第10章酶的作用机制和酶的调节.

第10章酶的作用机制和酶的调节一、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1一、酶的活性部位活性中心：酶分子中结合底物并起催化作用的少数氨基酸残基，包括底物结合部位（决定酶的专一性）、催化部位（决定酶所催化反应的性质）。酶蛋白必需残基非必需残基活性中心活性中心外接触残基辅助残基结构残基结合基团催化基团需要辅酶的酶：辅酶分子或辅酶分子的某一部分结构往往就是活性中心的组成部分。2Ser:OHCys:SHHis:imidazole3酶活性部位的特点：（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，往往只占整个酶分子体积的1%-2%；（2）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的工作）（3）通过诱导契合酶和底物结合；（4）酶的活性部位是位于酶表面的一个裂隙内，裂隙内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合；（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。4三、影响酶催化效率的有关因素（一）底物和酶的邻近效应与定向效应（二）底物的形变和诱导契合（三）酸碱催化（四）共价催化（五）金属离子催化（六）多元催化和协同效应（七）活性部位微环境的影响5快速调节迟缓调节：通过改变酶蛋白分子的合成或降解速度，以改变细胞内酶的含量的调节改变酶的活性酶原的激活变构调节化学修饰调节五、酶活性的调节控制对酶调节的快慢分为：6（一）别构调控酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后导致酶分子发生构象改变，进而改变酶的活性状态，称为酶的别构调节(allostericregulation)。别构酶(allostericenzyme)别构效应物(allostericeffector)正效应物(positiveeffector)或别构激活剂(allostericactivator)负效应物(negativeeffector)或别构抑制剂(allostericinhibitor)7A--非调节酶B-正协同别构酶的S形曲线别构酶与米氏酶的动力学曲线比较当底物浓度发生很小的变化时，别构酶就极大地控制着反应速度。在正协同效应中使得酶反应速度对底物浓度的变化极为敏感。91--非调节酶2--正协同别构酶3--负协同别构酶正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较具有负协同效应的酶在底物浓度较低的范围内酶活力上升快，但再继续下去，底物浓度虽有较大的提高，但反应速度升高却较小。使得酶反应速度对底物浓度的变化不敏感。10（二）酶原的激活酶原(zymogen或proenzyme)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。11酶原激活的原理酶原分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽在特定条件下12胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意图13胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶14酶原激活的生理意义:①避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化；②使酶在特定的部位和环境中发挥作用；③可视为酶的储存形式。15（三）酶的共价修饰某些酶可以通过其它酶对其多肽链上某些基团进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性，此种调节方式称共价修饰(covalentmodification)。这类酶称为共价修饰酶。16酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白17反应类型共价修饰被修饰的氨基酸残基共价修饰反应的例子磷酸化腺苷酰化尿苷酰化Tyr,Ser,Thr,HisTyrTyr甲基化GluS-腺苷-MetS-腺苷-同型Cys18ATPADP肾上腺素或胰高血糖素132102104106108葡萄糖456级联系统调控糖原分解示意图快速、高效的放大效应肾上腺素或胰高血糖素1、腺苷酸环化酶（无活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶（无活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶（无活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶b（无活性）磷酸化酶a（活性）6、糖原6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖葡萄糖血液ATPADP（极微量）（大量）19六、同工酶存在于同一种属或不同种属，同一个体的不同组织或同一组织、同一细胞，具有不同分子形式但却能催化相同的化学反应的一组酶，称之为同工酶（isoenzyme）。乳酸脱氢酶是研究的最多的同工酶。生物学功能：遗传的标志和个体发育及组织分化密切相关适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要20HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶(LDH1～LDH5)LDH同工酶心肌肝肾肺脾骨骼肌红细胞白细胞血清LDH1（H4）7324314100431227.1LDH2（H3M）2444434250444934.7LDH3（H2M2）3111235405123320.9LDH4（HM3）0271520161611.7LDH5（M4）056012579005.7人体各组织器官LDH同工酶谱（活性%）21正常人血清心肌梗塞病人血清急性肝炎病人血清正常及病人血清LDH同工酶谱的变化22酶的活性部位的概念及特点。酶的共价修饰及酶的变构调节的概念。酶原、酶原的激活、酶原激活的机理、生理意义。同工酶的概念及同工酶谱的临床应用。小结作业:p430第1和p431第1223