王鏡巖生化4酶

1、4.1 酶可以按催化的反應(yīng)類(lèi)型分類(lèi)4.2 比活是酶純化程度的指標(biāo)4.3 酶降低反應(yīng)的活化能，但不會(huì)改變反應(yīng)平衡4.4 酶催化作用發(fā)生在活性部位 4.5 存在著幾種解釋酶催化作用的機(jī)制4.6 米氏方程是表示酶促反應(yīng)的速度方程4.7 可逆抑制劑通過(guò)非共價(jià)鍵與酶結(jié)合4.8 不可逆抑制劑共價(jià)修飾酶4.9 酶促反應(yīng)的速度受pH的影響4.10 絲氨酸蛋白酶可以說(shuō)明酶活性的許多特征4.11 調(diào)節(jié)酶一般都是寡聚體4.12 某些酶具有組織或器官特異性4 酶王鏡巖生化4酶 酶是非常有效的和特異性高的生物催化劑。酶催化反應(yīng)條件溫和、常溫、常壓。酶催化的反應(yīng)比相應(yīng)的沒(méi)有催化劑的反應(yīng)快1031017倍。例如在0時(shí)，1m

2、ol過(guò)氧化氫酶能使5106 mol H2O2分解為H2O和O2；而在同樣條件下，每克離子鐵只能使6104mol H2O2分解，酶比鐵離子快了1010倍。 酶作用的特異性分為絕對(duì)特異性、相對(duì)特異性和立體異構(gòu)特異性。 絕對(duì)特異性是指酶只能催化一種或兩種結(jié)構(gòu)極相似的化合物的反應(yīng)，如脲酶只水解尿素。而相對(duì)特異性是指酶可作用于一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵，如脂肪酶或酯酶催化酯鍵水解，對(duì)酯鍵兩側(cè)的基團(tuán)要求不嚴(yán)格，對(duì)很多有機(jī)酸和醇（或酚）形成的酯鍵都能水解。 王鏡巖生化4酶 立體異構(gòu)特異性是指酶作用的底物應(yīng)具有特定的立體結(jié)構(gòu)才能被催化。這種異構(gòu)性包括光學(xué)異構(gòu)性和幾何異構(gòu)性。 光學(xué)異構(gòu)性是指一種酶只能催化一對(duì)鏡像異

3、構(gòu)體中的一種，而對(duì)另一種不起作用。例如精氨酸酶只水解L-精氨酸生成L-鳥(niǎo)氨酸和尿素，而對(duì)D-精氨酸沒(méi)有作用。 幾何異構(gòu)性是指立體異構(gòu)中的順式和反式，-、-構(gòu)型。有的酶具有這種立體異構(gòu)的專(zhuān)一性，如延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）加水生成蘋(píng)果酸，對(duì)順丁烯二酸不起作用。王鏡巖生化4酶4.1 酶的命名和分類(lèi)是根據(jù)酶催化的反應(yīng) 將酶按照酶催化的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型分為六大類(lèi)型：1. 氧化還原酶：催化氧化還原反應(yīng)。其中的大多數(shù)酶稱(chēng)之脫氫酶，但有些也稱(chēng)之氧化酶、過(guò)氧化酶、加氧酶或還原酶。 2. 轉(zhuǎn)移酶：催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。其中許多轉(zhuǎn)移酶需要輔酶。通常底物分子的一部分與酶或輔酶共價(jià)結(jié)合，這類(lèi)酶包括激酶。 3

4、. 水解酶：催化水解反應(yīng)。這是特殊的一類(lèi)轉(zhuǎn)移酶，水作為轉(zhuǎn)移的基團(tuán)的受體。王鏡巖生化4酶4. 裂合酶：催化非水解和非氧化的底物的消除反應(yīng)，或裂解，生成一個(gè)雙鍵。在裂解酶催化的可逆反應(yīng)中，裂解酶催化一個(gè)底物加到第二個(gè)底物的一個(gè)雙鍵處。催化細(xì)胞內(nèi)的加成反應(yīng)的裂解酶常命名為合成酶。5. 異構(gòu)酶：催化異構(gòu)化反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)是最簡(jiǎn)單的酶促反應(yīng)，因?yàn)檫@些反應(yīng)只有一個(gè)底物或一個(gè)產(chǎn)物。 6. 連接酶：催化兩個(gè)底物的連接反應(yīng)或稱(chēng)之交聯(lián)反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)通常需要輸入能量，例如腺苷三磷酸ATP。連接酶也常稱(chēng)之合成酶。王鏡巖生化4酶4.2 比活是酶純化程度的指標(biāo) 酶活性也稱(chēng)為酶活力，是指酶催化指定化學(xué)反應(yīng)的能力。 酶活力的大

5、小用酶活性單位的多少來(lái)表示。 比活是指每毫克蛋白含有的酶單位數(shù)。純化步驟 級(jí)分體積 （ml） 總蛋白 （mg） 活力 （U） 比活（U/mg）粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分級(jí)80960960015凝膠層析80300870029離子交換2290423047豬腎氨基?；父鱾€(gè)步驟純化數(shù)據(jù)王鏡巖生化4酶4.3 酶降低反應(yīng)的活化能，但不會(huì)改變反應(yīng)平衡一個(gè)簡(jiǎn)單的單底物的酶促反應(yīng)可用下式表示。ESESEP 可以用相應(yīng)反應(yīng)歷程圖表示。a.無(wú)酶催化的反應(yīng)b.酶催化的反應(yīng)無(wú)催化催化反應(yīng)劑產(chǎn)物自由能活化能過(guò)渡態(tài)自由能變化自由能王鏡巖生化4酶 縱坐標(biāo)表示自由能（G），橫坐標(biāo)為反應(yīng)過(guò)程。從圖中可以

6、看到，S和P都含有一定的自由能，即處于稱(chēng)為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)。S和P之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座“ 山 ” 的能障，反應(yīng)的底物必須提高能量水平才能跨越能障。 “ 山 ”頂處稱(chēng)為過(guò)渡態(tài)，因?yàn)榫哂羞^(guò)渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為 S 或 P。從反應(yīng)物的基態(tài)到達(dá)過(guò)渡態(tài)所需要的能量稱(chēng)為反應(yīng)的活化能。SP的活化能用G0 SP，PS的活化能用G0 PS表示。而G0 代表由S到P的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。一個(gè)底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應(yīng)溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒(méi)有降低。王鏡巖生化4酶 酶分子一般都很大，但酶中真正起催化作用的部位只是酶分子中某一

7、部位，該部位稱(chēng)為酶的活性部位，活性部位是酶結(jié)合和催化底物的場(chǎng)所。 活性部位是一個(gè)三維空間結(jié)構(gòu)；通常位于酶蛋白的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙，或位于蛋白質(zhì)表面的凹槽。 活性部位是多肽鏈折疊形成的一個(gè)特殊的空間結(jié)構(gòu)，一些在氨基酸序列相距很遠(yuǎn)的氨基酸殘基經(jīng)折疊會(huì)靠近，有的就是活性部位的組成成分，直接參與酶的催化作用。 對(duì)活性部位沒(méi)有直接貢獻(xiàn)的其它部位是形成和穩(wěn)定酶天然結(jié)構(gòu)所需要的。當(dāng)然酶的其它功能還包括調(diào)節(jié)功能和指導(dǎo)酶正確定向于細(xì)胞中的信號(hào)部分。4.4 酶催化作用發(fā)生在活性部位王鏡巖生化4酶4.5 存在著幾種解釋酶催化作用的機(jī)制4.5.1 幾乎所有酶的作用機(jī)制都包括酸堿催化機(jī)制 在活性部位，離子化的氨

8、基酸殘基側(cè)鏈參與兩類(lèi)化學(xué)催化，即酸堿催化和共價(jià)催化，是兩種主要的化學(xué)催化模式。 在酸堿催化中，一個(gè)反應(yīng)的加速是通過(guò)催化一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)移完成的。酶利用在細(xì)胞接近中性pH條件下可以給出或接受質(zhì)子的氨基酸側(cè)鏈，酶的活性部位可以提供一個(gè)相當(dāng)于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液的生物環(huán)境。 由于在大多數(shù)蛋白質(zhì)中，組氨酸側(cè)鏈咪唑基解離的pK值是6到7，所以它是一個(gè)在中性pH下用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的理想的基團(tuán)。天冬氨酸和谷氨酸的羧基在某些酶中也可以充當(dāng)酸堿催化劑，因?yàn)檫@些羧基解離的pK值近似為4。王鏡巖生化4酶 用B：表示一個(gè)堿，或一個(gè)質(zhì)子受體，而用BH表示相應(yīng)的共軛酸，一個(gè)質(zhì)子的供體。一個(gè)質(zhì)子受體可以通過(guò)除去一個(gè)質(zhì)子切斷C-H鍵形成一個(gè)

9、負(fù)碳離子。王鏡巖生化4酶 也可參與涉及碳的其它鍵的斷裂，例如一個(gè)C-N鍵的斷裂，通過(guò)B：在中性溶液中除去水分子的一個(gè)質(zhì)子后產(chǎn)生的一個(gè)等價(jià)的OH來(lái)完成。王鏡巖生化4酶4.5.2 許多酶催化的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)都是通過(guò)共價(jià)催化進(jìn)行的 共價(jià)催化是第二種類(lèi)型的化學(xué)催化模式，主要通過(guò)一個(gè)底物或底物的一部分與催化劑形成共價(jià)鍵催化基團(tuán)的轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在酶作用下的共價(jià)催化中，一個(gè)底物的一部分首先轉(zhuǎn)移到酶上，然后再轉(zhuǎn)移到第二個(gè)底物上。例如基團(tuán)X從分子A-X轉(zhuǎn)移到分子B上就是經(jīng)共價(jià)ES復(fù)合物X-E，按如下兩個(gè)步驟進(jìn)行的。A-XE AX-EX-EB B-XEA-X B-X王鏡巖生化4酶4.5.3 底物與酶的結(jié)合在催化過(guò)程中起

10、著重要的作用1. 底物靠近和定向于酶的活性部位 顯然活性部位處的底物濃度越高越有利于反應(yīng)。底物（也包括輔助因子）的敏感鍵逐漸靠近活性部位的催化基團(tuán)，為的是定向于催化基團(tuán)以便容易形成過(guò)渡態(tài)。2. 底物變形 許多活性部位開(kāi)始與底物并不相適合，但為了結(jié)合底物酶的活性部位不得不變形（誘導(dǎo)契合）以適合底物。一旦與底物結(jié)合，酶可以使底物變形，使得敏感鍵易于斷裂和促使新鍵形成。王鏡巖生化4酶4.6 米氏方程是表示酶促反應(yīng)的速度方程 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)稱(chēng)之酶動(dòng)力學(xué)，主要研究酶促反應(yīng)的速度以及其它因素，例如抑制劑等對(duì)反應(yīng)速度的影響。 在酶促反應(yīng)中，如果底物的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)酶量，則反應(yīng)速度與酶濃度成正比。酶濃度反應(yīng)速度

11、王鏡巖生化4酶 如果固定酶濃度，改變底物濃度，酶促反應(yīng)的速度與底物濃度有什么樣關(guān)系呢？ 在低濃度底物情況下，反應(yīng)相對(duì)于底物是一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度與底物成直線(xiàn)關(guān)系。 當(dāng)?shù)孜餄舛忍幱谥虚g范圍時(shí)，相對(duì)于底物的反應(yīng)是混合級(jí)反應(yīng)。當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí)，反應(yīng)由一級(jí)反應(yīng)向零級(jí)反應(yīng)過(guò)渡。 在高濃度底物下，酶被底物飽和，反應(yīng)相對(duì)于底物是零級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)速度與底物濃度無(wú)關(guān)。酶被底物飽和時(shí)的速度稱(chēng)之最大反應(yīng)速度Vmax， 當(dāng)?shù)孜餄舛萐逐漸增大時(shí)，速度相對(duì)于S的曲線(xiàn)為一雙曲線(xiàn)。王鏡巖生化4酶酶濃度固定，反應(yīng)速度與底物濃度之間的關(guān)系底物濃度零級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)王鏡巖生化4酶雙曲線(xiàn)方程可以寫(xiě)成： VmaxS （4.2） KmS該方程

12、稱(chēng)為Michaelis-Menten方程（米氏方程），其中 Km 值稱(chēng)之米氏常數(shù)，Vmax是酶被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度。米氏常數(shù)Km是酶促反應(yīng)速度為最大酶促反應(yīng)速度值一半時(shí)的底物濃度。這可通過(guò)用S取代米氏方程（4.2）中的Km證明，通過(guò)計(jì)算可得Vmax /2。王鏡巖生化4酶 酶（E）催化底物（S）在酶活性部位裂隙中先形成一個(gè)酶-底物復(fù)合物（ES），底物與酶短暫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)產(chǎn)物（P）的雙分子反應(yīng)起始時(shí)的反應(yīng)可以寫(xiě)作（把酶看作一個(gè)反應(yīng)分子）： k1 kcat ES ES EP （4.1） k1 方程中的速度常數(shù)k1為 S 和 E 的結(jié)合常數(shù)，k1是ES的解離常數(shù)。kcat為第二步反應(yīng)的速度常數(shù)，也

13、稱(chēng)為催化常數(shù)（或轉(zhuǎn)換數(shù)）。由ES轉(zhuǎn)換為游離的酶和產(chǎn)物的反應(yīng)是用單箭頭表示的。這是因?yàn)樵趧傞_(kāi)始的時(shí)候，生成的產(chǎn)物非常少，所以可逆反應(yīng)（ES ES）可以忽略。 王鏡巖生化4酶 當(dāng)?shù)孜餄舛确浅４髸r(shí)，反應(yīng)速度接近于一個(gè)恒定值。在曲線(xiàn)的這個(gè)區(qū)域，酶幾乎被底物飽和，反應(yīng)相對(duì)于底物S是個(gè)零級(jí)反應(yīng)。就是說(shuō)再增加底物對(duì)反應(yīng)速度沒(méi)有什么影響。（飽和時(shí)）VmaxES0Etotal catES （4.3） 速度常數(shù)等于催化常數(shù) cat。飽和時(shí)，所有的E都是以ES存在。方程（4.3）中還有另一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系式： Vmax cat Etotal 從中得出： catVmax / Etotal。催化常數(shù)是Vmax除以起始的酶濃

14、度Etotal或除以在飽和條件下每秒每摩爾酶催化下轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的底物的摩爾數(shù)。 cat的單位是s1。 cat的倒數(shù)是完成一個(gè)催化過(guò)程所需要的時(shí)間，所以催化常數(shù)可以衡量一個(gè)酶促反應(yīng)的快慢。 王鏡巖生化4酶4.6.1米氏方程的推導(dǎo) 假定存在一個(gè)時(shí)間周期，在此期間 S 結(jié)合 E的速度與 ES 解離的速度相同。此時(shí)ES是個(gè)恒定值，因?yàn)?ES 解離為 ES 或 EP 的速度等于由 ES 形成 ES 的速度。由ES 形成 ES的速度取決于游離酶的濃度，即等于EtotalES?？蓪?xiě)成：（1 cat ）ES 1（EtotalES）S （4.4）整理方程，將速度常數(shù)集中在一邊，并定義為米氏常數(shù)Km。 （1 cat

15、 ） （EtotalES）S Km （4.5） 1 ES從方程（4.5）：KmES（EtotalES）S ES（KmS）EtotalS王鏡巖生化4酶 EtotalS ES （4.6） KmS由于酶促反應(yīng)速度取決于ES轉(zhuǎn)換為EP的速度。 catES （4.7） 將方程（4.6）代入（4.7）， cat EtotalS （4.8） KmS因?yàn)?cat EtotalVmax，代入方程（4.8），就得到了米氏方程。 VmaxS （4.9） KmS王鏡巖生化4酶 （1 cat ） Km 1 如果 cat比 1或1小得多， cat可以忽略，Km就變成了 1 / 1 ，這是 ES 解離為ES的平衡常數(shù)。 同

16、樣Michaelis和Menten假定ES與ES處于快速的平衡中， Km就是 ES 的解離常數(shù)。因此 Km是 E 對(duì) S 的親和力的量度。如果 Km的值越小，表明 E 與 S 結(jié)合的越緊密。 如果一個(gè)酶可作用幾個(gè)底物，例如己糖激酶對(duì)葡萄糖的Km值為1.5104；對(duì)果糖的Km值為1.5103 ，顯然酶對(duì)葡萄糖的親和性更高，葡萄糖就稱(chēng)之為己糖激酶的天然底物。王鏡巖生化4酶4.6.2 Km 和 Vmax可以用雙倒數(shù)作圖法確定 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用之前，通常都是利用米氏方程的轉(zhuǎn)換形式求出Km和Vmax值。常用的米氏方程轉(zhuǎn)換形式是Lineweaver-Burk方程，也稱(chēng)為雙倒數(shù)方程。 1 Km 1 1 Vm

17、ax S Vmax 將1/ 對(duì)1/S作圖，可以獲得一條直線(xiàn)。從直線(xiàn)與x軸的截距可以得到 1/Km 的絕對(duì)值；而 1/Vmax 是直線(xiàn)與y軸的截距。雖然由雙倒數(shù)作圖得到的 Km 和 Vmax 值的精確性要比計(jì)算機(jī)計(jì)算給出的值差，但雙倒數(shù)作圖直觀(guān)、容易理解，為酶抑制研究提供了易于識(shí)別的圖形。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.7.1 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與游離的酶結(jié)合 4.7 可逆抑制劑通過(guò)非共價(jià)鍵與酶結(jié)合王鏡巖生化4酶 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑一與酶結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合，所以說(shuō)底物、抑制劑與酶的結(jié)合是競(jìng)爭(zhēng)性的。 只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒(méi)有抑制劑存在時(shí)一樣，即最大反應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)是不變的。

18、 因此在有競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑存在下， Vmax不變，但Km 增加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的競(jìng)爭(zhēng)性，這是由于酶作用的底物Trp的側(cè)鏈中含有吲哚基。王鏡巖生化4酶4.7.2 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與ES結(jié)合反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑只與ES結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合。王鏡巖生化4酶在反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中，Vmax減?。?/Vmax增大），Km減?。?/Km的絕對(duì)值增大）。王鏡巖生化4酶4.7.3 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與ES和E都結(jié)合非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑與底物結(jié)合部位不同，所以他既可與E結(jié)合，也可與ES結(jié)合，生成的EI和ESI都是失活形式的復(fù)合物。王鏡巖生化4酶在非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中， Km不變， Vmax變小。王鏡巖生化4酶4.7.4 可逆

19、的酶抑制劑常用于酶學(xué)研究和臨床 臨床上通過(guò)改變酶活性可以提供非常有效的治療手段。在癌癥和微生物或病毒感染中，藥物治療的目的是在不傷害宿主細(xì)胞的條件下防止受侵害細(xì)胞或病毒的繁殖。例如通過(guò)抑制病毒DNA合成所需要的酶就可使病毒感染減輕。 核苷3-疊氮-2,3-脫氧胸腺嘧啶（AZT,）是第一個(gè)用于治療獲得性免疫缺陷綜合癥（AIDS）的藥物，它通過(guò)代謝可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的AZT 5-三磷酸，該三磷酸化合物抑制催化由病毒RNA模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。 王鏡巖生化4酶 氨甲蝶呤和三甲氧芐二氨嘧啶都是二氫葉酸還原酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，該酶是胸腺嘧啶單磷酸（TMP）合成所必需的酶。 氨甲蝶呤可以抑制脊椎動(dòng)物二氫葉酸還

20、原酶和被用于選擇性殺傷快速分裂的細(xì)胞，是最成功的癌癥化療制劑之一。 三甲氧芐二氨嘧啶是原核生物二氫葉酸還原酶的一個(gè)有潛力的選擇性抑制劑，但對(duì)人的還原酶的抑制很弱，所以常被用于某些細(xì)菌感染和瘧疾的治療。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶 另外，磺胺藥是以對(duì)氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似于細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖所需要的葉酸中對(duì)氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以磺胺藥與葉酸競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺胺藥是細(xì)菌二氫葉酸合成酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以基本上不受磺胺藥。但細(xì)菌不能利用外源的葉酸。王鏡巖生化4酶磺胺藥中的主要成分 葉 酸王

21、鏡巖生化4酶4.8 不可逆抑制劑共價(jià)修飾酶 不可逆抑制抑制劑與酶分子形成一個(gè)穩(wěn)定的共價(jià)鍵。有機(jī)磷化合物、有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物、氰化物等都是酶的不可逆抑制劑。有機(jī)磷化合物可以使以可反應(yīng)的絲氨酸為活性部位殘基的水解酶失活。 神經(jīng)毒氣二異丙基氟磷酸（DFP）是有機(jī)磷化合物中的一員。DFP與酶活性部位的絲氨酸殘基反應(yīng)生成二異丙基磷酰絲氨酸。神經(jīng)毒氣對(duì)神經(jīng)極端有毒，生物學(xué)上的作用抑制乙酰膽堿酯酶，使乙酰膽堿不能分解為乙酸和膽堿，乙酰膽堿的堆積引起一系列神經(jīng)中毒癥狀，所以也稱(chēng)為神經(jīng)毒劑。 王鏡巖生化4酶 二異丙基氟磷酸（DFP）與酶活性部位的絲氨酸殘基反應(yīng)生成二異丙基磷酰絲氨酸。兩者之間形成的是共價(jià)健。王

22、鏡巖生化4酶 低濃度的吡啶醛肟甲碘化物（PAM）可以作為解毒藥取代磷酸和重新激活取代的酶。 因?yàn)閹д姾傻募谆拎せ鶊F(tuán)可以與乙酰膽堿酯酶的陰離子部位結(jié)合，取代靠近有機(jī)酯的磷原子的親核氧，使酶恢復(fù)活性。王鏡巖生化4酶4.9 酶促反應(yīng)的速度受pH的影響 反應(yīng)的起始速度對(duì)pH作圖，大多數(shù)情況下可得到一個(gè)鐘形曲線(xiàn)，例如葡萄糖-6-磷酸酶。有的酶溫度曲線(xiàn)不是鐘形，例如胃蛋白酶是個(gè)偏向酸性區(qū)的半鐘形曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)可以看出，在某一pH下，反應(yīng)速度可達(dá)到最大，這一pH稱(chēng)為酶的最適pH。 葡萄糖-6-磷酸酶 胃蛋白酶鐘形曲線(xiàn)半鐘形曲線(xiàn)王鏡巖生化4酶 絲氨酸蛋白酶家族活性部位中都含有絲氨酸殘基，包括凝血因子和胰凝乳

23、蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶等消化酶。 細(xì)胞合成的是蛋白酶的非活性前體酶原，必須經(jīng)過(guò)共價(jià)修飾才能具有活性。 腸胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶原和羧肽酶原在合適的生理?xiàng)l件下，于細(xì)胞外通過(guò)有選擇地水解一個(gè)或幾個(gè)肽鍵后被激活。 4.10 絲氨酸蛋白酶可以說(shuō)明酶活性的許多特征4.10.1 胰凝乳蛋白酶原是胰凝乳蛋白酶的非活性前體王鏡巖生化4酶 胰凝乳蛋白酶原的激活首先是在胰蛋白酶的催化下，Arg-15和Ile-16之間的肽鍵被切斷，生成一個(gè)具有很高活性的，但相當(dāng)不穩(wěn)定的稱(chēng)為-胰凝乳蛋白酶。 -胰凝乳蛋白酶的氨基酸殘基第13和14、146和147以及148和149之間的肽鍵易于被活性的胰凝乳蛋白

24、酶切割，稱(chēng)為自動(dòng)激活作用，切下了Ser-14Arg-15和Thr-147Asn-148兩個(gè)二肽，最后生成了最穩(wěn)定形式的酶，即-胰凝乳蛋白酶，或簡(jiǎn)稱(chēng)為胰凝乳蛋白酶。 胰凝乳蛋白酶是含有241個(gè)氨基酸殘基的由3條鏈組成的蛋白酶。胰凝乳蛋白酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)是通過(guò)連接殘基1和122、42和58、136和201、168和182以及191和220的5個(gè)二硫鍵穩(wěn)定的。王鏡巖生化4酶胰凝乳蛋白酶原的激活過(guò)程胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶-胰凝乳 蛋白酶胰凝乳蛋白酶王鏡巖生化4酶 4.10.2 凝血涉及酶原激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng) 凝血涉及十多種蛋白，其中某些蛋白質(zhì)是以非活性的絲氨酸蛋白酶原形式在血液中循環(huán)。當(dāng)血管損傷時(shí)，凝血酶原通過(guò)

25、級(jí)聯(lián)反應(yīng)的方式被快速地激活。每一個(gè)絲氨酸蛋白酶對(duì)它的底物都具有很高的特異性，催化一個(gè)或幾個(gè)肽鍵的水解。 酶原的依次激活最終導(dǎo)致凝血酶的生成，凝血酶催化可溶性的循環(huán)中的血纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為不溶的血纖維。 凝血蛋白數(shù)字的大小大致表示出發(fā)現(xiàn)的先后次序，腳標(biāo)a特指有活性的因子。凝血酶和因子VIIa、IXa、Xa、XIa和XIIa是與其它絲氨酸蛋白酶，例如胰蛋白酶同源的絲氨酸蛋白酶。王鏡巖生化4酶 凝血酶原和因子VII、XI和X都含有鈣結(jié)合部位，Ca2+是將這些凝血因子定位于血小板膜表面所必需的。組織因子和因子Va以及 VIIIa是促進(jìn)特殊蛋白酶活性的非酶輔助因子蛋白質(zhì)。 血友病是一種遺傳病，常見(jiàn)的血友病

26、A是缺少因子VIII的血液遺傳病，而不常見(jiàn)的血友病B是由于缺少因子X(jué)I造成的。編碼這兩種因子的基因都位于X染色體上，所以血友病是與X染色體相關(guān)的疾病。 患有血友病A的病人現(xiàn)在可以通過(guò)注射因子VIII治療，因子VIII是通過(guò)編碼該蛋白的基因的克隆和表達(dá)制備的。王鏡巖生化4酶內(nèi)在途徑外在途徑血管損傷組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.10.3 X-射線(xiàn)晶體圖分析揭示了絲氨酸蛋白酶底物結(jié)合特異性 胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶結(jié)構(gòu)上的微小差別反映出它們底物的特異性。胰蛋白酶與胰凝乳蛋白酶之間結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個(gè)不帶電荷的氨基酸殘基（圖a），而

27、胰蛋白酶是一個(gè)帶電荷的天冬氨酸殘基（圖b），這個(gè)帶負(fù)電荷的殘基是造成胰蛋白酶底物特異性的原因，在ES復(fù)合物中，它與底物的帶正電荷的Arg和Lys殘基的側(cè)鏈形成離子對(duì)。 彈性蛋白酶在三級(jí)結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于胰凝乳蛋白酶，但彈性蛋白酶的結(jié)合口袋要淺得多。胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶結(jié)合部位的入口處有兩個(gè)甘氨酸殘基，而在彈性蛋白酶的入口處是比甘氨酸大得多的纈氨酸和蘇氨酸殘基（圖c）。王鏡巖生化4酶胰凝乳蛋白酶的疏水性口袋的底部是一個(gè)不帶電荷的氨基酸殘基王鏡巖生化4酶底物“口袋”中有一個(gè)帶電荷的天冬氨酸殘基王鏡巖生化4酶酶結(jié)合底物的口袋中含有纈氨酸和蘇氨酸殘基，限制大的底物進(jìn)入王鏡巖生化4酶4.11 調(diào)節(jié)酶一般都是

28、寡聚體 上面是一個(gè)多酶催化途徑，總的結(jié)果是由A生成P。終產(chǎn)物是調(diào)節(jié)酶E1的一個(gè)別構(gòu)抑制劑，E1催化第一個(gè)關(guān)鍵的反應(yīng)。這種類(lèi)型的調(diào)節(jié)稱(chēng)為反饋抑制。一個(gè)調(diào)節(jié)酶有一個(gè)位于它的催化中心以外的第二個(gè)配體結(jié)合部位，這個(gè)部位稱(chēng)為調(diào)節(jié)部位。酶構(gòu)象的變化是與一個(gè)別構(gòu)激活劑或抑制劑和酶的調(diào)節(jié)部位的結(jié)合有關(guān)，這種構(gòu)象的變化傳遞給酶的活性部位，活性部位形狀的變化改變了酶的活性。王鏡巖生化4酶調(diào)節(jié)酶的一些共同特征：1、調(diào)節(jié)酶的活性對(duì)代謝的抑制劑和激活劑是很敏感的。調(diào)節(jié)化合物是結(jié)合在與催化部位不同的另一個(gè)部位。這樣的調(diào)節(jié)劑稱(chēng)為別構(gòu)調(diào)節(jié)劑。2、典型的別構(gòu)調(diào)節(jié)劑非共價(jià)地結(jié)合在它們調(diào)節(jié)的酶上。許多調(diào)節(jié)劑改變了酶對(duì)底物的Km值，

29、而有些調(diào)節(jié)劑是改變Vmax。3、一個(gè)調(diào)節(jié)酶在體外可以部分變性引起調(diào)節(jié)特性的全部或部分喪失，但酶的催化化學(xué)并未喪失，這一過(guò)程稱(chēng)為脫敏作用，進(jìn)一步證明了催化和調(diào)節(jié)事件發(fā)生在酶的不同部位。王鏡巖生化4酶4、一個(gè)調(diào)節(jié)酶通常至少有一個(gè)底物，反應(yīng)速度對(duì)該底物濃度的曲線(xiàn)是S型的，而不是雙曲線(xiàn)型的。5、絕大多數(shù)調(diào)節(jié)酶都具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)酶中的每一條多肽鏈可以是相同的，也可以是不同的。具有相同亞基的調(diào)節(jié)酶的每一條多肽鏈上既含有催化部位，又含有調(diào)節(jié)部位，所以這樣的寡聚體是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)的復(fù)合體，通常是二聚體或四聚體。6、別構(gòu)酶因?yàn)榫哂袇f(xié)同效應(yīng)，所以不符合米氏方程。王鏡巖生化4酶 加入激活劑可以使S型曲線(xiàn)向雙曲線(xiàn)漂

30、移，可以明顯地降低Km值，并提高酶的活性。如果加入抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降低。王鏡巖生化4酶4.11.1 有兩種模型可以描述別構(gòu)調(diào)節(jié)作用 說(shuō)明配體與寡聚蛋白結(jié)合協(xié)同性的齊變和序變兩個(gè)模型已經(jīng)獲得了人們的普遍認(rèn)可。齊變模型也稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)模型或KNF模型。序變模型也稱(chēng)為MWC模型或配體誘導(dǎo)模型。 齊變模型可用來(lái)解釋相同配體（例如底物）的協(xié)同結(jié)合。該模型假設(shè)每個(gè)亞基對(duì)每個(gè)配體只有一個(gè)結(jié)合部位，每個(gè)亞基的構(gòu)象受到其它亞基的限制，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)改變構(gòu)象時(shí)，它仍維持它的分子對(duì)稱(chēng)性（圖a）。因此存在著兩種構(gòu)象的平衡，一種是對(duì)底物具有高親和性的R構(gòu)象，另一種是低親和性的T構(gòu)象。 序變模型是近年來(lái)

31、更為普遍運(yùn)用的模型。其主要是依據(jù)這樣一種設(shè)想，即一個(gè)配體可以誘導(dǎo)它要結(jié)合的亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。這個(gè)亞基-配體復(fù)合體又能夠改變相鄰亞基的構(gòu)象。這一模型特別強(qiáng)調(diào)對(duì)于配體只有一種形狀是親和力最高的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個(gè)寡聚分子中允許存在著高親和力和低親和力的亞基（圖b）。王鏡巖生化4酶序變模型齊變模型王鏡巖生化4酶4.11.2 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶是第一個(gè)分析得比較透徹的別構(gòu)酶 在E.coli中ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一個(gè)關(guān)鍵的反應(yīng)是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一個(gè)最有效的抑制劑是代謝途徑的終產(chǎn)物胞嘧啶三磷酸（CTP），他們還發(fā)現(xiàn)ATP是

32、酶的激活劑。 ATP是嘌呤核苷酸合成途徑的終產(chǎn)物。ATP對(duì)ATCase的激活作用可能是增強(qiáng)嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的兩種類(lèi)型的核苷酸的供應(yīng)達(dá)到平衡。CTP和ATP都影響底物天冬氨酸的結(jié)合。ATCase催化反應(yīng)中，速度對(duì)天冬氨酸濃度作圖得到的是S型曲線(xiàn)。CTP使酶對(duì)天冬氨酸的Km值明顯增大，但并沒(méi)有改變Vmax，所以CTP是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來(lái)的S曲線(xiàn)更為明顯，表明天冬氨酸結(jié)合ATCase的過(guò)程中具有更大的協(xié)同性。ATP的存在使得S型曲線(xiàn)向雙曲線(xiàn)漂移，降低了底物對(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶4.11.3 某些調(diào)節(jié)酶

33、受磷酸化作用調(diào)控 對(duì)于某些酶可以通過(guò)共價(jià)修飾來(lái)調(diào)控，磷酸化作用是最常見(jiàn)的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)類(lèi)型。最常見(jiàn)的共價(jià)修飾是酶的一個(gè)特定的絲氨酸殘基的磷酸化。一個(gè)典型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中大約1/3的蛋白質(zhì)都可能含有共價(jià)結(jié)合的磷酸。蛋白激酶催化ATP末端的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到酶的特定的絲氨酸殘基上。酶的磷酸絲氨酸經(jīng)蛋白磷酸化酶水解釋放出磷酸基團(tuán)后，又還原為脫磷酸的狀態(tài)。催化途徑中的酶通常是受磷酸化作用激活，通過(guò)脫磷酸化作用而失活，合成代謝途徑中的大多數(shù)酶經(jīng)磷酸化作用失活，脫磷酸化作用使其恢復(fù)活性。 丙酮酸脫氫酶催化葡萄糖降解中的一步關(guān)鍵反應(yīng)，丙酮酸脫羧生成乙酰輔酶A和二氧化碳。這個(gè)反應(yīng)將酵解途徑與檸檬酸循環(huán)聯(lián)系起來(lái)。丙酮

34、酸脫氫酶的磷酸化使脫氫酶失活。磷酸化的丙酮酸脫氫酶可以通過(guò)酶中磷酸絲氨酸殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受Ca2+激活。王鏡巖生化4酶無(wú)活性 有活性磷酸化 脫磷酸王鏡巖生化4酶4.12 某些酶具有組織或器官特異性 催化同一反應(yīng)的來(lái)自同一個(gè)生物的不同蛋白質(zhì)稱(chēng)為同功酶。同功酶具有不同的Km和Vmax值，可以通過(guò)電泳區(qū)分開(kāi)。 多亞基的同功酶中，亞基在結(jié)構(gòu)上的類(lèi)似使得它們可以組裝成一個(gè)雜化的寡聚體。例如乳酸脫氫酶（ LDH）是一個(gè)四聚體，從某些組織可分離到5種LDH。這些同功酶是由兩種類(lèi)型的亞基組裝成的，一種是在心肌中占優(yōu)勢(shì)H型亞基，另一種是在骨骼肌中占優(yōu)勢(shì)的M型亞基，

35、5種同功酶都是由這兩種亞基按不同比例組裝成的四聚體，即H4（心肌中）、H3M、H2M2、HM3和M4（骨骼肌中），它們都催化丙酮酸還原成乳酸或其逆反應(yīng)。各組織器官中LDH同工酶的分布及含量不同，各有其特定的分布酶譜。 同功酶分布上的不同對(duì)生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重要的意義。例如肌肉中富含LDH5，它對(duì)丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異性。在臨床上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷疾病。王鏡巖生化4酶王鏡巖生化4酶 要點(diǎn)歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA之外，

36、絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類(lèi)型分為六大類(lèi)：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測(cè)定是酶純化的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶的純度越高。 3. 酶也和其他催化劑一樣，可以通過(guò)降低反應(yīng)的活化能來(lái)提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)快速達(dá)到平衡點(diǎn)，但酶不能改變平衡點(diǎn)。 王鏡巖生化4酶 4. 酶活性部位是一個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個(gè)主要模式是酸堿催化和共價(jià)催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；在共價(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴(lài)于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定