[生物学]酶的作用机制和酶的调节辅导版.ppt

第10章 酶的作用机制和酶的调节 一、酶的活性部位 酶活性部位的特点Ⅰ 胰凝乳蛋白酶活性部位的结构 酶活性部位的特点Ⅱ 三、影响酶催化效率的有关因素 底物和酶的邻近效应与定向效应 底物的形变和诱导契合 酸碱催化 一些氨基酸残基的广义酸碱形式 共价催化 金属离子催化 活性部位微环境的影响 五、酶活性的调节控制 1.别构调控 2.酶原激活 酶原或蛋白质前体激活举例 胰凝乳蛋白酶原的激活 胰凝乳蛋白酶原的激活 胰蛋白酶原的激活 胰蛋白酶原的激活 胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶原的激活作用 3.可逆共价修饰 酶修饰反应的例子 酶修饰反应的例子 蛋白质的磷酸化 蛋白质的可逆磷酸化反应 蛋白激酶对底物序列的要求 六、同工酶 乳酸脱氢酶催化的反应 乳酸脱氢酶同工酶 乳酸脱氢酶同工酶酶谱 同工酶存在的意义 * 一、酶的活性部位 二、酶催化反应的独特性质 三、影响酶催化效率的有关因素 四、酶催化反应机制的实例 五、酶活性的调节控制 六、同工酶 (mechanisms of enzyme action and regulation of enzyme activity) 在酶分子中，只有少数几个氨基酸残基直接参与结合底物和催化反应，这些氨基酸残基在一级结构上可以相距很远，但通过肽链的折叠、盘绕，使它们在空间上相互接近。这些残基在空间上所在的部位称为活性部位（active site）或活性中心（active center），酶的活性部位往往有一个裂缝或口袋状的区域，其形状与底物相似。 57 102 195 当底物与酶通过次级键结合时，底物和酶都可能发生形变，诱导契合，使得底物与酶的活性部位的形状恰好吻合，而且负责催化反应的残基也正好接近将发生反应的基团或键。当酶蛋白变性时，构象发生变化，失去上述结构特点，同时也失去了活性。虽然酶蛋白中其它残基不直接参与活性部位的组成，但这些残基中的大多数为整个酶蛋白的构象作出了不可缺少的贡献。 （proximity and orientation） 对于双底物反应或三底物反应来说，由于酶活性部位对底物有高亲和力，增加了参与反应的底物碰撞的几率，这就是邻近效应。在酶活性部位，底物之间参与反应的基团或键靠近，使反应易于进行，这就是定向效应。 底物与酶结合后，发生构象变化，相应的键变得对反应更敏感，降低了反应的活化能。 （distortion and induced-fit） 酶活性部位的催化基团可以通过向底物提供质子或从底物上夺取质子，而催化反应。若提供质子和夺取质子的是反应液中的H +和OH －，称为专一酸碱催化或狭义酸碱催化；若提供质子和夺取质子的是酶活性部位的残基，称为总酸碱催化或广义酸碱催化。 （acid-base catalysis） 共价催化分为亲电催化和亲核催化两种类型。亲电催化指的是酶活性部位的催化基团在催化反应过程中汲取底物的电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物；亲核催化是酶活性部位的催化基团在反应过程中向底物供给电子，产生底物与酶共价结合的过渡态中间物。 （covalent catalysis） 金属离子带正电荷，它可以稳定底物过渡态中间物中的负电荷，还可以通过吸引电子，造成电子畸变，使得反应容易进行。 （metal ion catalysis） 在实际催化中，上述多种因素可以共同协调起作用。 多元催化和协同效应 活性部位是一个疏水环境，介电常数较低，带电基团之间的作用力较强，有助于催化基团与底物的作用。 （allosteric regulation） 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后,酶发生构象改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节。具有这种调节作用的酶称为别构酶（allosteric enzyme）。凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应剂或别构剂，能增加酶活性的别构剂为别构激活剂，能抑制酶活性的别构剂为别构抑制剂。 有些酶在刚合成出来时没有活性，称为酶原（zymogen或proenzyme）。酶原经蛋白水解酶在特定位点切割后，产生有活性的酶，这种方式称为酶原的激活。有一些不是酶的蛋白质，也需要经特定的蛋白酶水解才有功能，这些蛋白质在没有活化之前称为前体（precursor）。 使蛋白质水解的消化酶，在胃和胰脏中刚合成时是以酶原的形式存在，分泌到肠胃中被切割后才成为有活性的酶。 血液凝固系统中许多酶都是以酶原的形式存在，到需要血液凝固时才被激活。 胰岛素刚合成出来是前胰岛素原（preproinsulin），经蛋白酶切割后成为有活性的胰岛素。 不溶性的胶原，是由可溶性的前胶原激活而成的。 在需要时，前胶原酶转变成活性的胶原酶，降解胶原。如蝌蚪尾巴的消