酶的作用(zuòyòng)機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)第一頁，共21頁。21.只占酶分子總體積相當(dāng)小的部分(1%-2%);2.是一個三維實(shí)體;3.通過誘導(dǎo)契合(qìhé)的動態(tài)過程形成;4.是位于酶分子表面的一個裂縫內(nèi)(疏水區(qū)域),底物有效濃度高;5.底物通過次級鍵較弱地力結(jié)合到酶上;6.具有柔性或可運(yùn)動性.第一節(jié)酶作用(zuòyòng)的機(jī)制第二頁，共21頁。31.酶反應(yīng)大部分反應(yīng)涉及電子和質(zhì)子或其他基團(tuán)的轉(zhuǎn)移(速率108s-1),另有反應(yīng)僅涉及電子的轉(zhuǎn)移(速率103s-1);2.酶的催化作用是由氨基酸側(cè)鏈上的功能基團(tuán)和輔酶為媒介的,主要的是His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的側(cè)鏈直接參加反應(yīng);3.酶催化反應(yīng)的最適pH范圍通常很狹小;4.與底物(dǐwù)相比,酶分子很大;5.生物酶特有的有利條件,使上述反應(yīng)進(jìn)行更有利:(1)活性部位存在一個以上的催化基團(tuán),可進(jìn)行協(xié)同催化;(2)存在結(jié)合部位,底物(dǐwù)分子結(jié)合在活性部位附近;(3)存在一個以上的底物(dǐwù)分子結(jié)合部位,可催化多底物(dǐwù)反應(yīng);(4)底物(dǐwù)與酶結(jié)合,使底物(dǐwù)分子中的鍵產(chǎn)生張力,有利于過度態(tài)復(fù)合物的形成.第三頁，共21頁。4(一)底物和酶的臨近效應(yīng)和定向效應(yīng)：臨近效應(yīng)是在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；

酶和底物復(fù)合物的形成是把分子間的反應(yīng)變?yōu)榉肿觾?nèi)的反應(yīng)的過程,底物分子中參與反應(yīng)的基團(tuán)相互接近，并被嚴(yán)格定向定位。定向效應(yīng)指反應(yīng)物的反應(yīng)基團(tuán)之間、酶的催化基團(tuán)與底物反應(yīng)基團(tuán)之間的正確取位產(chǎn)生的效應(yīng),使酶促反應(yīng)具有高效率?？茖W(xué)家認(rèn)為,如果臨近效應(yīng)和定向效應(yīng)的促進(jìn)作用分別達(dá)到提高反應(yīng)速率104倍,臨近效應(yīng)加定向效應(yīng)共同作用使反應(yīng)速率升高108倍,這與酶提高催化效率計算數(shù)據(jù)很相近.(二)底物的“形變”和誘導(dǎo)契合：當(dāng)酶遇到專一性底物時,酶中某些基團(tuán)或離子使底物分子內(nèi)敏感鍵中的某些基團(tuán)的電子云密度(mìdù)增高或降低,產(chǎn)生“張力”,使敏感鍵的一端更加敏感,底物分子發(fā)生“形變”,底物接近過度態(tài),降低了反應(yīng)活化能,使反應(yīng)易于發(fā)生.如溶菌酶與底物結(jié)合引起D-糖環(huán)構(gòu)象由椅式變?yōu)榘胍问降壤?均為X射線晶體結(jié)構(gòu)分析證實(shí).第四頁，共21頁。5(三)酸堿催化：是通過(tōngguò)瞬時的向反應(yīng)物提供質(zhì)子或從反應(yīng)物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過度態(tài),加速反應(yīng)的機(jī)制.酸-堿催化可分為狹義的酸-堿催化和廣義的酸-堿催化。酶參與的酸-堿催化反應(yīng)一般都是廣義的酸－堿催化方式.是指向反應(yīng)物提供質(zhì)子,或是從反應(yīng)物接受質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能。酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體對底物進(jìn)行酸堿催化。在很多酶的活性部位存在酸堿催化功能基,如氨基,羧基,巰基,酚羥基和咪唑基,它們能在近中性pH的范圍,作為催化性的質(zhì)子供體或受體.這類反應(yīng)有:羧基的加成反應(yīng),酮基和烯醇的互變異構(gòu),肽和酯的水解,磷酸和焦磷酸參與的反應(yīng).酸堿催化可提高反應(yīng)速率102-105.His殘基的咪唑基是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團(tuán)。廣義酸基團(tuán)(jītuán)廣義堿基團(tuán)(jītuán)（質(zhì)子供體）（質(zhì)子受體）第五頁，共21頁。6(四)共價催化(親核催化或親電子催化)催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價催化。在催化時,親核催化劑或親電子催化劑能分別放出電子或吸取電子,作用于底物的缺電中心或負(fù)電中心,迅速形成不穩(wěn)定的中間復(fù)合物,降低反應(yīng)活化能,使反應(yīng)加速.酶中參與共價催化的基團(tuán)主要包括(bāokuò)His的咪唑基，Cys的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。第六頁，共21頁。7(五)金屬(jīnshǔ)離子催化(六)多元催化和協(xié)同效應(yīng)如親核催化和酸堿催化共同作用.(七)活性部位微環(huán)境活性部位位于疏水環(huán)境的裂縫中.由于在非極性環(huán)境中的介電常數(shù)比水的介電常數(shù)低,在非極性環(huán)境中的兩個帶電基團(tuán)(jītuán)之間的靜電作用比在極性環(huán)境中中顯著提高.疏水的微環(huán)境有利于酶的催化作用.

第七頁，共21頁。8第二節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)(tiáojié)控制和調(diào)節(jié)(tiáojié)酶(一)別構(gòu)調(diào)控－別構(gòu)酶調(diào)節(jié)特點(diǎn):（1）別構(gòu)酶除了有活性中心外，還有別構(gòu)中心；（2）該酶可在其分子內(nèi)、不同的空間(kōngjiān)位置上的特定位點(diǎn)具有傳遞改變構(gòu)象信息的能力；（3）酶的特殊結(jié)構(gòu)具有在不同外界環(huán)境條件時，作出選擇，以達(dá)到對代謝過程的調(diào)節(jié)控制。

第八頁，共21頁。9別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)特征：

（1）已知的別構(gòu)酶幾乎都是寡聚酶，由2個以上的亞基組裝而成，具有(jùyǒu)四級結(jié)構(gòu)，分子較大，常常表現(xiàn)出單體酶沒有的特殊性質(zhì)；（2）一般有兩個亞基，催化亞基有活性中心，決定反應(yīng)的快慢，該酶可在幾秒可使酶活力改變，屬快速調(diào)節(jié)，是代謝過程關(guān)鍵步驟中發(fā)揮關(guān)鍵作用的關(guān)鍵酶。（3）別構(gòu)酶在某些物質(zhì)（如調(diào)節(jié)物）的作用下，構(gòu)象改變，活力也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱別構(gòu)效應(yīng)。（４）別構(gòu)酶不遵循米氏方程。第九頁，共21頁。10別構(gòu)酶的性質(zhì)(xìngzhì)

別構(gòu)酶有和底物結(jié)合的活性部位(bùwèi)，又有和調(diào)節(jié)物或效應(yīng)物結(jié)合的調(diào)節(jié)部位(bùwèi)．調(diào)節(jié)部位(bùwèi)與活性部位(bùwèi)雖然在空間上是分開的，但可互相影響，通過構(gòu)相的變化，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)．可發(fā)生在底物－底物之間，調(diào)節(jié)物－底物之間，調(diào)節(jié)物－調(diào)節(jié)物之間，可以是正協(xié)同，或負(fù)協(xié)同．第十頁，共21頁。11

．別構(gòu)酶動力學(xué)別構(gòu)酶動力學(xué)曲線(qūxiàn):正協(xié)同效應(yīng)是S形曲線(qūxiàn)別構(gòu)酶與非別構(gòu)酶動力學(xué)曲線(qūxiàn)的比較第十一頁，共21頁。酶的作用(zuòyòng)機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)可轉(zhuǎn)變成有活性的酶。當(dāng)酶遇到專一性底物時,酶中某些基團(tuán)或離子使底物分子內(nèi)敏感鍵中的某些基團(tuán)的電子云密度(mìdù)增高或降低,產(chǎn)生“張力”,使敏感鍵的一端更加敏感,底物分子發(fā)生“形變”,底物接近過度態(tài),降低了反應(yīng)活化能,使反應(yīng)易于發(fā)生.別構(gòu)酶動力學(xué)曲線(qūxiàn):正協(xié)同效應(yīng)是S形曲線(qūxiàn)如溶菌酶與底物結(jié)合引起D-糖環(huán)構(gòu)象由椅式變?yōu)榘胍问降壤?均為X射線晶體結(jié)構(gòu)分析證實(shí).酶催化反應(yīng)的最適pH范圍通常很狹小;別構(gòu)酶有和底物結(jié)合的活性部位(bùwèi)，又有和調(diào)節(jié)物或效應(yīng)物結(jié)合的調(diào)節(jié)部位(bùwèi)．調(diào)節(jié)部位(bùwèi)與活性部位(bùwèi)雖然在空間上是分開的，但可互相影響，通過構(gòu)相的變化，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)．可發(fā)生在底物－底物之間，調(diào)節(jié)物－底物之間，調(diào)節(jié)物－調(diào)節(jié)物之間，可以是正協(xié)同，或負(fù)協(xié)同．酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。(3)存在一個以上的底物(dǐwù)分子結(jié)合部位,可催化多底物(dǐwù)反應(yīng);其他調(diào)節(jié)酶的活性也可以通過共價修飾調(diào)節(jié)，常見的共價修飾是酶的磷酸化。臨近效應(yīng)是在酶促反應(yīng)中，底物分子結(jié)合到酶的活性中心，底物在酶活性中心的有效濃度大大增加，有利于提高反應(yīng)速度；酶催化反應(yīng)的最適pH范圍通常很狹小;別構(gòu)酶的性質(zhì)(xìngzhì)(二)酶原激活的調(diào)節(jié)活性部位位于疏水環(huán)境的裂縫中.(4)底物(dǐwù)與酶結(jié)合,使底物(dǐwù)分子中的鍵產(chǎn)生張力,有利于過度態(tài)復(fù)合物的形成.12協(xié)同指數(shù)

(飽和(bǎohé)比值saturationratioRs)協(xié)同指數(shù)(zhǐshù)可以鑒別不同的協(xié)同和協(xié)同程度

位點(diǎn)被90%飽和時的底物濃度1Rs==81n位點(diǎn)被10%飽和時的底物濃度n代表協(xié)同系數(shù)(Hill系數(shù)),常用n判斷酶屬于哪一種類型.典型的米氏酶Rs=81,即符合米氏方程的酶n=1.具有正協(xié)同效應(yīng)的酶n>1;具有負(fù)協(xié)同效應(yīng)的酶n<1.第十二頁，共21頁。13別構(gòu)酶舉例(jǔlì)：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡稱ATCase第十三頁，共21頁。14在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一個關(guān)鍵的反應(yīng)，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的一個最有效的抑制劑是代謝途徑的終產(chǎn)物胞嘧啶三磷酸（CTP）。

ATP是嘌呤核苷酸合成途徑的終產(chǎn)物，是ATCase的激活劑，ATP對ATCase的激活作用可能是增強(qiáng)嘧啶核苷酸的生成以便使核酸合成所需要的兩種類型的核苷酸的供應(yīng)達(dá)到平衡(pínghéng)。ATCase催化反應(yīng)中，速度對天冬氨酸濃度作圖得到的是S型曲線。CTP和ATP都影響底物天冬氨酸的結(jié)合。CTP使酶對天冬氨酸的Km值明顯增大，但并沒有改變Vmax，所以CTP是一個競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。ATP的存在使得S型曲線向雙曲線漂移，降低了底物對酶結(jié)合的協(xié)同性。第十四頁，共21頁。15(二)酶原激活的調(diào)節(jié)酶原：沒有活性的酶的前體。酶原的激活：酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用可轉(zhuǎn)變成有活性的酶。酶原轉(zhuǎn)變成酶的過程(guòchéng)稱為酶原的激活。本質(zhì)：酶原的激活實(shí)質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過程(guòchéng)。第十五頁，共21頁。16同功酶同功酶：能催化同一化學(xué)反應(yīng)的一類酶。活性中心相似或相同：催化同一化學(xué)反應(yīng)。分子結(jié)構(gòu)(fēnzǐjiéɡòu)不同：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同。第十六頁，共21頁。17要點(diǎn)(yàodiǎn)歸納1.酶是生物催化劑。酶的顯著特點(diǎn)是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。2.比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)，對同一種酶來說，比活越高，酶的純度(chúndù)越高。3.酶和其他催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)快速達(dá)到平衡點(diǎn)，但酶不能改變平衡點(diǎn)。第十七頁，共21頁。184.酶活性部位是一個具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量(shǎoliàng)的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。5.酶催化的兩個主要模式是酸堿催化和共價催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；在共價催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。6.酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反應(yīng)物濃度急劇增高，將大大加速酶促反應(yīng)的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜镞_(dá)到過渡態(tài)時，酶對底物的親和力最大，使反應(yīng)活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。第十八頁，共21頁。199.酶促反應(yīng)速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑?？赡嬉种苿┡c酶非共價結(jié)合，可逆抑制包括競爭性抑制（Km增加，而Vmax不變）、非競爭性抑制（Vmax減少，Km不變）；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團(tuán)共價結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得(huòdé)活性部位氨基酸殘基的信息和解釋酶催化的機(jī)制。10.酶促反應(yīng)受pH和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個最適pH和最適溫度，但最適pH和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適pH和最適溫度下酶促反應(yīng)具有最大反應(yīng)速度，大多數(shù)酶的反應(yīng)速度-pH以及反應(yīng)速度-溫度曲線是鐘形曲線。第十九頁，共21頁。2011.許多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合適的條件下酶原通過有選擇的蛋白水解被激活，這一過程稱為酶原激活。12.某些酶是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)代謝速度的關(guān)鍵酶。在反饋抑制中，途徑的終產(chǎn)物往往抑制該途徑的第一個酶。