《酶的结构与功能》PPT课件.ppt

1、第七章 酶的结构与功能,第一节 酶的本质与特性,一 酶是生物催化剂（biocatalyst): 1810年Jaseph Gay-Lussac发现酵母可以将糖转化为酒精 酵素（ferment） 18351837年，Berzelius提出催化概念 1878年世纪末Khne提出 “enzyme ” 酶 1896年Buchner兄弟采用酵母无细胞提取液将葡萄糖转化为乙醇和CO2 1926 1936年Sumner等从到刀豆中得到脲酶结晶，提出酶的本质是蛋白质 1982年后，Cech和Altaman发现RNA具有催化功能 ribozyme（核酶） 90年代发现某些DNA、抗生素也有催化功能。,生物催化剂:

2、具有催化功能的生物物质。 酶: 具有催化功能的蛋白，是生物催化剂的一种。,二 酶的作用特性:,(一）共性: 只要少量的酶存在就大大加速反应速度。 能使反应迅速达平衡，但不改变平衡点。 酶本身也参与反应，但反应前后自身不被消耗。 可降低反应的活化能。 (二) 特性: 1.酶催化的高效性: 转换数(Kcat) : 每分钟每个酶分子所能催化的底物分子 数。用来衡量酶催化的效率。,2 反应专一性：酶通常只催化一种或一类反应， 对底物和产物都有专一性. 结构异构专一性： 键专一性：酶对所催化底物的化学键有专一性，对键 两端的基团无要求，如肽酶 基团专一性：对催化化学键和键一侧基团有专一性要求 绝对专一性

3、：对化学键及键两侧基团都有专一性要求 立体异构专一性: 旋光异构专一性: 主要对D型和L型旋光异构体的专一性 几何异构专一性：对三键或双链物质具有顺反式构象选 择，只作用于其中一种。 3 反应条件温和：常温、常压、近中性条件,4 酶活力可调控 激素调节：神经控制腺体分泌激素，再作用于固定 靶细胞，控制酶的合成。 酶浓度调节: 诱导或阻遏, Lac 操纵子 对现有酶的降解 酶原激活 共价修饰: 糖原磷酸化酶等 反馈调节: 代谢酶和别构酶同功酶。 5 酶促反应有时需要辅因子：辅酶、金属离子等 6 酶易失活，对环境变化敏感,三 酶的命名与分类,(一) 系统命名法: Ala + -酮戊二酸 转氨 Gl

4、u +丙酮酸 系统命名：Ala : -酮戊二酸 氨基转移酶 (二)分类: 简单蛋白酶；结合蛋白酶 组成酶 :机体中经常存在的酶，浓度不受环境影响 诱导酶:在特定条件下诱导产生的酶，浓度受环境影响。 国际分类法: 如 EC 1 . 6 . 1 . 3 六大类 亚类 次亚类 编号,第二节 酶分子的结构与功能,一 酶分子结构： (一) 酶蛋白与辅助因子: 酶蛋白+辅助因子=全酶(有催化活性) 辅因子分为: 辅基、辅酶、金属离子 辅基：通过共价键与酶分子结合的有机物分子 辅酶：与酶蛋白结合较松散的一类有机分子(非共价结合) 如与转移电子有关的 NAD + , FAD+ , 二硫辛酸 或与转移基团有关的

5、TPP+ 金属离子: 共价结合（ 羧肽酶中的Zn2+ ） 非共价结合（游离在溶液中Mg 2+ ，Na + ）,(二) 酶分子基团: 酶活性中心（部位）：与催化有关的少数基团聚集的区域 Koshland将酶分子基团分为四类： 1. 接触残基: 直接和底物发生接触并参与底物的化 学转变。分为结合基团和催化基团。 2. 辅助残基: 帮助接触残基完成催化功能。 3. 结构残基: 维持酶蛋白构象, 不是活性中心组分 4. 非贡献残基: 对酶催化活性无贡献，是酶的非必 需基团。,二 酶活性中心的结构特性: 1. 酶活性中心一级结构在进化上具有严格的保守性 多种Ser蛋白酶：牛的胰蛋白酶，凝乳酶，凝血酶；

6、猪的弹性蛋白酶；细菌蛋白酶 -Gly- Asp Ser -Gly Gly Pro- 含有Cys的巯基酶：木瓜、无花果、菠萝蛋白酶 -Cys Gly- Ser(Ala) Cys Trp 2. 酶活性中心的催化基团往往具有质子供受能力: Ser His Cys Tyr Asp Glu Lys,3. 酶活性中心分工明确、结构精细: 例如：羧肽酶A的底物结合位共有六个亚位点 ，识别底物C-端连续5个氨基酸,催化位,4. 酶活性中心各基团相对位置对酶表现活力至关重要： 如牛胰RNA酶活性中心有两个活性基团： His12 和His119,S蛋白,S肽,三 酶分子结构形式： (一) 单体酶：由一条肽链折叠而

7、成的 一个单亚基酶。通常只有一种功能。 (二) 寡聚酶：由两个或两个以上亚基聚合而成，亚基间以 非共价键连接，具有四级结构。 1.含相同亚基: A. 多催化部位酶：每个亚基上都有一催化部位但无调节 位，各亚基间与底物的结合互不干扰。酶的动力学 曲线与单体酶相似，属于双曲线型。酶的亚基单独 存在时无催化活性，只有聚合后才有活性。 B. 可调节酶： 包括某些由相同亚基构成的别构酶和共价调 节酶。但彼此结合关系受调节。,2. 含不同亚基: (1) 天冬氨酰转氨甲酰基酶(ATCase): ATC酶是由6个调节链和6个催化链构成的别构酶 每3个催化链() 构成一个催化亚基： 负责与底物Asp及氨甲酰磷酸

8、结合，有催化功能, 每2个调节链() 构成一个调节亚基： 与效应物ATP(+)和CTP(-) 结合，调节酶催化活力 汞化物可将ATC酶的两类 亚基分开。无调节亚基时， 剩下的催化亚基仍有催化 活性，但动力学曲线不再 是S形，而只呈现米氏双曲线。,(2)乳糖合成酶:,UDP-Gal + Glc UDP + Lactose （UDP-半乳糖） 乳糖 蛋白A：催化亚基，也称半乳糖基转移酶 （催化：UDP-Gal + GlcNAc LacNAc + UDP） 蛋白B：乳清蛋白，改性亚基,寡聚酶亚基聚合的作用 ： 与酶的专一性有关 与酶的活性中心形成有关 与酶的调节性能有关,(三) 多酶复合体: 由两个

9、或两个以上的酶以非共价键联接而成，每一个酶催化一个反应，各反应依次连接构成代谢途径的一部分，这样的酶称为多酶复合体。 与寡聚酶的区别: 多酶复合体中的每个酶都催化一个反应, 而寡聚蛋白酶中 催化亚基都催化相同反应。 寡聚酶不聚合无活性而多酶复合体中每个单体酶都有自己 的活性，只是催化效率较低。如：E.coli Trp合成酶(22) 吲哚甘油-P 吲哚 + 3-P-甘油醛 (效率为复合体的1/30) 吲哚 + L Ser 2 L Trp (效率为复合体的1/100),(四) 多酶融合体: 一条肽链或一个亚基上含有两种或两种以上的酶催化活性。一般是基因融合的产物。可以单体存在，也可形成寡聚酶。例如

10、： Asp激酶I - 高丝氨酸脱氢酶(融合体) ( EC 2.7.2.4, EC 1.1.1.3) 来自大肠杆菌，双头酶 一般以四聚体形式存在，其中每一亚基都有活性 以蛋白酶切开后肽链后，N、C末端各有不同酶活性。 其它多酶融合体： 动物脂肪酸合酶，一条肽链含有一个ACP和脂肪酸生物合成所需要的全部7种酶活力,四 同工酶：,同工酶 (isoenzyme，isozyme): 催化相同反应而自身分子形式不一样的酶。 1959年Markert发现第一个同工酶：乳酸脱氢酶(LDH) (一) 同工酶分类及命名: 1 原级同工酶（primary isozyme）： 由染色体上不同基因编码形成的同工酶，又叫

11、基因性同工酶。 多基因位点同工酶：由染色体上不同位点的基因编码的蛋白 复等位基因同工酶：不同个体同一位点基因不同 同一个体中等位基因的两个成员不同 2 次级同工酶（secondary isozyme)：翻译后同工酶 翻译后经不同修饰而产生；相同亚基聚合度不同,(二) 命名与分类: 超氧化物岐化酶(SOD) : CuZn-SOD、Mn-SOD、Fe- SOD都催化相同的反应： 2O2 + 2H+ H2O2 + O2 只有一个系统名 EC 1.15.1.1 (三) 同工酶的结构基础: 1 一级结构差异与分化进化： 分子量、aa组成 、水解后的肽谱和电泳行为、免疫特性等 分子量不同，aa组成相差悬殊

12、： 细胞膜上的两种半乳糖基转移酶，54,000和76,000 分子量相近， aa组成类似：乳酸脱氢酶(四亚基酶） 亚基有M型(骨骼肌型)和H型(心肌型)两种, Mr=35,000,可形成H4、 H3M 、 H2M2、 HM3 、 M4 五种同工酶。,2 二、三级结构差异： 同工酶活性中心构象通常是非常相似的。 有时一级结构相同，也存在不同的构象构象同分异构体（conformational isomer, conformer） 例如：小鸡线粒体中的苹果酸脱氢酶（MDHm）经过胍变性后，再复性的酶表现出不同的热稳定性。说明变性后复性的蛋白和天然蛋白内部次级键的情况有变化。 复性后的酶和天然酶形成构

13、象同分异构体，也属于次级同工酶。,3 四级结构差异： 亚基数量：少量为单亚基，多数为2亚基或4亚基 同工酶的亚基与其它酶蛋白无统计上的差异 酶蛋白分子量大到一定程度，即会进化为多亚基 杂交形式：同工酶亚基在体外一般可以任意杂交，但在生物 体内却受到多种控制 控制四级结构差异的方法: 控制基因表达区域：不同亚基的编码基因在有些组织中 不全部表达。例如 ：醛羧酶(ALD)有A . B .C三种亚基 在鼠肾中无C亚基；在脑中无B亚基 控制表达产物合成的区域 控制表达时间,(四) 同工酶研究的生物学意义: 1. 同工酶与遗传学: 同工酶是分子水平的遗传标记物，被广 泛用于遗传分析 是研究分子进化和物种亲缘关系的重要 方法 2. 同工酶与个体发育： 胎儿型同工酶(原始型)：和细胞增殖有关 成年型同工酶