第十章 酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)

1、第一節(jié)酶的活性部位一、酶活性部位的特點(diǎn)只是酶分子的一小部分；通過誘導(dǎo)契合形成與底物互補(bǔ)的特定三維結(jié)構(gòu)；通過次級鍵與底物相互作用；有一定的柔性（鄒承魯?shù)膶Ρ妊芯堪l(fā)現(xiàn)活性部位的柔性比其他部位更強(qiáng)）；包括底物結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)，但二者的區(qū)分有時并不嚴(yán)格。二、研究酶活性部位的方法（一）側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾法非特異性共價修飾（作用于酶分子中某一基團(tuán)），酶活力喪失與修飾劑濃度成比例，底物或競爭性抑制劑可降低修飾作用。特異性共價修飾（作用于特定酶的特定基團(tuán)），如二異丙基氟磷酸（DFP）只與胰凝乳蛋白酶活性部位的絲氨酸羥基結(jié)合；親和標(biāo)記試劑可以與活性部位的特定基團(tuán)共價定量結(jié)合，如對甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲基酮

2、(TPCK)與胰凝乳蛋白酶活性部位絲氨酸羥基的結(jié)合。（二）動力學(xué)參數(shù)測定法（三）X-射線晶體結(jié)構(gòu)分析法（四）定點(diǎn)誘變法第二節(jié)酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)第三節(jié)影響酶催化效率的有關(guān)因素一、底物和酶的鄰近效應(yīng)(approximation，proximity)與定向效應(yīng)(orientation)底物分子結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，從而加快反應(yīng)的速度。一個有機(jī)化學(xué)模型。咪唑催化對硝基苯酯的水解，分子內(nèi)反應(yīng)比分子間反應(yīng)快24倍。底物分子中參與反應(yīng)的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位，使酶促反應(yīng)具有高效率稱定向效應(yīng)。鄰羥基苯丙酸內(nèi)脂的形成反應(yīng)，兩個甲基使羧基和羥基更好的定向，使反應(yīng)速率提

3、高×1011。二、底物的形變(distortion)和誘導(dǎo)契合(inducednt)脯氨酸消旋酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠(yuǎn)大于其底物，說明酶可以引起底物的形變。酵母醛縮酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠(yuǎn)大于其底物，說明酶可以引起底物的形變。小牛小腸腺苷脫氨酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠(yuǎn)大于其底物，說明酶可以引起底物的形變。三、酸堿催化(acidbase catalysis)專一性（狹義）酸堿催化總酸堿催化或廣義酸堿催化表觀速度常數(shù)依賴于pH和溶液濃度。Brnsted催化作用定律：Logka=CA (pKa)pKa和pKb是總酸堿的解離常數(shù)，ka和kb是反應(yīng)的速度常數(shù)。CA和CB為常數(shù)，

4、與反應(yīng)類型、溫度、溶劑等因素有關(guān)。pKa小，則H+濃度高。和是Brnsted系數(shù)，范圍在0到1之間，接近于1為專一性酸堿催化，接近于0表示酸堿催化不起作用。Logkb=CB(pKb)咪唑基的pK值接近生理pH值，H+的傳遞速度快，是酸堿催化中最重要的基團(tuán)。四、共價催化酶與底物形成共價鍵的3個例子，其共同特點(diǎn)是酶的親核中心X進(jìn)攻底物的親電中心。五、金屬離子催化金屬酶含緊密結(jié)合的金屬離子。 金屬激活酶含松散結(jié)合的金屬離子。金屬離子的作用主要有： 與結(jié)合底物為反應(yīng)定向； 參與氧化還原反應(yīng)； 穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷； 活化水分子； 與過渡態(tài)底物形成螯合物。六、多元催化和協(xié)同效應(yīng)酶的催化過程通常是多種機(jī)制同時

5、作用，相互協(xié)同，因而有很高的催化效率。七、活性部位微環(huán)境的影響第四節(jié)酶催化反應(yīng)機(jī)制的實例一、溶菌酶(1ysozyme)溶菌酶的結(jié)構(gòu)溶菌酶的結(jié)構(gòu)白色為Glu35和Asp52二、胰核糖核酸酶A(pancreatic ribonuclease A，RNase A)三、羧肽酶A(carboxypeptidaseA)四、絲氨酸蛋白酶(serine proteases)胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶氨基酸序列的比較，黑點(diǎn)表示相同的氨基酸，活性部位的氨基酸用符號標(biāo)出。胰凝乳蛋白酶和水蛭蛋白酶抑制劑(藍(lán)色帶狀)的結(jié)構(gòu)，His57(藍(lán)色)，Asp102(紅色)，Ser195(黃色)在空間上十分靠近。胰凝乳蛋

6、白酶催化的裂解反應(yīng)的動力學(xué)。乙酸基以共價鍵與酶的Ser195結(jié)合，因而釋放較晚。酰基-酶中間物快速形成，隨后緩慢釋放產(chǎn)物。 胰凝乳蛋白酶催化反應(yīng)的機(jī)制：五、天冬氨酸蛋白酶(asparticproteases)若為共價催化，會有兩種中間物之一，兩種中間物均未能找到，說明這一類酶為非共價催化。(a)HIV-1 protease，a dimer，and (b) pepsin (a monomer)Pepsins N-terminal half is shown in red；C-terminal half is shown in blue HIV-1 protease complexed with

7、the inhibitor CrixivanR(red) the flaps(residues 46-55 from each subunit) covering the active site are shown in green and the active site aspartate residues involved in catalysis are shown in white第五節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)控制一、別構(gòu)調(diào)控(allos teri regulation)（一）別構(gòu)酶的性質(zhì)別構(gòu)酶均為寡聚酶，除活性部位外，還有可以同效應(yīng)物（調(diào)節(jié)物）結(jié)合的調(diào)節(jié)部位。別構(gòu)酶的調(diào)控方式有四類： 正協(xié)同效應(yīng)

8、：酶的一個亞基與底物結(jié)合后，其他亞基與底物的結(jié)合能力加強(qiáng)，v-S曲線為S形。 負(fù)協(xié)同效應(yīng)：酶的一個亞基與底物結(jié)合后，其他亞基與底物的結(jié)合能力減弱，v-S曲線為平坦的雙曲線?？捎肦s (S90%V/S10%V)來定量地區(qū)分三種酶：Rs等于81為米氏酶，大于81則有正協(xié)同效應(yīng)，小于81為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。更常用的是Hill系數(shù)法，以log(v/(Vm-v)對logS作圖，曲線的最大斜率為Hill系數(shù)，米氏酶等于1，正協(xié)同酶大于1，負(fù)協(xié)同小于1。 別構(gòu)抑制作用使酶的反應(yīng)速度降低，正協(xié)同效應(yīng)加強(qiáng)。 別構(gòu)激活作用使酶的反應(yīng)速度加快，正協(xié)同效應(yīng)減弱。目前認(rèn)為齊變模型不適合于負(fù)協(xié)同效應(yīng)。（二）天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶的

9、性質(zhì) 天冬氨酸為正協(xié)同效應(yīng)劑； ATP為別構(gòu)激活劑； CTP為別構(gòu)抑制劑。 （三）3-磷酸甘油醛脫氫酶3-磷酸甘油醛脫氫酶是負(fù)協(xié)同效應(yīng)酶的典型代表。3-磷酸甘油醛脫氫酶有4個亞基，一個亞基與NAD+結(jié)合后發(fā)生構(gòu)像變化，其它亞基與NAD+結(jié)合的能力下降（表10-8），表現(xiàn)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。由于負(fù)協(xié)同效應(yīng)，在NAD+濃度很低的情況下，糖酵解過程仍然能以較快的速率順利進(jìn)行。二、酶原的激活（一）消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活（二）凝血機(jī)制12種蛋白質(zhì)凝血因子有7種是絲氨酸蛋白酶。三、可逆的共價修飾(reversible covalentmodification)共價修飾包括：磷酸化、腺苷?；?、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義，主要以P-O鍵或P-N鍵連接。蛋白質(zhì)的磷酸化主要由蛋白激酶催化，常見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。Gl