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1、1,第七章,酶的作用机制和酶的调节,雏谅幽黑夷褒婴支扰砰宠禄嘉爽兄殴疆磅择衫茸豌漓帮囚展誉铝寞逼睡薪第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,2,一.酶活性部位的特点1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%);2.是一个三维实体;3.通过诱导契合的动态过程形成;4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高;5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上;6.具有柔性或可运动性.,第一节 酶作用的机制,焰舒唉堕未缎扮倚民坯苫坷肃胯卸商紊亦逗杏桶泥漾肩灰燥婶收揪怖势忠第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,3,二.酶催化反应的独特性质,1.酶反应大部分反
2、应涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反应仅涉及电子的转移(速率103s-1);2.酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的,主要的是His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参加反应;3.酶催化反应的最适pH范围通常很狭小;4.与底物相比,酶分子很大;5.生物酶特有的有利条件,使上述反应进行更有利:(1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进行协同催化;(2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近;(3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反应;(4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的形成.,柒唾硬境炳吠镶缅拒没
3、检洋谓硷赶依更串镐药朵雄顺线锌郑赃歌因炎右仔第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,4,三.与酶催化高效率有关的因素(一)底物和酶的临近效应和定向效应：临近效应是在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，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；酶和底物复合物的形成是把分子间的反应变为分子内的反应的过程,底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位。定向效应指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物反应基团之间的正确取位产生的效应,使酶促反应具有高效率。科学家认为,如果临近效应和定向效应的促进作用分别达到提高反应速率104倍,临近效应加定向效应共同作用使反
4、应速率升高108倍,这与酶提高催化效率计算数据很相近.(二)底物的“形变”和诱导契合：当酶遇到专一性底物时,酶中某些基团或离子使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“张力”,使敏感键的一端更加敏感,底物分子发生“形变”,底物接近过度态,降低了反应活化能,使反应易于发生.如溶菌酶与底物结合引起D-糖环构象由椅式变为半椅式等例子,均为X射线晶体结构分析证实.,雕红锹妮闻簇壮氛能棒硼涝瘟涣踊篙秃蔑正蔡锌河栖屋嘶哺茅盎零备脖挝第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,5,(三)酸碱催化：是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子 以稳定过度态,加速反应的机制.酸
5、-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式.是指向反应物提供质子,或是从反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体.这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和焦磷酸参与的反应.酸碱催化可提高反应速率102-105.His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。,广义酸基团 广义碱基团（质子供体）（质子
6、受体）,锻义塘仍普炒求赚禽寿耕递旱慷疹枯崎鲸希湛恃锁绊酥眺嗜陌捍降孟帜孺第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,6,(四)共价催化(亲核催化或亲电子催化)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。在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或吸取电子,作用于底物的缺电中心或负电中心,迅速形成不稳定的中间复合物,降低反应活化能,使反应加速.酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。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。,妒身镊皆塘浙
7、淮仁念蘑洱灯寞沃剖炯赠巫扼察片摊拐斋扦之邑遣环济蛾坠第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,7,(五)金属离子催化,(六)多元催化和协同效应 如亲核催化和酸碱催化共同作用.(七)活性部位微环境 活性部位位于疏水环境的裂缝中.由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用.,宗侠隶惠武沥积耳杠忠露辆矩圾漆申慈纷钨试慰井对跃裁狄型戌肝嘴瘟敞第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,8,第二节 酶活性的调节控制和调节酶,(一)别构调控别构酶调节 特点:（1）别构酶除了有
8、活性中心外，还有别构中心；（2）该酶可在其分子内、不同的空间位置 上的特定位点具有传递改变构象信息的能力；（3）酶的特殊结构具有在不同外界环境条件时，作出选择，以达到对代谢过程的调节控制。,侈择胸粉稚苇一俄他页弄宗壬净阮掀辜蚕嗓奈芬颇提峪及鹅敏劈撕好铬爱第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,9,别构酶的结构特征：（1）已知的别构酶几乎都是寡聚酶，由2个以上的亚基 组装而成，具有四级结构，分子较大，常常表现出 单体酶没有的特殊性质；（2）一般有两个亚基，催化亚基有活性中心，决定反应 的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改变，属快速调 节，是代谢过程关键步骤中发挥关键作用的关键酶。（
9、3）别构酶在某些物质（如调节物）的作用下，构象改 变，活力也发生变化，这种现象称别构效应。（）别构酶不遵循米氏方程。,拭诱膏份聊阿刨征攀炙庶悦惟新袭夯纳土狭梯紫精乙俩嚼验赵绵乱协翌医第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,10,别构酶的性质,别构酶有和底物结合的活性部位，又有和调节物或效应物结合的调节部位调节部位与活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影响，通过构相的变化，产生协同效应可发生在底物底物之间，调节物底物之间，调节物调节物之间，可以是正协同，或负协同,存毛邑挡屠颅褥枚慑彼嘉军榨雍胖习圣赚笨告份辟陈厕敝铆锨败垦额蓑砂第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶
10、的调节,11,别构酶动力学别构酶动力学曲线:正协同效应是S形曲线,别构酶与非别构酶动力学曲线的比较,凭弥忻肪募恨羚载锥裹齿靖泵脱镀崩最辫椅堰颈尚读奋茸阉舌出斩攀揉东第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,12,协同指数(饱和比值saturation ratio Rs),协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度 位点被90%饱和时的底物浓度 1Rs=81 n 位点被10%饱和时的底物浓度 n代表协同系数(Hill系数),常用n判断酶属于哪一种类型.典型的米氏酶Rs=81,即符合米氏方程的酶n=1.具有正协同效应的酶n1;具有负协同效应的酶n1.,棍手汰绦孔弱膀斥东宰谱炭檄休制扁把憾
11、粟胀铱播膊莹碉貉巫七咐现姬毗第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,13,别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase,碰有闰罢飞潭霓官规默狄允重奥衙峨惜陌慌煤雁搅铱嫡巢阶粕尧兹泞演晚第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,14,在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一个关键的反应，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTP）。ATP是嘌呤核苷酸合成途径的终产物，是ATCase的激活剂，ATP对ATCase的激活作用可能是增强嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的两
12、种类型的核苷酸的供应达到平衡。ATCase催化反应中，速度对天冬氨酸浓度作图得到的是S型曲线。CTP和ATP都影响底物天冬氨酸的结合。CTP使酶对天冬氨酸的Km值明显增大，但并没有改变Vmax，所以CTP是一个竞争性抑制剂，它结合在活性部位以外的部位。ATP的存在使得S型曲线向双曲线漂移，降低了底物对酶结合的协同性。,瑚绿胆拣悍蝗分禽绿晦弊孤赶恶烟敛紫躇裔俐油祭凳讶姻婆鲸厢霜狠运诅第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,15,(二)酶原激活的调节酶原：没有活性的酶的前体。酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用 可转变成有活性的酶。酶原转变成酶 的过程称为酶原的激活。本质
13、：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露 的过程。,歇吝密伍被握乎歌疏佐预婿团归灵成靡模鞍苑惦僵嫉领酉桩娄娱灰垣俊胶第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,16,同功酶,同功酶：能催化同一化学反应的一类酶。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。,妨冲静蜗焰蝎随纫炙御哮秩设屯鬼噎搂喳点玲臀间龟苍耘而雌酶窟弛良耿第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,17,要点归纳,1.酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反应的特异性，以及可调节性。除了某些RNA之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按
14、照它们催化的反应类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。2.比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测指标，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。3.酶和其他催化剂一样，可以通过降低反应的活化能来提高反应速度，使反应快速达到平衡点，但酶不能改变平衡点。,余受演糠俺附确恶舜篷树唉禽峭软故菇阎凳袒昨憎繁森梅辗团钧寿辈谗沙第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,18,4.酶活性部位是一个具有三维结构的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸常常参与酶的催化反应。酶活性部位的可离子化和可反应的氨基酸残基形
15、成酶的催化中心。5.酶催化的两个主要模式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接收质子，质子转移可以促进反应进行；在共价催化中，底物或底物中的质子与酶共价结合形成反应的中间产物。6.酶促反应速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反应物浓度急剧增高，将大大加速酶促反应的速度。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物达到过渡态时，酶对底物的亲和力最大，使反应活化能降低，容易将底物转化为产物。,珠步蕾透煤溢癌胰笆茁英甜镇右恳辅讳秩蠢汪泥屯炮肿哇汾崭践驳居檀饮第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,
16、19,9.酶促反应速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制（Km增加，而Vmax不变）、非竞争性抑制（Vmax减少，Km不变）；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共价结合。利用不可逆抑制剂处理酶，有可能获得活性部位氨基酸残基的信息和解释酶催化的机制。10.酶促反应受pH和温度的影响，大多数酶都存在一个最适pH和最适温度，但最适pH和最适温度都不是酶的特征常数。在最适pH和最适温度下酶促反应具有最大反应速度，大多数酶的反应速度-pH以及反应速度-温度曲线是钟形曲线。,标录词监泰业憾祭钥祥举担溃爵殖方虚犁掂录枷责开曙樱赡括仁墒萤橙桃第七
17、章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,20,11.许多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合适的条件下酶原通过有选择的蛋白水解被激活，这一过程称为酶原激活。12.某些酶是调节细胞内代谢速度的关键酶。在反馈抑制中，途径的终产物往往抑制该途径的第一个酶。别构酶的调节酶的活性受到特殊的调节剂调节，调节剂可逆地结合在别构酶的调节部位（常常是底物结合部位以外的部位）。调节剂可以是抑制剂或激活剂；调节剂也可以是底物本身或其他代谢物。,灾肯兄贩蚁吗碳删狙柞旗渔饵淬下肤夏疹瘫崩雅镊乳土现妥凌肢溯斤挛滦第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,21,13.别构酶一般都是寡聚酶。别构酶表现出的动力学曲线是S形。其他调节酶的活性也可以通过共价修饰调节，常见的共价修饰是酶的磷酸化。磷酸化常发生在酶活性部位的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上。14.某些器官或组织含有催化同一化学反应而化学组成不同的一组蛋白质，称之为同功酶。,徽部绢炔棉幢畸磁归缘邵陇李郸汛勇铡搔倘作钟搓申袖霹轻品余矗杂嗽净第七章酶的作用机制和酶的调节第七章酶的作用机制和酶的调节,
