第10章酶的作用机制和酶的调节.docx

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第10章酶的作用机制和酶的调节

第十章酶的作用机制和酶的调节

第一节酶的活性部位

一、酶活性部位的特点

只是酶分子的一小部分；通过诱导契合形成与底物互补的特定三维结构；通过次级键与底物相互作用；有一定的柔性（邹承鲁的对比研究发现活性部位的柔性比其他部位更强）；包括底物结合基团和催化基团，但二者的区分有时并不严格。

二、研究酶活性部位的方法

（一）侧链基团的化学修饰法

非特异性共价修饰（作用于酶分子中某一基团），酶活力丧失与修饰剂浓度成比例，底物或竞争性抑制剂可降低修饰作用。

特异性共价修饰（作用于特定酶的特定基团），如二异丙基氟磷酸（DFP）只与胰凝乳蛋白酶活性部位的丝氨酸羟基结合；亲和标记试剂可以与活性部位的特定基团共价定量结合，如对甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲基酮（TPCK）与胰凝乳蛋白酶活性部位丝氨酸羟基的结合。

（二）动力学参数测定法

（三）X-射线晶体结构分析法

（四）定点诱变法

第二节酶催化反应的独特性质

第三节影响酶催化效率的有关因素

一、底物和酶的邻近效应（approximation，proximity）与定向效应（orientation）

底物分子结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，从而加快反应的速度。

一个有机化学模型。

咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快24倍。

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称定向效应。

邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更好的定向，使反应速率提高2.5×1011。

二、底物的形变（distortion）和诱导契合（inducednt）

脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。

酵母醛缩酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。

小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。

三、酸碱催化（acid—basecatalysis）

专一性（狭义）酸碱催化

总酸碱催化或广义酸碱催化

表观速度常数依赖于pH和溶液浓度。

Brφnsted催化作用定律：

Logka=CA−α（pKa）

pKa和pKb是总酸碱的解离常数，ka和kb是反应的速度常数。

CA和CB为常数，与反应类型、温度、溶剂等因素有关。

pKa小，则H+浓度高。

α和β是Brφnsted系数，范围在0到1之间，接近于1为专一性酸碱催化，接近于0表示酸碱催化不起作用。

咪唑基的pK值接近生理pH值，H+的传递速度快，是酸碱催化中最重要的基团。

四、共价催化

酶与底物形成共价键的3个例子，其共同特点是酶的亲核中心X进攻底物的亲电中心。

五、金属离子催化

金属酶含紧密结合的金属离子。

金属激活酶含松散结合的金属离子。

金属离子的作用主要有：

与结合底物为反应定向；

参与氧化还原反应；

稳定或屏蔽负电荷；

活化水分子；

与过渡态底物形成螯合物。

六、多元催化和协同效应

酶的催化过程通常是多种机制同时作用，相互协同，因而有很高的催化效率。

七、活性部位微环境的影响

第四节酶催化反应机制的实例

一、溶菌酶（1ysozyme）

二、胰核糖核酸酶A（pancreaticribonucleaseA，RNaseA）

四、丝氨酸蛋白酶（serineproteases）

胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶氨基酸序列的比较，黑点表示相同的氨基酸，活性部位的氨基酸用符号标出。

胰凝乳蛋白酶和水蛭蛋白酶抑制剂（蓝色带状）的结构，His57（蓝色），Asp102（红色），Ser195（黄色）在空间上十分靠近。

胰凝乳蛋白酶催化的裂解反应的动力学。

乙酸基以共价键与酶的Ser195结合，因而释放较晚。

酰基-酶中间物快速形成，随后缓慢释放产物。

胰凝乳蛋白酶催化反应的机制：

五、天冬氨酸蛋白酶（asparticproteases）

若为共价催化，会有两种中间物之一，两种中间物均未能找到，说明这一类酶为非共价催化。

（a）HIV-1protease，adimer，and（b）pepsin（amonomer）．Pepsin′sN-terminalhalfisshowninred；

C-terminalhalfisshowninblue．

HIV-1proteasecomplexedwiththeinhibitorCrixivanR（red）theflaps（residues46-55fromeachsubunit）coveringtheactivesiteareshowningreenandtheactivesiteaspartateresiduesinvolvedincatalysisareshowninwhite．

第五节酶活性的调节控制

一、别构调控（allosteriregulation）

（一）别构酶的性质

别构酶均为寡聚酶，除活性部位外，还有可以同效应物（调节物）结合的调节部位。

别构酶的调控方式有四类：

正协同效应：

酶的一个亚基与底物结合后，其他亚基与底物的结合能力加强，v-[S]曲线为S形。

负协同效应：

酶的一个亚基与底物结合后，其他亚基与底物的结合能力减弱，v-[S]曲线为平坦的双曲线。

可用Rs（[S]90%V/[S]10%V）来定量地区分三种酶：

Rs等于81为米氏酶，大于81则有正协同效应，小于81为负协同效应。

更常用的是Hill系数法，以log（v/（Vm-v））对log[S]作图，曲线的最大斜率为Hill系数，米氏酶等于1，正协同酶大于1，负协同小于1。

别构抑制作用使酶的反应速度降低，正协同效应加强。

别构激活作用使酶的反应速度加快，正协同效应减弱。

目前认为齐变模型不适合于负协同效应。

（二）天冬氨酸转氨甲酰酶的性质

天冬氨酸为正协同效应剂；

ATP为别构激活剂；

CTP为别构抑制剂。

（三）3-磷酸甘油醛脱氢酶

3-磷酸甘油醛脱氢酶是负协同效应酶的典型代表。

3-磷酸甘油醛脱氢酶有4个亚基，一个亚基与NAD+结合后发生构像变化，其它亚基与NAD+结合的能力下降（表10-8），表现为负协同效应。

由于负协同效应，在NAD+浓度很低的情况下，糖酵解过程仍然能以较快的速率顺利进行。

二、酶原的激活

（一）消化系统蛋白酶原的激活

（二）凝血机制

12种蛋白质凝血因子有7种是丝氨酸蛋白酶。

三、可逆的共价修饰（reversiblecovalentmodification）

共价修饰包括：

磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、ADP-糖基化、甲基化等。

磷酸化存在普遍，有非常重要的生理意义，主要以P-O键或P-N键连接。

蛋白质的磷酸化主要由蛋白激酶催化，常见的蛋白激酶有蛋白激酶A（PKA），蛋白激酶C（PKC），

磷酸化酶激酶（phK），蛋白酪氨酸激酶（PTK）等。

GlycogenPhosphorylase：

AllostericRegulationandCovalentModification.

糖原磷酸化酶二聚体的带状结构：

黑色带子为磷酸化酶b（未磷酸化）的10-25残基；在磷酸化酶a（磷酸化）中，的10-25残基的位置用黄色带子表示。

第六节同工酶