酶的作用机制和酶的调节课件

1第七章酶的作用机制和酶的调节2一.酶活性部位的特点1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%);2.是一个三维实体;3.通过诱导契合的动态过程形成;4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高;5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上;6.具有柔性或可运动性.第一节酶作用的机制3二.酶催化反应的独特性质1.酶反应大部分反应涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反应仅涉及电子的转移(速率103s-1);2.酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的,主要的是His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参加反应;3.酶催化反应的最适pH范围通常很狭小;4.与底物相比,酶分子很大;5.生物酶特有的有利条件,使上述反应进行更有利:(1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进行协同催化;(2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近;(3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反应;(4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的形成.5(三)酸碱催化：是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过度态,加速反应的机制.

酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式.是指向反应物提供质子,或是从反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体.

这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和焦磷酸参与的反应.

酸碱催化可提高反应速率102-105.His残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。

广义酸基团广义碱基团（质子供体）（质子受体）6(四)共价催化(亲核催化或亲电子催化)催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或吸取电子,作用于底物的缺电中心或负电中心,迅速形成不稳定的中间复合物,降低反应活化能,使反应加速.酶中参与共价催化的基团主要包括His的咪唑基，Cys的巯基，Asp的羧基，Ser的羟基等。某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。7(五)金属离子催化(六)多元催化和协同效应如亲核催化和酸碱催化共同作用.(七)活性部位微环境活性部位位于疏水环境的裂缝中.

由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用.

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第二节酶活性的调节控制和调节酶(一)别构调控－别构酶调节特点:（1）别构酶除了有活性中心外，还有别构中心；（2）该酶可在其分子内、不同的空间位置上的特定位点具有传递改变构象信息的能力；（3）酶的特殊结构具有在不同外界环境条件时，作出选择，以达到对代谢过程的调节控制。

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别构酶的性质

别构酶有和底物结合的活性部位，又有和调节物或效应物结合的调节部位．调节部位与活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影响，通过构相的变化，产生协同效应．可发生在底物－底物之间，调节物－底物之间，调节物－调节物之间，可以是正协同，或负协同．11

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别构酶动力学

别构酶动力学曲线:正协同效应是S形曲线

别构酶与非别构酶动力学曲线的比较13别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase14

在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一个关键的反应，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTP）。

ATP是嘌呤核苷酸合成途径的终产物，是ATCase的激活剂，ATP对ATCase的激活作用可能是增强嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的两种类型的核苷酸的供应达到平衡。

ATCase催化反应中，速度对天冬氨酸浓度作图得到的是S型曲线。CTP和ATP都影响底物天冬氨酸的结合。CTP使酶对天冬氨酸的Km值明显增大，但并没有改变Vmax，所以CTP是一个竞争性抑制剂，它结合在活性部位以外的部位。

ATP的存在使得S型曲线向双曲线漂移，降低了底物对酶结合的协同性。15

(二)酶原激活的调节酶原：没有活性的酶的前体。酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称为酶原的激活。本质：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。17

要点归纳

1.酶是生物催化剂。酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反应的特异性，以及可调节性。除了某些RNA之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化的反应类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。

2.比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测指标，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。

3.酶和其他催化剂一样，可以通过降低反应的活化能来提高反应速度，使反应快速达到平衡点，但酶不能改变平衡点。18

4.酶活性部位是一个具有三维结构的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸常常参与酶的催化反应。酶活性部位的可离子化和可反应的氨基酸残基形成酶的催化中心。

5.酶催化的两个主要模式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接收质子，质子转移可以促进反应进行；在共价催化中，底物或底物中的质子与酶共价结合形成反应的中间产物。

6.酶促反应速度的提高很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反应物浓度急剧增高，将大大加速酶促反应的速度。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物达到过渡态时，酶对底物的亲和力最大，使反应活化能降低，容易将底物转化为产物。

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9.酶促反应速度受抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制（Km增加，而Vmax不变）、非竞争性抑制（Vmax减少，Km不变）；不可逆抑制剂与酶活性部位的功能基团共价结合。利用不可逆抑制剂处理酶，有可能获得活性部位氨基酸残基的信息和解释酶催化的机制。

10.酶促反应受pH和温度的影响，大多数酶都存在一个最适pH和最适温度，但最适pH和最适温度都不是酶的特征常数。在最适pH和最适温度下酶促反应具有最大反应速度，大多数酶的反应速度-pH