《酶的結(jié)構(gòu)與功能》PPT課件.ppt

1、第七章 酶的結(jié)構(gòu)與功能,第一節(jié) 酶的本質(zhì)與特性,一 酶是生物催化劑（biocatalyst): 1810年Jaseph Gay-Lussac發(fā)現(xiàn)酵母可以將糖轉(zhuǎn)化為酒精 酵素（ferment） 18351837年，Berzelius提出催化概念 1878年世紀(jì)末Khne提出 “enzyme ” 酶 1896年Buchner兄弟采用酵母無(wú)細(xì)胞提取液將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇和CO2 1926 1936年Sumner等從到刀豆中得到脲酶結(jié)晶，提出酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì) 1982年后，Cech和Altaman發(fā)現(xiàn)RNA具有催化功能 ribozyme（核酶） 90年代發(fā)現(xiàn)某些DNA、抗生素也有催化功能。,生物催化劑:

2、具有催化功能的生物物質(zhì)。 酶: 具有催化功能的蛋白，是生物催化劑的一種。,二 酶的作用特性:,(一）共性: 只要少量的酶存在就大大加速反應(yīng)速度。 能使反應(yīng)迅速達(dá)平衡，但不改變平衡點(diǎn)。 酶本身也參與反應(yīng)，但反應(yīng)前后自身不被消耗。 可降低反應(yīng)的活化能。 (二) 特性: 1.酶催化的高效性: 轉(zhuǎn)換數(shù)(Kcat) : 每分鐘每個(gè)酶分子所能催化的底物分子 數(shù)。用來(lái)衡量酶催化的效率。,2 反應(yīng)專一性：酶通常只催化一種或一類反應(yīng)， 對(duì)底物和產(chǎn)物都有專一性. 結(jié)構(gòu)異構(gòu)專一性： 鍵專一性：酶對(duì)所催化底物的化學(xué)鍵有專一性，對(duì)鍵 兩端的基團(tuán)無(wú)要求，如肽酶 基團(tuán)專一性：對(duì)催化化學(xué)鍵和鍵一側(cè)基團(tuán)有專一性要求 絕對(duì)專一性

3、：對(duì)化學(xué)鍵及鍵兩側(cè)基團(tuán)都有專一性要求 立體異構(gòu)專一性: 旋光異構(gòu)專一性: 主要對(duì)D型和L型旋光異構(gòu)體的專一性 幾何異構(gòu)專一性：對(duì)三鍵或雙鏈物質(zhì)具有順?lè)词綐?gòu)象選 擇，只作用于其中一種。 3 反應(yīng)條件溫和：常溫、常壓、近中性條件,4 酶活力可調(diào)控 激素調(diào)節(jié)：神經(jīng)控制腺體分泌激素，再作用于固定 靶細(xì)胞，控制酶的合成。 酶濃度調(diào)節(jié): 誘導(dǎo)或阻遏, Lac 操縱子 對(duì)現(xiàn)有酶的降解 酶原激活 共價(jià)修飾: 糖原磷酸化酶等 反饋調(diào)節(jié): 代謝酶和別構(gòu)酶同功酶。 5 酶促反應(yīng)有時(shí)需要輔因子：輔酶、金屬離子等 6 酶易失活，對(duì)環(huán)境變化敏感,三 酶的命名與分類,(一) 系統(tǒng)命名法: Ala + -酮戊二酸 轉(zhuǎn)氨 Gl

4、u +丙酮酸 系統(tǒng)命名：Ala : -酮戊二酸 氨基轉(zhuǎn)移酶 (二)分類: 簡(jiǎn)單蛋白酶；結(jié)合蛋白酶 組成酶 :機(jī)體中經(jīng)常存在的酶，濃度不受環(huán)境影響 誘導(dǎo)酶:在特定條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，濃度受環(huán)境影響。 國(guó)際分類法: 如 EC 1 . 6 . 1 . 3 六大類 亞類 次亞類 編號(hào),第二節(jié) 酶分子的結(jié)構(gòu)與功能,一 酶分子結(jié)構(gòu)： (一) 酶蛋白與輔助因子: 酶蛋白+輔助因子=全酶(有催化活性) 輔因子分為: 輔基、輔酶、金屬離子 輔基：通過(guò)共價(jià)鍵與酶分子結(jié)合的有機(jī)物分子 輔酶：與酶蛋白結(jié)合較松散的一類有機(jī)分子(非共價(jià)結(jié)合) 如與轉(zhuǎn)移電子有關(guān)的 NAD + , FAD+ , 二硫辛酸 或與轉(zhuǎn)移基團(tuán)有關(guān)的

5、TPP+ 金屬離子: 共價(jià)結(jié)合（ 羧肽酶中的Zn2+ ） 非共價(jià)結(jié)合（游離在溶液中Mg 2+ ，Na + ）,(二) 酶分子基團(tuán): 酶活性中心（部位）：與催化有關(guān)的少數(shù)基團(tuán)聚集的區(qū)域 Koshland將酶分子基團(tuán)分為四類： 1. 接觸殘基: 直接和底物發(fā)生接觸并參與底物的化 學(xué)轉(zhuǎn)變。分為結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)。 2. 輔助殘基: 幫助接觸殘基完成催化功能。 3. 結(jié)構(gòu)殘基: 維持酶蛋白構(gòu)象, 不是活性中心組分 4. 非貢獻(xiàn)殘基: 對(duì)酶催化活性無(wú)貢獻(xiàn)，是酶的非必 需基團(tuán)。,二 酶活性中心的結(jié)構(gòu)特性: 1. 酶活性中心一級(jí)結(jié)構(gòu)在進(jìn)化上具有嚴(yán)格的保守性 多種Ser蛋白酶：牛的胰蛋白酶，凝乳酶，凝血酶；

6、豬的彈性蛋白酶；細(xì)菌蛋白酶 -Gly- Asp Ser -Gly Gly Pro- 含有Cys的巰基酶：木瓜、無(wú)花果、菠蘿蛋白酶 -Cys Gly- Ser(Ala) Cys Trp 2. 酶活性中心的催化基團(tuán)往往具有質(zhì)子供受能力: Ser His Cys Tyr Asp Glu Lys,3. 酶活性中心分工明確、結(jié)構(gòu)精細(xì): 例如：羧肽酶A的底物結(jié)合位共有六個(gè)亞位點(diǎn) ，識(shí)別底物C-端連續(xù)5個(gè)氨基酸,催化位,4. 酶活性中心各基團(tuán)相對(duì)位置對(duì)酶表現(xiàn)活力至關(guān)重要： 如牛胰RNA酶活性中心有兩個(gè)活性基團(tuán)： His12 和His119,S蛋白,S肽,三 酶分子結(jié)構(gòu)形式： (一) 單體酶：由一條肽鏈折疊而

7、成的 一個(gè)單亞基酶。通常只有一種功能。 (二) 寡聚酶：由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基聚合而成，亞基間以 非共價(jià)鍵連接，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。 1.含相同亞基: A. 多催化部位酶：每個(gè)亞基上都有一催化部位但無(wú)調(diào)節(jié) 位，各亞基間與底物的結(jié)合互不干擾。酶的動(dòng)力學(xué) 曲線與單體酶相似，屬于雙曲線型。酶的亞基單獨(dú) 存在時(shí)無(wú)催化活性，只有聚合后才有活性。 B. 可調(diào)節(jié)酶： 包括某些由相同亞基構(gòu)成的別構(gòu)酶和共價(jià)調(diào) 節(jié)酶。但彼此結(jié)合關(guān)系受調(diào)節(jié)。,2. 含不同亞基: (1) 天冬氨酰轉(zhuǎn)氨甲?；?ATCase): ATC酶是由6個(gè)調(diào)節(jié)鏈和6個(gè)催化鏈構(gòu)成的別構(gòu)酶 每3個(gè)催化鏈() 構(gòu)成一個(gè)催化亞基： 負(fù)責(zé)與底物Asp及氨甲酰磷酸

8、結(jié)合，有催化功能, 每2個(gè)調(diào)節(jié)鏈() 構(gòu)成一個(gè)調(diào)節(jié)亞基： 與效應(yīng)物ATP(+)和CTP(-) 結(jié)合，調(diào)節(jié)酶催化活力 汞化物可將ATC酶的兩類 亞基分開(kāi)。無(wú)調(diào)節(jié)亞基時(shí)， 剩下的催化亞基仍有催化 活性，但動(dòng)力學(xué)曲線不再 是S形，而只呈現(xiàn)米氏雙曲線。,(2)乳糖合成酶:,UDP-Gal + Glc UDP + Lactose （UDP-半乳糖） 乳糖 蛋白A：催化亞基，也稱半乳糖基轉(zhuǎn)移酶 （催化：UDP-Gal + GlcNAc LacNAc + UDP） 蛋白B：乳清蛋白，改性亞基,寡聚酶亞基聚合的作用 ： 與酶的專一性有關(guān) 與酶的活性中心形成有關(guān) 與酶的調(diào)節(jié)性能有關(guān),(三) 多酶復(fù)合體: 由兩個(gè)

9、或兩個(gè)以上的酶以非共價(jià)鍵聯(lián)接而成，每一個(gè)酶催化一個(gè)反應(yīng)，各反應(yīng)依次連接構(gòu)成代謝途徑的一部分，這樣的酶稱為多酶復(fù)合體。 與寡聚酶的區(qū)別: 多酶復(fù)合體中的每個(gè)酶都催化一個(gè)反應(yīng), 而寡聚蛋白酶中 催化亞基都催化相同反應(yīng)。 寡聚酶不聚合無(wú)活性而多酶復(fù)合體中每個(gè)單體酶都有自己 的活性，只是催化效率較低。如：E.coli Trp合成酶(22) 吲哚甘油-P 吲哚 + 3-P-甘油醛 (效率為復(fù)合體的1/30) 吲哚 + L Ser 2 L Trp (效率為復(fù)合體的1/100),(四) 多酶融合體: 一條肽鏈或一個(gè)亞基上含有兩種或兩種以上的酶催化活性。一般是基因融合的產(chǎn)物?？梢詥误w存在，也可形成寡聚酶。例如

10、： Asp激酶I - 高絲氨酸脫氫酶(融合體) ( EC 2.7.2.4, EC 1.1.1.3) 來(lái)自大腸桿菌，雙頭酶 一般以四聚體形式存在，其中每一亞基都有活性 以蛋白酶切開(kāi)后肽鏈后，N、C末端各有不同酶活性。 其它多酶融合體： 動(dòng)物脂肪酸合酶，一條肽鏈含有一個(gè)ACP和脂肪酸生物合成所需要的全部7種酶活力,四 同工酶：,同工酶 (isoenzyme，isozyme): 催化相同反應(yīng)而自身分子形式不一樣的酶。 1959年Markert發(fā)現(xiàn)第一個(gè)同工酶：乳酸脫氫酶(LDH) (一) 同工酶分類及命名: 1 原級(jí)同工酶（primary isozyme）： 由染色體上不同基因編碼形成的同工酶，又叫

11、基因性同工酶。 多基因位點(diǎn)同工酶：由染色體上不同位點(diǎn)的基因編碼的蛋白 復(fù)等位基因同工酶：不同個(gè)體同一位點(diǎn)基因不同 同一個(gè)體中等位基因的兩個(gè)成員不同 2 次級(jí)同工酶（secondary isozyme)：翻譯后同工酶 翻譯后經(jīng)不同修飾而產(chǎn)生；相同亞基聚合度不同,(二) 命名與分類: 超氧化物岐化酶(SOD) : CuZn-SOD、Mn-SOD、Fe- SOD都催化相同的反應(yīng)： 2O2 + 2H+ H2O2 + O2 只有一個(gè)系統(tǒng)名 EC 1.15.1.1 (三) 同工酶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ): 1 一級(jí)結(jié)構(gòu)差異與分化進(jìn)化： 分子量、aa組成 、水解后的肽譜和電泳行為、免疫特性等 分子量不同，aa組成相差懸殊

12、： 細(xì)胞膜上的兩種半乳糖基轉(zhuǎn)移酶，54,000和76,000 分子量相近， aa組成類似：乳酸脫氫酶(四亞基酶） 亞基有M型(骨骼肌型)和H型(心肌型)兩種, Mr=35,000,可形成H4、 H3M 、 H2M2、 HM3 、 M4 五種同工酶。,2 二、三級(jí)結(jié)構(gòu)差異： 同工酶活性中心構(gòu)象通常是非常相似的。 有時(shí)一級(jí)結(jié)構(gòu)相同，也存在不同的構(gòu)象構(gòu)象同分異構(gòu)體（conformational isomer, conformer） 例如：小雞線粒體中的蘋果酸脫氫酶（MDHm）經(jīng)過(guò)胍變性后，再?gòu)?fù)性的酶表現(xiàn)出不同的熱穩(wěn)定性。說(shuō)明變性后復(fù)性的蛋白和天然蛋白內(nèi)部次級(jí)鍵的情況有變化。 復(fù)性后的酶和天然酶形成構(gòu)

13、象同分異構(gòu)體，也屬于次級(jí)同工酶。,3 四級(jí)結(jié)構(gòu)差異： 亞基數(shù)量：少量為單亞基，多數(shù)為2亞基或4亞基 同工酶的亞基與其它酶蛋白無(wú)統(tǒng)計(jì)上的差異 酶蛋白分子量大到一定程度，即會(huì)進(jìn)化為多亞基 雜交形式：同工酶亞基在體外一般可以任意雜交，但在生物 體內(nèi)卻受到多種控制 控制四級(jí)結(jié)構(gòu)差異的方法: 控制基因表達(dá)區(qū)域：不同亞基的編碼基因在有些組織中 不全部表達(dá)。例如 ：醛羧酶(ALD)有A . B .C三種亞基 在鼠腎中無(wú)C亞基；在腦中無(wú)B亞基 控制表達(dá)產(chǎn)物合成的區(qū)域 控制表達(dá)時(shí)間,(四) 同工酶研究的生物學(xué)意義: 1. 同工酶與遺傳學(xué): 同工酶是分子水平的遺傳標(biāo)記物，被廣 泛用于遺傳分析 是研究分子進(jìn)化和物種親緣關(guān)系的重要 方法 2. 同工酶與個(gè)體發(fā)育： 胎兒型同工酶(原始型)：和細(xì)胞增殖有關(guān) 成年型同工酶