酶的作用机制和酶的调节 (2).ppt

2.胰凝乳蛋白酶丝氨酸蛋白酶是一类最有特色的酶家族，包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂和其他酶类。其中，胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶在胰腺中合成，以非活性形式分泌到消化道中，并在其中经过去除部分肽段成为活性酶。这三种酶由同一祖先“趋异进化”，都负责裂解肽键，作用机制相似、专一性不同。具有His、Asp、Ser组成的“催化三联体”。活性部位位于疏水口袋。第27页，共59页，星期日，2025年，2月5日2、胰凝乳蛋白酶(1)专胰凝乳蛋白酶隶属丝氨酸蛋白酶家族，在胰腺中合成，选择性裂解芳香氨基酸，例如Phe和Tyr。具有His57-Asp102-Ser195催化三联体.第28页，共59页，星期日，2025年，2月5日（2）胰凝乳蛋白酶的活性中心由Ser195、His57和Asp102组成，其中Ser195是酶活性中心的底物结合部位，His57是活性中心内的催化部位，在三维结构中这三个氨基酸残基是十分靠近的。第29页，共59页，星期日，2025年，2月5日（3）胰凝乳蛋白酶作用原理活性中心的Ser195、His57及Asp102构成一个氢键体系，使His57的咪唑基成为Asp102羧基及Ser195羟基间的桥梁，Ser195由于His57及Asp102的影响而成为很强的亲核基团，易于提供电子。这个氢键体系称为“电荷中继网”。第30页，共59页，星期日，2025年，2月5日在大部分情况下，网中Asp102以离子化形式-COO-，Ser195以非离子化形式-CH2OH存在；但也有另一种情况，即由于Asp102从Ser195吸引一个质子所造成，象接力赛跑那样，质子先从Ser195传递到His57上，再由His57传递到Asp102上。在此酶促反应中，His57咪唑基起着广义酸碱催化作用：先促进Ser195的羟基亲核地附着到底物敏感肽键的羰基碳原子上，形成共价的酰化中间物，再促进酰化的ES中间物上的酰基转移到水或其他的酰基受体（如醇，氨基酸等）上。其对多肽底物水解可分两个阶段：第31页，共59页，星期日，2025年，2月5日胰凝乳蛋白酶作用机制A、水解反应的酰化阶段：Ser195羟基的氧原子对底物敏感键的羰基碳原子进行亲核攻击，形成了一个为时暂短的四联体过渡态。在这过渡态中，底物的酰基部分与Ser195的羟基、氨基部分与His57的咪唑基相连接。在此过程中，通过电荷中继网（丝氨酸向组氨酸提供质子）发生反应，敏感肽键断裂，底物中的胺成分通过氢键与His57咪唑基相连，底物的羧基部分通过酯键与Ser195的羟基相连。第32页，共59页，星期日，2025年，2月5日B、水解反应的脱酰阶段：首先胺从酶上释放出来，这样底物的羧基部分与酶就成了酰化酶，这是中间复合物。接着水分子进入活性中心，电荷中继网从水中吸收一个质子，结果OH-立即攻击已连在Ser195上的底物羧基碳原子，也形成一个短暂的四联体过渡态。然后His57供出一个质子到Ser195的氧原子上，结果底物中的酸成分从Ser195上释放出来，酶又恢复自由状态。第33页，共59页，星期日，2025年，2月5日3、羧肽酶（1）此酶是单链蛋白质，其中紧密地结合着一个Zn2+离子。这个离子对酶的活性很重要。该酶是一个外肽酶，催化肽链C-末端的肽键水解。第34页，共59页，星期日，2025年，2月5日在酶的三维结构中，Zn2+离子处于接近酶表面的沟槽中，它与两个组氨酸（His196,69）侧链和一个谷氨酸（Glu72）的连个羧基氧及一个水分子形成5个配位键。第35页，共59页，星期日，2025年，2月5日离Zn2+离子不远有一个“裂缝”（见下图），允许底物C-末端伸入。裂缝顶部还有一个口袋，可以接受C-末端的R基团，最适合芳香侧链和大的脂肪族侧链。酶的Tyr248（酪）、Arg145（精）、Glu270及Zn2+将底物分子适当地定位于活性中心中。第36页，共59页，星期日，2025年，2月5日（2）作用原理A、在底物诱导下，酶活性中心的结构发生巨大改变，底物的“靠近”和“定向”效应十分显著；B、酶的Glu270使底物的敏感肽键发生电子张力，使敏感肽键变得极易断裂。C、底物结合的过程分五步酶侧链中Arg145上的正电荷与底物C-末端氨基酸残基上羧基的负电荷发生静电吸引作用；该氨基酸残基进入酶的非极性口袋中；底物敏感键上羰基中的氧与Zn2+离子相接近；肽键中氨基通过一个插入的水分子与酶中Glu270的侧链建立氢键。第37页，共59页，星期日，2025年，2月5日D、构象变化结果Arg