,：,K,m,值大表示亲和程度小，酶的催化活性,低,;,K,m,值小表示亲和程度,大,酶的催化活性高,。,米氏常数的测定,基本原则,：,将米氏方程变化成相当于,y=ax+b,的直线方程，再用作图法求出,Km,。,例：,双倒数作图法,（,Lineweaver,-Burk,法）,米氏方程的双倒数形式：,1,K,m 1 1,=,+,V,V,max,S,V,max,取米氏方程式的倒数形式,：,1/,Vmax,斜率,=,Km/,Vmax,-1/,Km,米氏常数,Km,的,测定：,酶的,Km,在实际应用中的意义,鉴定酶：通过测定,Km,，,可鉴别不同来源或相同来源但在不同发育阶段，不同生理状态下催化相同反应的酶是否是属于同一种酶。,判断酶的最适底物（天然底物）。,计算一定速度下底物浓度。,了解酶的底物在体内具有的浓度水平。,判断反应方向或趋势。,判断抑制类型。,二、酶浓度对酶反应速度的影响,在有足够底物和其他条件不变的情况下，反应速度与酶浓度成正比。,当,SE,时，,V=K,3,E,三、温度对酶反应速度的影响,一方面是温度升高,酶促反应速度加快。,另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。,因此大多数酶都有一个最适温度。在最适温度条件下,反应速度最大,。,最适温度不是一个固定的常数,，它随底物的种类、浓度,溶液的离子强度,pH,反应时间等的影响。,例,:,反应时间短，最适温度高。,反应时间长，最适温度低。,四、,pH,对酶反应速度的影响,1,酶反应的最适,pH,（,optimum pH,）,酶的最适,pH,也不是一个固定的常数,，它受到底物的种类、浓度,;,缓冲液的种类、浓度,;,酶的纯度,;,反应的温度、时间等的影响。,例,:,碱性磷酸酶催化磷酸苯酯水解时,s,为,2.5x10,-5,M,，,最适,pH,为,8.3,s,为,2.5x10,-2,M,，,最适,pH,为,10.0,2,pH,影响反应速度的原因,(1)pH,影响了酶分子、底物分子和,ES,复合物的,解离状态。,(2),过高、过低的,pH,导致酶蛋白变性。,五、激活剂对酶反应速度的影响,酶的激活剂,1.,无机离子,（,1,）一些金属离子，如,Na,+,、,K,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Cu,2+,、,Zn,2+,、,Fe,2+,等。,（,2,）阴离子：如,Cl,-,、,Br,-,、,I,-,、,CN,-,等,（,3,）氢离子,凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如：,Cl,-,是唾液淀粉酶的激活剂。,2.,有机分子,还原剂：抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽,金属螯合剂：,EDTA,激活酶原的酶,六、抑制剂对酶活性的影响,使酶的活性降低或丧失的现象，称为酶的抑制作用。能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。抑制剂并非变性剂，抑制剂具有不同程度的选择性。,酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：,a.,在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过,渡状态相似。,b.,能够与酶以非共价或共价的方式形成比较稳定,的复合体或结合物。,抑制剂类型和特点,竞争性抑制剂,可逆,抑制剂,非竞争性抑制剂,反竞争性抑制剂,非专一性不可逆抑制剂,不可逆抑制剂,专一性不可逆抑制剂,抑制作用的类型：,(,一,),不可逆抑制作用,：,抑制剂与酶反应中心的,活性基团以,共价,形式,结,合,，引起,酶的永久性失,活,。如有机磷毒剂二异,丙基氟磷酸酯。,（二）可逆抑制作用,(reversible inhibition),及其动力学,E+I EI,抑制剂与酶蛋白以,非共价方式结合,，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂,可以通过透析等方法被除去,，并且能部分或全部恢复酶的活性。根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类。,1.,竟争性抑制,某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。,+,I,E,I,ES,P+E,E+S,竞争性抑制作用,实例：磺胺药物的药用机理,H,2,N-SO,2,NH,2,对氨基苯磺酰胺,H,2,N-COOH,对氨基苯甲酸,对氨基苯甲酸,谷氨酸,蝶呤,叶酸,例,:,丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用,此酶的竞争性抑制剂还有：,竞争性抑制作用,特点,：,1,）竞争性抑制剂的结构与底物结构十分相似，二者竞争酶的结合部位。,4,）,Vmax,不变，,Km,增大,2,）,抑制程度取决于,I,和,S,的浓度以及与酶结合的亲和力大小。,S,v,V,/2,k,m,k,m,无,I,有,I,3,）,可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。,2.,非竟争性抑制,酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导致酶活性下降,。,抑制剂与活性中心以外的基团结合，不与底物竞争酶的活性中心，所以称为非竞争性抑制剂。,如某些金属离子（,Cu,2+,、,Ag,+,、,Hg,2+,）,以及,EDTA,等，通常能与酶分子的调控部位中的,-SH,基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制,。,非竞争性抑制作用,+,I,E,I,+S,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,实例：重金属离子（,Cu,2+,、,Hg,2+,、,Ag,+,、,Pb,2+,）,金属络合剂（,EDTA,、,F,-,、,CN,-,、,N,3,-,）,非竞争性抑制特点,：,1,）抑制剂与底物结构不相似，抑制剂与酶活性,中心以外的基团结合。,2,）,Vm,下降，,Km,不变,3,）非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法,来消除,。,S,v,无,I,V,/2,k,m,有,I,(,),3,、反竞争性抑制作用,ES,I,ES,P+E,E+S,+,I,酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。,反竞争性抑制特点：,1,）抑制剂与酶和底物的复合物结合。,2,）,Km,和,Vm,下降,3,）底物浓度增加，抑制作用加强。,有无抑制剂存在时酶促反应的动力学方程,表观,第三节 酶的作用机制,酶活性中心,结合,部位,：,与,底物结合,使底物与酶的一定构象形成复,合物，,决定酶的专一性。,催化,部位,：,影响底物中某些化学键的稳定性，,催,化底物转变成产物的部位,决定酶的催,化效率和催化,反应的性质。,一、酶的活性中心,1.,活性中心,：,酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基酸残基形成的一定空间结构。,包括,底物结合部位,和,催化部位,。,结合部位,(Binding site),：酶分子中与底物结合的部位或区域,。,酶活性中心的特点,酶活性中心的特点,酶的活性中心只有几个氨基酸组成，多为极性氨基酸。,b.,酶的活性中心是一个三维实体结构，活性中心的几个氨基酸,残基在一级结构上可能相距很远，甚至位于不同肽链上，通,过肽链的盘绕折叠而在空间结构上相互靠近，形成一个能与,底物结合并催化底物形成产物的位于酶蛋白分子表面的特化,的空间区域。,c.,酶的活性中心与底物的结合通过次级键。,d.,酶的活性中心具有柔性，可与底物诱导契合发生相互作用。,e.,酶的活性中心位于酶分子表面的”空穴“中，为非极性环境。,2.,必需基团：,在酶分子中有一些,基团对维持,酶,活性中心应有的空间构象及发挥正常的,催化,活性是必需的，若将这些基团改变后会导致酶的催化活性减弱甚至丧失，这些基团称为必需基团。,活性中心内外都可以有必需基团。,酶,必需基团,非必需基团,活性中心,活性中心外基团,结合基团,催化基团,二、酶作用专一性的机制,酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。,1.,锁 钥 学 说,锁钥学说,：,认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。,2.,诱导契合学说,诱导契合学说,该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,.,E+S,P+E,ES,能量水平,反应过程,G,E,1,E,2,酶（,E,）,与底物（,S,）,结合生成不稳定的中间物（,ES,），,再分解成产物（,P,）,并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。,E +S E-S,P +E,（一）,中间产物学说,三、酶作用高效性的机制,（二）影响酶催化效率的有关因素,1.,邻近效应和定向效应,在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，,一方面底物在,酶活性中心的有效浓度大大增加,，有利于提高反应速度；,另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中,参与反应的基团相互接近,，并被严格,定向定位,，使酶促反应具有高效率和专一性特点。,邻 近 定 向 效 应,底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生,“,张力,”甚至“,形变,”,，从而促使酶,底物中间产物进入过渡态。,2.,“,张力,”,与,“,形变,”,酶分子中的广义酸、碱基团通过提供部分质子或接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的作用,。,3.,酸碱催化,His,是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。,4.,共价催化,催化剂通过与底物形成反应活性很高的,共价过渡产物,，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化,。,某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。,5.,金属离子催化作用,金属离子可以和水分子的,OH-,结合，使水显示出更大的亲核催化性能,。,提高水的亲核性能,电荷屏蔽作用,电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。,多种激酶,(,如磷酸转移,酶,),的底物是,Mg2+,ATP,复合物。,电子传递中间体,许多氧化,-,还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子的功能。,6.,酶活性中心的疏水环境效应,第四节 酶的活性调节,酶的活性调节包括两个方面：,调节酶浓度：,酶的诱导与阻遏、酶的选择性降解,调节酶活性：,别构调节、可逆的共价修饰、酶原激,活、同工酶形式的调节。,一、别构调节（,allosteric,regulation,）,1.,别构调节,当酶分子与某些化合物非共价结合后发生构象改变，,从而引起酶活性的变化，这种调节称别构调节。受别构调节的酶称,别构,酶（或变构酶），引起酶的活性受到别构调节的化合物称效应物（或别构剂）。,正,效应物,别构激活,负效应物,别构抑制,具有类似血红蛋白那样的别构效应！,酶的别构（变构）效应示意图,效应物,别构中心,活性中心,（,1,）一般是,寡聚酶,，由多亚基组成。,（,2,）具有活性中心和,别构中心,，它们位于不同的亚基或同,一亚基的不同部位上。,（,3,）多数别构酶不止一个活性中心，,活性中心间有协同效,应,，酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以影响,酶和另一个配体（底物）的结合能力；有的别构酶,不止一个别构中心，可以接受不同化合物的调节。,（,4,）,不遵循米氏方程,，动力学曲线为,S,型（正协同效应）或表,观双曲线（负协同效应）,2.,别构酶的特点,别构酶与非调节酶动力学曲线的比较,别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称,ATCase,ATCase,的结构及其别构作用,无催化活性构象,(T-,型,),C,C,C,C,C,C,R R R R R R,有催化活性构象,(R-,型,),C,C,C,C,C,C,R R R R R R,ATP,（,正效应剂）,CTP,（,负效应剂）,相同（均为底物）：同促效应（,homotropic,effect,）,不同（效应调节物）：异促效应,（,heterotropic,effect,）,根据配体结合,后对后继配体,的影响,根据配体性质,正协同效应,（,positive cooperative effect,）,负协同效应,（,negative cooperative effect,）,3.,别构酶调节酶活性的机理,a.齐变模型,(MWC,模型）,该模型的要点,:,b.,序变模型（,sequential model,，,也称,KNF,模型）,该模型的要点,:,二、共价调节酶（,covalently modulated enzymes,）,常见的是,磷酸化,/,脱磷酸化,，腺苷酰化,/,脱腺苷酰化，乙酰化,/,脱乙酰化，尿苷酰化,/,脱尿苷酰化，甲基化,/,脱甲基化，,S-S/SH,相互转变，共,6,种类型。,共价调节酶：酶分子被其他酶催化进行可逆的共,价修饰，从而引起酶活性的改变。,共价调节酶最典型的例子是动物组织的,糖原磷酸化酶,磷酸化酶磷酸酶,磷酸化酶激酶,磷酸化酶,a,（有活性）,磷酸化酶,b,（无活性）,磷酸化酶,a,和磷酸化酶,b,的转变过程,+,三、,酶原及酶原的激活,1.,酶原（,zymogen,）,：酶无活性的前体。,2.,酶原的激活,：从无活性的酶原转变为有活性,的酶的过程。,4.,酶原激活的,本质,：,酶原的激活实质上是,酶活,性部位形成或暴露的过程,。,3.,激活,剂,：能使无活性的酶原激活的物质。,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,六肽,肠激酶,活性中心,胰蛋白酶原的激活示意图,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,六肽,肠激酶,胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用,胰凝乳蛋白酶原,胰凝乳蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧肽酶原,羧肽酶,5.,酶原存在的意义,消化道内蛋白酶以酶原形式分泌，避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定部位和环境中发挥作用；此外，酶原可视为酶的储存形式，如凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶。,四、同工酶,(,isoenzyme,),同工酶：能,催化相同的化学反应,，但在蛋白质,分,子的结构、理化性质和免疫性能,等方面,都,存在明显差异,的,一组酶,。,同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，在生长发育的不同时期和不同条件下，都有不同的同工酶分布。,来源：由,不同基因或等位基因编码,的不同多肽链所,组成；或由,同一基因转录生成的不同,mRNA,翻,译,的不同多肽链组成；或由相同多肽链的,不同,亚基组合方式,所组成。,活性中心相似或相同：催化同一化学反应。,分子结构不同：理化性质和免疫学性质不同。,乳酸脱氢酶,（,LDH),：,由,H,和,M,两种亚基组成的四,聚体，有五种同工酶。,M,M,M,M,M,M,4,H,M,M,M,M,3,H,M,M,H,H,M,2,H,2,M,H,H,H,MH,3,H,H,H,H,H,4,H,LDH,5,LDH,4,LDH,3,LDH,2,LDH,1,骨肌型,心肌型,在骨骼肌中占优势，富含碱性氨基酸,在心肌中占优势，富含酸性氨基酸,不同组织中,LDH,同工酶的电泳图谱,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),心肌 肾 肝 骨骼肌 血清,-,+,点样槽位置,乳酸脱氢酶同工酶形成示意图,多肽,亚基,mRNA,四聚体,结构基因,a,b,乳酸 丙酮酸,LDH,5,骨骼肌,:,乳酸 丙酮酸,心肌,:,LDH,1,丙酮酸,乳酸,乳酸脱氢酶,同工酶存在的意义,同工酶可能是机体对环境变化或代谢变化的一种调节方式，当一种同工酶受到抑制或破坏时，其他同工酶仍起作用，从而保证代谢的正常进行。,同工酶在各学科中的应用,(1),遗传学和分类学,：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。,(2),发育学,：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情,况，以及个体发育和系统发育的关系。,(3),生物化学和生理学,：根据不同器官组织中同工酶的动力学、,底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，,从而解释它们代谢功能的差别。,（,4,）,医学和临床诊断,：体内同工酶的变化，可看作机体组织损,伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。,本章重点,:,1,.,酶的催化功能与结构的关系,2.,酶促反应动力学,-,米氏方程,3.,酶催化活性的调节方式,4.,酶活力、比活力的测定方法和计算,