第八节酶的作用机制和酶的调节

1、牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶 Active sites are clefts (lined by mostly nonpolar residues)Active sites活性中心由少量残基构成并且在一级结构上可能相距较远活性中心由少量残基构成并且在一级结构上可能相距较远酶在发挥作用之前，必须与底物密切结合。酶在发挥作用之前，必须与底物密切结合。酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。和相互适应，进而相互结合。酶的构象改变有利于与底物结合；底物在酶的诱导酶的构象改变有利于与底物结合；底物在酶的诱导下发生变形，处于不稳定状态（过渡

2、态），易受催下发生变形，处于不稳定状态（过渡态），易受催化基团的攻击。化基团的攻击。过渡态的底物与酶的活性中心结构最相吻合。过渡态的底物与酶的活性中心结构最相吻合。HexokinaseGlucoseInduced fitIrreversiblein cells1.专一酸碱催化专一酸碱催化在水溶液中通过高反应的在水溶液中通过高反应的H+和和OH-进行的酸碱催化，即强酸强进行的酸碱催化，即强酸强碱的催化。碱的催化。细胞一般处于中性细胞一般处于中性pH条件下，条件下，即即H+和和OH-浓度很低，因此细胞浓度很低，因此细胞环境中通常不是专一的酸碱催化。环境中通常不是专一的酸碱催化。2.广义的酸碱催化广

3、义的酸碱催化由广泛的质子供体（酸）和质由广泛的质子供体（酸）和质子受体（碱）参与的酸碱催化子受体（碱）参与的酸碱催化生理条件下不是强酸强碱而是生理条件下不是强酸强碱而是近于中性的环境，因此广义酸碱近于中性的环境，因此广义酸碱催化指的是细胞内的弱酸弱碱参催化指的是细胞内的弱酸弱碱参与的接受与的接受H+和提供和提供H +的催化。的催化。活性中心常见活性中心常见的氨基酸残基的氨基酸残基酸的形式酸的形式（质子供体）（质子供体）碱的形式碱的形式（质子受体）（质子受体）活性中心常见氨基酸残基的酸碱基团活性中心常见氨基酸残基的酸碱基团丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶通过共价丝氨酸蛋白酶通过共价催化和

4、广义酸碱催化的催化和广义酸碱催化的混合方式进行混合方式进行亲核催化亲核催化未成键电子对未成键电子对攻击缺电子中心形成共攻击缺电子中心形成共价结合，迅速形成不稳价结合，迅速形成不稳定的共价中间复合物，定的共价中间复合物，降低反应活化能，促使降低反应活化能，促使产物形成。产物形成。酶和底物共价键形成的例子酶和底物共价键形成的例子（五五）金属离子催化）金属离子催化参见参见P53溶菌酶对不同溶菌酶对不同NAG寡聚糖的水解寡聚糖的水解溶菌酶溶菌酶溶菌酶催化作用溶菌酶催化作用第一步是质子转移，糖苷键被裂解，形成一个第一步是质子转移，糖苷键被裂解，形成一个正碳离子中间物正碳离子中间物。胰核糖核酸酶胰核糖核酸

5、酶AHis119His12His119His12胰核糖核酸酶胰核糖核酸酶AHis12以以碱碱接受嘧啶核苷接受嘧啶核苷2-OH之之H，O-攻击正电性攻击正电性P形成环磷酸形成环磷酸His119以以酸酸提供质子促使提供质子促使P-O键断裂，释放核苷键断裂，释放核苷R-OHHis119以以碱碱接受接受H2O之之H，形成，形成OH-，OH-攻击攻击PP-O之之O接受接受His12的的H，P-O断裂断裂,释放第释放第2个产物嘧啶核苷个产物嘧啶核苷3-磷酸磷酸（三）羧肽酶（三）羧肽酶从蛋白质肽链羧基端水解蛋从蛋白质肽链羧基端水解蛋白质的酶，即白质的酶，即肽链肽链C端外切酶端外切酶羧肽酶是含羧肽酶是含307

6、个氨基酸残个氨基酸残基的单链蛋白质。基的单链蛋白质。它的前体是由它的前体是由3个亚基聚合个亚基聚合成的羧肽酶原。成的羧肽酶原。羧肽酶原经胰蛋白酶激活为羧肽酶原经胰蛋白酶激活为羧肽酶。羧肽酶。羧肽酶的最适底物是羧肽酶的最适底物是C端为端为芳香族残基的大侧链氨基酸芳香族残基的大侧链氨基酸。羧肽酶活性中心有一个羧肽酶活性中心有一个Zn2+ 。羧肽酶羧肽酶A-N-C-C-N-C-C-O-H H ORHHCH2OHOH2O+H HR-N-C-COO-+HCH2OHOH2N-C-C-O-羧肽酶羧肽酶A丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋

7、白酶族丝氨酸蛋白酶通过共价丝氨酸蛋白酶通过共价催化和广义酸碱催化的催化和广义酸碱催化的混合方式进行混合方式进行丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102丝氨酸丝氨酸蛋白酶族蛋白酶族Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族Ser195His57Asp102Ser195Hi

8、s57Asp102Ser195Ser195His57Asp102His57Asp102Ser195His57Asp102Ser195His57Asp102（一）别构调节（一）别构调节 别构酶别构酶(Allosteric enzyme)的特点：的特点：1）寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节）寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；（别构）部位；2）具有别构效应。）具有别构效应。别构中心结合了效应物后，导致别构中心结合了效应物后，导致酶的构象发生改变，影响了活性中心对底物的催酶的构象发生改变，影响了活性中心对底物的催化作用。化作用。p别构酶举例别构酶举例（1）天冬氨酸转氨甲酰酶

9、，天冬氨酸转氨甲酰酶，aspartate transcarbamylase, ATCase）pATCase是嘧啶核苷酸（是嘧啶核苷酸（CTP）生物合成多酶体）生物合成多酶体系反应序列中的第一个酶。系反应序列中的第一个酶。调节亚基调节亚基（二聚体）（二聚体）完整的酶分子完整的酶分子（活性形式）（活性形式）催化亚基催化亚基（三聚体）（三聚体）汞化物汞化物+ATCase三重对称轴的俯视三重对称轴的俯视ATCase的垂的垂直观直观共共12个亚基，个亚基，2个个C3中间夹着中间夹着3个个R2，活性中心位活性中心位于两个催化亚基中间。于两个催化亚基中间。实例实例: :异亮氨酸的合成异亮氨酸的合成L-苏氨酸

10、苏氨酸苏氨酸脱水酶苏氨酸脱水酶L-异亮氨酸异亮氨酸别构酶动力学不符合别构酶动力学不符合Michaselis-Menten方程方程 别构酶经加热或用化学试剂等处理，可引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，称为起别构酶解离，失去调节活性，称为脱敏脱敏作用作用。脱敏后的酶表现为米氏酶的脱敏后的酶表现为米氏酶的动力学动力学双曲线双曲线。（对称亚基对称亚基）（对称亚基对称亚基）胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶肠激酶肠激酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原

11、的激活作用胰蛋白酶对胰分泌的各种蛋白酶原的激活作用六肽六肽赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝甘甘异异缬缬组组丝丝1）在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种状态中改变。与有活性（或高活性）两种状态中改变。2）共价修饰的互变是由不同的酶催化的。）共价修饰的互变是由不同的酶催化的。3）属于酶活性的快速调节。）属于酶活性的快速调节。4）由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效）由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应。应。酶活性的调节控制酶活性的调节控制 共价修共价修饰饰(PhK)乳酸脱氢酶（乳酸

12、脱氢酶（LDH）是了）是了解最清楚的同工酶。解最清楚的同工酶。它催化乳酸脱氢生成丙酮酸。它催化乳酸脱氢生成丙酮酸。LDH为四聚体蛋白质，由为四聚体蛋白质，由两种亚基两种亚基H和和M组成。组成。LDH1 H4LDH2 H3MLDH3 H2M2LDH4 HM3LDH5 M4LDH存在组织特异性，因存在组织特异性，因此可通过血清此可通过血清LDH浓度的改浓度的改变诊断疾病。变诊断疾病。H型富含酸性氨基酸，型富含酸性氨基酸，M型富含碱性氨基酸型富含碱性氨基酸阳极阳极阴极阴极心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶