酶活性调节.ppt

酶作用机制和酶活性的别构调节 一 酶的活性部位 activesite 1 活性部位的概念酶的必需基团 essentialgroup 与酶活性有关的基团酶的活性部位 activecenter 由必需基团构成的与酶催化活性有关的特定区域 酶分子 非必需基团 必需基团 活性中心必需基团 活性中心外必需基团 结合基团 催化基团 非活性中心 活性中心 2 酶活性中心的特点 1 活性部位在酶分子的总体中占很小一部分 通常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 3 酶和底物在结合过程中构象 之一或同时 发生变化 促进结合 4 底物通过次级键与酶结合 5 酶的活性部位位于酶分子的裂缝内 疏水区域 1 酸碱催化酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用 分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化 酶分子中可作为广义酸碱的功能基团 氨基 羧基 巯基 酚羟基 咪唑基 影响酸碱催化反应速度的两个因素 酸碱强度 pK值 组氨酸咪唑基的解离常数为6 在pH6附近给出质子和结合质子能力相同 是最活泼的催化基团 给出质子或结合质子的速度 咪唑基最快 半寿期小于10 10秒 二 影响酶催化效率的有关因素 2 共价催化酶作为亲核基团或亲电基团 与底物形成一个反应活性很高的共价中间物 酶亲核基团 Ser OH Cys SH His N 底物亲电中心 磷酰基 P O 酰基 C O 糖基 Glc C 形成共价ES复合物的某些酶 3 活性中心金属离子的催化作用酶分类 1 金属酶 metalloenzyme Fe2 Cu2 Zn2 Mn2 Co3 2 金属 激活酶 metal activatedenzyme Na K Mg2 Ca2 金属离子以3种主要途径参加催化过程 1 通过结合底物为反应定向 2 通过自身价数的改变参加氧化还原反应 3 屏蔽底物或酶活性中心的负电荷 4 底物和酶的邻近效应与定向效应变分子间反应为分子内反应邻近效应 酶与底物形成中间复合物后使底物之间 酶的催化基团与底物之间相互靠近 提高了反应基团的有效浓度 从而增加反应速率的一种效应 定向效应 由于酶的构象作用 底物的反应基团之间 酶与底物的反应基团之间正确取向的效应 酶把底物分子从溶液中富集出来 使它们固定在活性中心附近 反应基团相互邻近 同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠 反应易于发生 大大提高了酶的催化效率 5 诱导契合和底物形变的催化效应酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云密度变化 产生电子张力 底物分子发生形变 酶从低活性形式转变为高活性形式 利于催化 底物形变 利于形成ES复合物 底物构象变化 过渡态结构 大大降低活化能 7 活性部位微环境的影响疏水环境介电常数低 加强了极性基团间的作用 6 多元催化和协同催化酶催化反应的高效性 可能是由于以上五种因素中的几种因素协同作用的结果 而非酶催化反应往往只有一种催化机制 三 酶活性的别构调节 别构酶 一般都是寡聚酶 通过次级键由多亚基构成 这种酶除了有活性中心外 还有一个别构中心 当调节物结合到别构中心上时 会引起酶分子构象发生变化而导致酶活性的变化 别构调节 调节物 效应物 与别构酶分子中的别构中心 调节中心 非共价结合后 酶分子构象发生改变 从而调节酶的活性 即别构调节 别构调节举例 天冬氨酸转氨甲酰酶 ATCase 是一个研究的比较透明的别构酶 它催化下列反应 这个酶是合成CTP的多酶体系反应序列中的第一个酶 反应系列的终产物CTP是该酶的别构抑制剂 而ATP则是它的别构激活剂 ATCase由12条多肽链组成 其中6条形成2个三聚体称催化亚基 每个三聚体有3个结合天冬氨酸的底物结合部位 6条形成3个二聚体称调节亚基 每个二聚体有2个别构效应剂CTP或ATP的结合部位 见下图解 底物结合位点 别构剂结合位点 经研究发现 底物 CTP和ATP都可使ATCase产生别构效应 同促效应 底物氨甲酰磷酸和天冬氨酸的结合是正协同的 这种底物分子本身对别构酶的调节作用称为同促效应 异促效应 非底物分子作为调节物对别构酶的调节作用称为异促效应CTP终产物反馈抑制 通过降低酶与底物的亲和力来抑制ATCase ATP激活 增加酶与底物的亲和力 是ATCase的激活剂 多数别构酶兼有同促效应和异促效应 它们既受底物分子的调节 又受底物以外的其它代谢物分子的调节 2 3 磷酸甘油醛脱氢酶 负协同效应的别构酶反应式4个亚基 理论上可以结合4个NAD 但从第三个亚基开始 解离常数迅速增大 因此 酶再要结合第三 第四个难度就加大 每个酶只能结合2分子的NAD 即此酶结合NAD 的位点 只有一半能与NAD 起反应 叫半位反应性 极端的负协同效应意义 别构效应有下面4种类型 正协同效应 提高了酶的催化活性负协同效应 降低了酶的催化活性同促效应 调节物就是底物 所有的别构酶都有此效应 它也是导致别构酶动力学曲线为S形的原因 异促效应 调节物是其它物质 3 别构酶的结构特点和性质 1 已知的别构酶都是寡聚酶 通过次级键结合 2 具有活性中心和别构中心 调节中心 活性中心和别构中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上 3 多数别构酶不止一个活性中心 活性中心间有同位效应 底物就是调节物 有的别构酶不止一个别构中心 可以接受不同的代谢物的调节 4 不遵循米氏方程 动力学曲线是S型 正协同效应 或表观双曲线 负协同效应 4 别构酶的动力学曲线 大多数别构酶具有正协同效应 酶分子结合一分子底物或效应物后 酶的构象发生变化 这种新的构象有利于后续分子与酶的结合 大大促进后续分子与酶的亲合性 正协同效应的别构酶是S型曲线 当底物浓度发生较小变化时