生物化学第9章酶作用机制和酶活性调节.ppt

? 咪唑催化对 - 硝基苯酚乙酸酯的水解反应 C H 3 C O O N O 2 N N H .. N N H C O C H 3 + O - N O 2 + N NH C O O NO 2 .. O N N H + O - N O 2 + 实验结果表明，分子内咪唑基参与的水解反应 速度比相应的分子间反应速度大 24 倍。说明咪 唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很 大的影响。 轨道定向 (orbital-steering) 假说示意图 Rate enhancement by entropy reduction. Shown here are reactions of an ester with a carboxylate group to form an anhydride. The R group is the same in each case. 2 、诱导契合（ induced fit ）和底物 的形变（ distortion ） ? 酶 - 底物复合物形成时，酶分子构象发生 变化，底物分子也常常受到酶的作用而 发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变 形，从而使底物分子某些键的键能减弱， 产生键扭曲，有助于过度态的中间产物 形成 , 从而降低了反应的活化能。 诱导契合模型与底物的形变 ? 第 4 个糖残基 D 环因空间原 因必须由正常 的椅式变形为 能量较高的半 椅式构象。因 此糖苷键的稳 定性降低，键 容易从此断裂。 3 、电荷极化和多元催化 ? 酶催化反应时常常是几个功能团适当排列共同 作用。如胰凝乳蛋白酶活性中心处三个氨基酸 残基组成“电荷中继网”，催化肽键水解；核 糖核酸酶催化水解时， His12 起广义碱催化作 用，接受一个质子，而 His119 起广义酸作用， 和磷酸的氧原子形成氢键。 4 、疏水微环境影响 ? 酶促反应在酶表面的疏水裂缝（活性中心）中 进行，如同在有机溶剂中反应。疏水环境中介 电常数比在水中低，两个电荷之间的作用力显 著的增强，亲核亲电反应均可加速。如溶菌酶 Glu35 的羧基在非极性区，催化功能增速 3 × 10 6 倍。 ? 酶的微环境还创造了溶液中不可能达到的条件， 如同时存在高浓度的酸碱。 四、酶活性的别构调节 ? 生物体内酶催化反应的调节可以通过 改 变酶结构、结合激促蛋白质或抑制蛋白 质 而使其催化活性发生改变，也可以通 过 改变酶含量 来改变其催化速率，还可 以通过以 不同形式的酶 在不同组织中的 分布差异来调节代谢活动。 ? 酶结构的调解是通过对现有酶分子结构 的影响来改变酶的催化活性。这是一种 快速调节方式。分为别构调控和共价调 控两种机制。 别构调控 ? 很多寡聚酶，当它们的亚基上的配体结合部位与配体 非共价可逆结合时，将发生构象变化并影响同一酶分 子上的其它亚基上的空活性部位的亲和力，这一现象 称为酶的 别构调节 （ allosteric regulation ）。 ? 酶的别构效应包括涉及酶与底物结合时催化部位和催 化部位之间的相互作用即同促效应，和涉及酶与调节 物结合时调节部位与活性部位之间的相互作用即异促 效应。 ? 具有这种调节作用的酶称为 别构酶 （ alloseric enzyme ）。 ? 凡能使酶分子发生别构作用的物质称为 效应物（ effector ）或别构剂 。 ? 因别构导致酶活性增加的物质称为 正效 应物 （ positive effector ）或别构激活 剂，反之称为 负效应物 （ negative effector ）或别构抑制剂。 ? 当别构酶的一个亚基与其配体（底物或别构剂） 结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其 对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为别 构酶的 协同效应 。 ? 别构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键 酶进行调节，常见的为 负反馈调节 。 A B C D P E1 E2 E3 En 典型的别构酶－天冬氨酸转氨甲酰酶 （ ATCase ） 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 ），而 ATP 是酶的 激活剂。 ? 在 E.coli 中 ATCase 催化由氨甲酰磷酸和天冬氨 酸生成氨甲酰天冬氨酸。 ? N- 氨基甲酰磷酸与天冬氨酸的结合是协同的，协同结 合使底物浓度只在一个很窄的范围内开启 N- 氨甲酰天 冬氨酸的合成。底物分子本身对别构酶的调节作用称 为 同促效应。 ? CTP 在不影响酶的 Vmax 的情况下，通过降低酶与底 物的亲和性来抑制 ATCase ； ATP 可增强酶与底物的亲 和性，也不影响 Vmax 。这种非底物分子的调节物对 酶的调节作用，称为 异促效应 。 别构激 活 别构抑 制 V 0 [S] 底物敏感 区 Two view