酶的作用机制和酶的调节.ppt

酶的作用机制和酶的调节 Enzyme 活性中心 activecenter 与酶活力直接相关的区域 局限在酶分子的特定部位 一 酶的活性部位 activesite 结合中心 与S结合决定酶促反应的专一性催化中心 促进S发生化学变化决定酶促反应的性质 活性中心 与酶的催化活性直接相关的化学基团常见 His咪唑基 Ser OH Glu COOH Cys SH Asp OH 位于活性中心 活性中心以外 稳定分子构象 必需基团 非必需基团 一 必需基团 底物 活性中心以外的必需基团 结合基团 催化基团 活性中心 二 酶活性部位的特点 1 几个残基 辅助因子 单纯 结合 2 在空间构象上集中到一起 单体 寡聚 3 疏水空穴 4 通过次级键与底物结合 6 活性中心构象具有柔韧性和可塑性 5 与底物诱导契合 二 研究酶活性部位的方法 1 酶分子侧链基团的化学修饰法化合物活性部位AA残基侧链基团 共价结合 水解酶 确定一级结构位置 推测某基团是否在活性中心某基团被修饰后 酶活力改变 为必需基团 1 非特异性共价修饰 2 特异性共价修饰 试剂专一修饰活性部位某AA 使酶失活 如 二异丙基氟磷酸 DFP 专一修饰ESer OH 仅修饰活性中心Ser OH 3 亲和标记法 与S结构相似的共价修饰剂能被专一地引入活性部位 接近S结合位点其活泼的化学基团可与活性部位某一基团形成稳定的共价键 对甲苯磺酰 L 苯丙氨酸乙酯 TPE 对甲苯磺酰 L 苯丙氨酰氯甲基酮 TPCK 胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶 2 动力学参数测定法活性部位AA残基解离状态和酶活性直接相关通过动力学方法求有关参数 对酶活性部位化学性质作出判断 3 X射线晶体结构分析法 4 定点诱变法利用定点诱变技术 改变编码蛋白基因中的DNA顺序 改变其中某AA后 测定酶活性的变化 诱导契合机制 酶与底物靠近 定向 酶与底物相互诱导变形 契合成中间产物 产物脱离 三 酶催化高效性的机制 酶催化的本质 降低反应的活化能 一般催化剂反应活化能 反应总能量变化 酶促反应活化能 非催化反应活化能 初态 终态 能量改变 活化过程 酶促反应降低活化能 过渡态 一 底物和酶的邻近效应和定向效应 靠近静电吸引疏水作用 定向 底物 酶 二 底物的形变和诱导契合 诱导互补性结构变化 契合 能否契合 专一性的由来 产物脱离 酶复原 催化剂 羧肽酶A 羧肽酶催化中的电子云形变 C O 电子云形变 定向极性专一性契合区 H2 N C精氨酸 酶活性中心提供H H 受体使敏感键断裂的机制 酸催化 OH NH3 NH COOH SH AH B 碱催化 失电子态 E COO A E COOH E COO H 三 酸碱催化 碱催化 酸催化 稳定活性中心 吸附羧氧原子 使肽键失稳 酶活性中心亲电 亲核基团参与S敏感键断裂的机制 亲电基团 带正电荷性质的基团亲核基团 带负电荷性质的基团 四 共价催化 OH NH2咪唑基 亲电催化 亲核催化 中间产物不稳定 断裂 形成产物 酶复原 不同酶促反应中的催化因素影响大小不同 OH的亲核催化 胰凝乳蛋白酶 1 需要金属离子的酶 1 金属酶 metalloenzyme 含紧密结合的金属离子 2 金属激活酶 metal activitedenzyme 含松散结合的金属离子 五 金属离子催化 2 金属离子的作用A 参与底物反应的定向B 通过价态改变参与电子转移C 通过静电稳定 屏蔽负电荷 六 多原催化和协同效应 七 活性部位微环境的影响 四 酶催化反应机制的实例 一 溶菌酶 lysozyme 二 胰凝乳蛋白酶 疏水口袋 活性位点残基 4 丝氨酸蛋白酶的催化机制 催化三联体 亲核攻击 稳定His的正电形式 胰蛋白酶 蛋白质水解酶 巯基蛋白酶 天冬氨酸蛋白酶 丝氨酸蛋白酶 锌蛋白酶 胰凝乳蛋质酶 凝血酶 弹性蛋白酶 趋同进化 convergentevolution 催化三联体趋异进化 divergentevolution 底物专一性 三 烯醇化酶 enolase 作用需要金属离子 碱催化 稳定中间产物 酸催化 五 酶活性的调节控制 一 别构调控 allostericregulation 1 定义别构调节 酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变 进而改变酶活性状态 别构酶 具有别构现象的酶 别构剂 能使酶分子发生别构作用的物质 2 别构酶的特点 1 多亚基一部分亚基有活性中心 另一部分有别构调节中心 ATP别构激活剂CTP别构抑制剂 天冬氨酸转氨甲酰酶 调节亚基 催化亚基 3 磷酸甘油醛脱氢酶具有负协同效应的别构酶代表 S形曲线 正协同 表观双曲线 负协同效应 2 别构酶的动力学 当V 90 V0 9Km 0 1 S S 9Km当V 10 V S 1 9Km S曲线 正协同 81 V 随 S 而加快 a 仅底物是别构调节物 双曲线 负协同 81 V 随 S 而减慢 b 当其他别构物参与调节时 整体上产生激活 抑制现象 改变了调节的敏感区位置 3 K型效应物和V型效应物 K0 5 别构酶催化反应达到1 2Vmax时的 S 改变K0 5不改变Vmax K型效应物改变Vmax不改变K0 5 V型效应物 2 1 3 2 1 3 v v Vmax Vmax K0 5 0 0 S S A为K型效应物B为V型效应物 1 未加效应物 2 加激活剂 3加抑制剂 A为K型效应物 B为V型效应物 别构酶经加热或用化学试剂等处理 可引起别构酶解离 失去调节活性 脱敏后表现为米氏酶动力学双曲线 4 脱敏作用 3 别构酶调节酶活性的机理 1 对称或协同模型 symmetryorconcertedmodel 也称齐变模型 MWC模型 1965年由Monod Wyman和Changeux提出 该模型的要点 2 序变模型 sequentialmodel 也称KNF模型 1966年由Koshland Nemethy和Filmer提出 该模型的要点 二 酶原的激活 酶原 zymogen 酶的无活性的前体酶原的激活 由无活性的酶原转变为有活性的酶的过程 酶原激活的意义 在特定的环境和条件下发挥作用 避免细胞自身消化 有的酶原可以视为酶的储存形式 酶原激活的机理 通过其它酶对其多肽链上的某些基团进行 可逆的共价修饰 使酶处于活性 非活性的互变状态 从而调节酶的活性 三 可逆的共价修饰 酶酶 P 蛋白激酶 磷酸化 磷酸酶 脱磷酸化 酶的活性形式 可能是磷酸化也可能是脱磷酸化 由核苷三磷酸 ATP 提供磷酸基