MechanismandregulationEnzymeChemistry3Toteachisnottofillavasebuttolightafire一、酶的活性部位（一）酶的活性部位酶的活性部位是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三維實(shí)體。酶的結(jié)構(gòu)必需基團(tuán)其它部分活性部位活性部位以外的必需基團(tuán)結(jié)合部位催化部位南通大學(xué)

有七種a.a在酶活性中心出現(xiàn)的頻率最高，它們是Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。活性中心的a.a殘基往往分散在相互較遠(yuǎn)的a.a順序中，有的甚至分散在不同的肽鏈上，如α-胰凝乳蛋白酶活性中心的幾個(gè)a.a殘基，分別位于B、C兩個(gè)肽鏈上，靠分子空間結(jié)構(gòu)的形成，集中在酶分子特定區(qū)域，成為具有催化功能的活性中心。一些酶活性中心的基團(tuán)南通大學(xué)（1）通過酶的專一性（2）酶的化學(xué)修飾法（3）親合標(biāo)記法（4）X射線晶體衍射法（二）判斷和研究活性中心的主要方法二、酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)（略）三、影響酶催化效率的有關(guān)因素（一）底物與酶的鄰近效應(yīng)（ProximityEffect

）與定向效應(yīng)

酶把底物分子（一種或兩種）從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應(yīng)基團(tuán)相互鄰近，同時(shí)使反應(yīng)基團(tuán)的分子軌道以正確方位相互交疊，反應(yīng)易于發(fā)生。

在酶促反應(yīng)中，由于酶和底物分子之間的親和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趨勢，最終結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應(yīng)。1.鄰近效應(yīng)HNNC－O||O

－－NO2HNNC－O－||OHO－－NO2＋＋H＋

－－NO2HNNO||H3C－C－O＋O||H3C－C－O－HO－－NO2＋＋H＋咪唑催化乙酸對硝基苯酯的（分子間）反應(yīng)慢；變?yōu)榉肿觾?nèi)反應(yīng)后要快24倍。

當(dāng)專一性底物向酶活性中心靠近時(shí)，會誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關(guān)基團(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)正確定向排列，同時(shí)使反應(yīng)基團(tuán)之間的分子軌道以正確方向嚴(yán)格定位，使酶促反應(yīng)易于進(jìn)行。2.定向效應(yīng)Relativerateconstants1×1032×1055×1071－Br－O－O||H3C－C－O+H3C－C－O－||OO||C－OC－O－

||O－Br

－OOO

COC

OOH3C－COH3C－COOH2C－CH2COH2C－COOH2C－COH2C－CO

－－BrO||H2C－C－OH2CH3C－C－O－

||O

－－BrO||H2C－C－OH3C－C－O－

||O

－－Br－Br－O－－Br－O－－Br－O－++++二羧酸單苯酯水解相對速率和結(jié)構(gòu)的關(guān)系（二）底物的形變distortion和誘導(dǎo)契合inducedfitOHOHOHOHHOCH2OHHHH++己糖激酶OpenForm(inactive)Closedform(active)

當(dāng)酶與底物靠近時(shí)，不僅酶構(gòu)象受底物作用而變化，底物分子也常常受酶作用而變化，也就是酶使底物分子中的敏感鍵發(fā)生“變形”，從而促使底物中的敏感鍵更易于破裂。因而更容易形成一個(gè)互相契合的酶-底物復(fù)合物而提高催化效率。（三）酸堿催化

酸堿催化是通過瞬時(shí)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)定過渡態(tài)，加速反應(yīng)的一類催化機(jī)制。酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團(tuán)。His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個(gè)催化功能團(tuán)。例如RNaseA的酸堿催化（四）共價(jià)催化（親核或親電子催化）

催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)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(jià)催化。它包括兩種類型：親核催化和親電催化。親核基團(tuán)：His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羥基等；親電子基團(tuán)：H+

、Mg2+、Mn2+

、Fe3+

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(jià)催化作用。形成共價(jià)ES中間物的一些酶（見課文p392表10-5）（五）金屬離子催化1.需要金屬的酶分類

金屬酶（metalloenzymes）：含緊密結(jié)合的金屬離子，多屬于過渡金屬離子如Fe2+,Fe3+,Cu2+,Zn2+,Mn2+,Co3+。

金屬激活酶（metal-activatedenzymes）：含松散結(jié)合的金屬離子，通常為堿和堿土金屬離子如Na+,K+,Mg2+,Ca2+。2.金屬離子以3種主要途徑參加催化過程

通過結(jié)合底物為反應(yīng)定向；通過可逆地改變金屬離子的氧化態(tài)調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng)；通過靜電穩(wěn)定或屏蔽負(fù)電荷。（電荷屏蔽作用是酶中金屬離子的一個(gè)重要功能。多種激酶如磷酸轉(zhuǎn)移酶的底物是Mg2+-ATP復(fù)合物。

）六、活性部位微環(huán)境的影響（酶活性中心是低介電區(qū)域）

酶活性中心處于一個(gè)非極性環(huán)境中，其介電常數(shù)較在水介質(zhì)（極性介質(zhì)）中的介電常數(shù)低，在非極性環(huán)境中兩個(gè)帶電基團(tuán)之間的靜電作用比在極性環(huán)境中顯著增高。從而有利于同底物的結(jié)合。七、多元催化和協(xié)同效應(yīng)

在酶催化反應(yīng)中常常是幾個(gè)基元催化反應(yīng)配合在一起共同起作用。如RNase在水解RNA時(shí)，HiS12起廣義堿催化作用，從核糖2’-OH上接受一個(gè)質(zhì)子，而His119起著廣義酸的作用，和磷酸的氧原子共同形成氫鍵。四、酶催化反應(yīng)機(jī)制的實(shí)例（二）溶菌酶（lysozyme）

催化某些細(xì)菌的細(xì)胞壁多糖的水解，溶解細(xì)胞壁。革蘭陰性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)如下圖。青霉素作用點(diǎn)溶菌酶作用點(diǎn)N-乙酰葡糖胺N-乙酰胞壁酸

底物:多糖[N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）-N-乙酰氨基葡萄糖乳酸（NAM）的共聚物]，其中的NAG與NAM通過β-1,4糖苷鍵交替排列，最適小分子底物為NAG-NAM交替的六糖，以A、B、C、D、E、F表示。溶菌酶的活性中心

谷氨酸35和天冬氨酸52是催化基團(tuán)；色氨酸62和63、天冬氨酸101和色氨酸108是結(jié)合基團(tuán)；A~F為底物多糖鏈的糖基，位于酶的活性中心形成的裂隙中。1、酶與底物結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生變化，酶的催化受底物的靠近與定向效應(yīng)的影響；

2、活性中心的Asp52與Glu35協(xié)同作用引起糖苷鍵的水解,(水解時(shí)Asp52上的一個(gè)氧原子距D環(huán)上C1及D環(huán)上的氧原子只有0.3nm；Glu35羧基上的一個(gè)氧距糖苷鍵上的氧原子也只有0.3nm)。Asp52與Glu35協(xié)同作用表現(xiàn)為兩方面：（1）廣義的酸堿催化（2）水解反應(yīng)溶菌酶作用特點(diǎn)（1）廣義的酸堿催化：Glu35處于非極性區(qū)，呈不解離狀態(tài)，以非離子化-COOH形式存在。當(dāng)與底物作用時(shí)，提供一個(gè)質(zhì)子進(jìn)行酸堿催化。即Glu35的-COOH向D環(huán)的C1與糖苷鍵氧原子之間的鍵提供一個(gè)H+，并使這個(gè)鍵裂解。酶使底物分子的D環(huán)發(fā)生變形，結(jié)果底物D環(huán)中的C1變成正碳離子C1+，底物變成轉(zhuǎn)變態(tài)。由殘基E和F組成的NAG二聚體通過擴(kuò)散離開酶；極性區(qū)非極性區(qū)(2)水解反應(yīng)：正碳離子中間物進(jìn)一步與來自溶劑的-OH反應(yīng)，Glu35重新取得質(zhì)子，為新的一輪催化作好了準(zhǔn)備。在上述催化過程中，處于極性區(qū)的Asp52在通常的pH下都以離子化的-COO-形式存在,Asp52起著穩(wěn)定D環(huán)正碳離子的作用，協(xié)調(diào)C1-O間糖苷鍵的斷裂。（二）胰核糖核酸酶A（pancreaticribonucleaseA,RNaseA）

RNaseA由124個(gè)氨基酸殘基組成，含4對二硫鍵。酶活性中心有2個(gè)必須的His殘基：His12和His119，二者作為一般的酸和堿催化劑共同起作用。該酶的作用底物是RNA，專一地切開嘧啶核苷酸3’P-O鍵，生成3’-嘧啶核苷酸或以3’-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡聚核苷酸。①生成一個(gè)2’,3’-環(huán)磷酸酯中間物。His12起到堿的作用，從RNA的2’-OH基團(tuán)中奪取一個(gè)質(zhì)子，從而有利于對鄰近磷原子的親核攻擊。His119起酸的作用，將離去基團(tuán)質(zhì)子化促進(jìn)鍵的斷裂；②水解2’,3’-環(huán)磷酸酯中間物生成嘧啶核苷-3’-磷酸。水中的H+交給His119，OH-交給3’-磷原子。His12起到酸的作用，而His119起到堿的作用，從而生成被水解的RNA和原始狀態(tài)的酶。（三）羧肽酶A(CarboxypeptidaseA,CPA)

羧肽酶A為一個(gè)外肽酶，催化肽鏈C末端水解，對羧基末端芳香族或大的脂肪族側(cè)鏈較為敏感，容易水解。Zn2+對酶的活性很重要，Zn2+位于分子表面附近的一個(gè)裂縫中。Zn2+同His69、His196和Glu72的兩個(gè)羧基氧配位，Zn2+在無底物時(shí)為5個(gè)配位價(jià)，且第5個(gè)配體是一個(gè)水分子。當(dāng)與底物結(jié)合時(shí)，被裂解的肽鍵羧基氧與Zn2+形成第6個(gè)配位。Zn2+附近的口袋正好容納底物羧基末端的側(cè)鏈。對底物結(jié)合重要的殘基包括Arg71,Arg127,Asn144,Arg145,Tyr248,Glu270。1.酶催化中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.CarboxypeptidaseA的催化機(jī)理1O－H+

HCOO

－(270)Glu(248)TyrO

－HHis(196)His(69)Glu(72)+Arg(145)①附近的氨基酸與底物C-端的R基團(tuán)，有專一性的結(jié)合，以辨別底物的極性；Arg145與底物C-端的-COOH結(jié)合，確定底物蛋白質(zhì)是以C-端進(jìn)入活性區(qū)。C-terminusACTIVESITEC-端確認(rèn)區(qū)專一性確認(rèn)區(qū)活性區(qū)口袋底物肽鏈RNCNCCOO－O－C2+Zn3③增強(qiáng)其極性，使羰基碳帶正電。4④Glu270吸住水分子，放出OH－攻擊C+末端，產(chǎn)生新的C-OH鍵。5⑤Tyr248-OH上的質(zhì)子與氮孤對電子產(chǎn)生新鍵,原來的肽鍵斷裂。2②Zn2+離子乃重要輔助因子,可吸住底物肽鍵上的carboxyl基。C|－CH2－C－H|N－H|O＝C|CH2|N－H|HO－O＝－O－H－O|HGlu270O＝－O－C|Tyr248O|H－ZnArg145－HN－C－NH－

||+NH2－Tyr248O－|ZnArg145－HN－C－NH－

||+NH2C|－CH2－C－H|N－HHO－O＝－O－HO＝C|CH2|N－H||HOGlu270O＝－O－C|H＋3.CarboxypeptidaseA催化的化學(xué)反應(yīng)口袋底口袋底（四）絲氨酸蛋白酶

絲氨酸蛋白酶是一個(gè)蛋白酶家族，它們的作用是斷裂大分子蛋白質(zhì)中的肽鍵，使之成為小分子蛋白質(zhì)。其激活是通過活性中心一組氨基酸殘基變化實(shí)現(xiàn)的，它們之中一定有一個(gè)是絲氨酸（其名字的由來）。1.胰分泌的酶里面有三種是絲氨酸蛋白酶

糜蛋白酶，又稱為胰凝乳蛋白酶，水解酶類的一種肽鏈內(nèi)切酶，主要促使疏水性氨基酸尤其是酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸及亮氨酸的羧基端多肽裂解。胰蛋白酶屬水解酶類，促使肽鏈分裂，作用部位為精氨酸或賴氨酸羧基。

彈性蛋白酶：水解酶類的一種，對丙氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸或纈氨酸等含羧基的多肽鍵起催化水解的作用，因曾認(rèn)為此酶主要作用于彈性蛋白而有此命名。

這三種酶的一級結(jié)構(gòu)（氨基酸序列）和三級序列（所有原子的空間排布）相似。它們的活性絲氨酸殘基都是在同一位置(Ser-195)。含三條肽段，由兩個(gè)雙硫鍵連接，是轉(zhuǎn)譯后修飾的產(chǎn)物。剛轉(zhuǎn)譯出來的完整肽鏈沒有活性，要在接近N-端的Arg15與Ile16之間先斷開后，絲氨酸蛋白酶才能活化。

2.胰凝乳蛋白酶機(jī)制的動力學(xué)研究

胰凝乳蛋白酶催化人工合成底物乙酸-O-硝基苯酯（硝基酚產(chǎn)物在400nm有強(qiáng)的吸收）的反應(yīng)分為兩個(gè)不同的階段。

①?；A段（快速），乙酸-O-硝基苯酯與胰凝乳蛋白酶結(jié)合形成一個(gè)酶-底物復(fù)合物，底物的酯鍵被裂解。產(chǎn)物之一的P-硝基苯酚從酶中釋放出來，底物乙酰基以共價(jià)鍵與酶的Ser195結(jié)合。②脫?；A段（緩慢），水分子攻擊乙酰-酶復(fù)合物，釋放出乙酸根離子，并使酶再生。O－CTime(sec)

硝基酚Chymotrypsin兩段式催化反應(yīng)

OCH3–C–O––NO2乙酸-O-硝基苯酯OC

OCH3–CHO––NO2+H2O

O－H

CCH3COOH反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)有兩相酰化作用脫?；?慢階段)His-57Asp-102A.大多數(shù)情況下B.重要情況下

在大部分情況下,Asp102以離子化形式－COO－，Ser195以非離子化形式－CH2OH存在。

胰凝乳蛋白酶中Ser-His-Asp催化三聯(lián)體的構(gòu)想。Ser195由于His57及Asp102的影響而成為很強(qiáng)的親核基團(tuán),易于供出電子。這個(gè)氫鍵體系又可稱為電荷中繼網(wǎng)。

在少數(shù)但也是重要的情況下，可以有B的陣勢,這是由于Asp102從Ser195吸引一個(gè)質(zhì)子所造成的,象接力賽跑那樣,質(zhì)子先從Ser195傳遞到His57上,再由His57傳遞到Asp102上。3.催化三聯(lián)體（電荷中繼網(wǎng)）E+SOH

OC

－CH2

NHCa|CH2|H－O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102O||R2－N－C－R1|NNHE－SOH

OC

－CH2

NHCa|CH2|H－O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102NHOCNR1R2|H4.胰凝乳蛋白酶催化反應(yīng)機(jī)制結(jié)合底物E-TI1O－

CNR1R2|HNHNHCa|CH2|OOH

OC

－CH2

His-57Ser-195Gly-193Asp-102Oxyanionhole形成共價(jià)ES復(fù)合物四聯(lián)體過渡態(tài),它包括Ser195的羥基,底物的?；糠?底物的氨基部分及His57的咪唑基.AcylE+P1OH

OC

－CH2

NHCa|CH2|O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102NHOCR1HR2－NHHis57提供質(zhì)子,C-N鍵斷裂。氨基產(chǎn)物釋放水分子進(jìn)入

第一階段——水解反應(yīng)的?；A段。Ser195羥基的氧原子對底物敏感肽鍵的羰基碳原子進(jìn)行親核攻擊，形成了一個(gè)短暫的四聯(lián)體過渡態(tài)，它包括Ser195的羥基，底物的?；糠?、氨基部分及His57的咪唑基，通過電荷中繼網(wǎng)的作用敏感肽鍵斷裂，底物中的胺成分通過氫鍵與酶的His57咪唑基相連，底物的羧基部分酯化到Ser195的羥基上。AcylE+H2OOH

OC

－CH2

NHCa|CH2|O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102NHOCR1H

O|HE-TI2O－

COR1|HNHNHCa|CH2|OOH

OC

－CH2

His-57Ser-195Gly-193Asp-102Oxyanionhole

水分子進(jìn)行親核攻擊四聯(lián)體過渡態(tài),它包括Ser195的羥基,底物的酰基部分,H2O及His57的咪唑基.E－P2OH

OC

－CH2

NHCa|CH2|H－O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102NHOCOR1|H四聯(lián)體中間物分解Carboxylateproduct(P2)E＋P2OH

OC

－CH2

NHCa|CH2|H－O

His-57Ser-195Gly-193Asp-102NHO

H＋＋C－R1

－O羧基產(chǎn)物釋放

第二階段——水解反應(yīng)的脫酰階段。氨基產(chǎn)物從底物中釋放出來，形成?；饶榈鞍酌?，這是酶-底物中間復(fù)合物，接著水分子進(jìn)入活性中心。其實(shí)脫酰階段是?；A段的逆過程，所不同的是水代替了胺。首先電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個(gè)質(zhì)子，結(jié)果OH-立即攻擊已連在Ser195上的底物的羧基碳原子，象?；饔靡粯右残纬闪艘粋€(gè)短暫的四聯(lián)體過渡態(tài)，然后，His57供出一個(gè)質(zhì)子到Ser195的氧原子上。結(jié)果，底物中的酸成分從Ser195上釋放出來，這時(shí)酶又恢復(fù)自由狀態(tài)，再去進(jìn)行下一輪催化。Asp102His57Ser195CatalyticTriadHHChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

A1NCCN[HOOC]HOCCNCC[NH2]CO識別特異性底物

ChecksubstratespecificityAsp102His57Ser195HHChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

A2NCCN[HOOC]HOCCNCC[NH2]CO第一轉(zhuǎn)換態(tài)

FirstTransitionStateHHChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

A3NCCN[HOOC]HOCCNCC[NH2]CO?；?酶中間物

Acyl-EnzymeIntermediateAsp102His57Ser195HChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

D1N－HCCN[HOOC]HOCCNCC[NH2]COHOH酰基-酶-水中間物

Acyl-EnzymeWaterIntermediateAsp102His57Ser195HChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

D2OOCCNCC[NH2]CH第二轉(zhuǎn)換態(tài)

SecondTransitionStateOHAsp102His57Ser195HChymotrypsin順序式催化反應(yīng)

D3OCCNCC[NH2]COOH脫?；饔?/p>

DeacylationHAsp102His57Ser1955.Ser蛋白酶家族底物專一性（趨異進(jìn)化與趨同進(jìn)化）

以活性絲氨酸殘基為催化中心的蛋白酶很多，統(tǒng)稱為絲氨酸型蛋白酶；除了胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin

）外，尚有許多如胰蛋白酶（trypsin）、彈性蛋白酶（elastase）。它們的催化機(jī)制相似，立體構(gòu)象相當(dāng)類似，且都有[Ser-His-Asp]催化三聯(lián)體（趨同進(jìn)化）。但對底物的專一性不同（趨異進(jìn)化），trypsin的底物為堿性氨基酸(Lys,Arg)，elastase則只切R基團(tuán)較小且不帶電荷者。ElastaseCutAla,GlyChymotrypsinCutTrp,Phe,TyrTrypsinCutLys,ArgShallowandnon-polar

pocketOO||||－C－N－C－C－N－|CH3Non-polar

pocketOO||||－C－N－C－C－N－|C

DeepandnegativelychargedpocketOO||||－C－N－C－C－N－|CH2|CH2|CH2|CH2|+NH3

COO－|

CH2|Asp

來源于共同祖先，經(jīng)基因突變表現(xiàn)為不同的專一性。如來自胰臟的胰蛋白酶（Lys、Arg）、胰凝乳蛋白酶（Phe，Tyr，Trp、）和彈性蛋白酶（疏水殘基）活性中心Ser附近的aa順序相同，且分子一級結(jié)構(gòu)中有40%aa順序相同，三維結(jié)構(gòu)也相同，表明它們起源于共同的祖先，但是它們的底物專一性不同。同源的趨異進(jìn)化枯草桿菌Ser蛋白酶：-Gly-Thr-Ser-Met-Ala-Ser胰臟的胰凝乳蛋白酶等：-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro異源的趨同進(jìn)化：進(jìn)化來源不同功能特征相同胰蛋白酶（牛）

Asp-Ser-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Val-Val-Cys-Ser-Gly-Lys

胰凝乳蛋白酶（牛）

Ser-Ser-Cys-Met-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-Val-Cys-Lys-Lys-Asn

彈性蛋白酶（豬）

Ser-Gly-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-His-Cys-Leu-Val-Asn

凝血酶（牛）

Asp-Ala-Cys-Glu-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Phe-Val-Met-Lys-Ser-Pro

這4個(gè)源于哺乳動物的酶活性中心，都含有一個(gè)包括Ser在內(nèi)的完全相同的六肽：Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro比較1：絲氨酸蛋白酶族活性中心（高等動物比較）比較2：絲氨酸蛋白酶族活性中心（高等動物和原核生物比較）：枯草桿菌蛋白酶：Asp32-His64-Ser221胰凝乳蛋白酶：Asp102-His57-Ser195比較3：電荷中繼網(wǎng)（高等動物和原核生物比較）：五、酶活性的調(diào)節(jié)控制

酶活性的調(diào)節(jié)，對細(xì)胞生理是極為重要的，因?yàn)榧?xì)胞并不一定期望某酶一直保持在活性狀態(tài)。對酶分子的共價(jià)或非共價(jià)性修飾，其調(diào)節(jié)活性的效果最為直接而迅速；有些是可逆反應(yīng)，也有部分是不可逆。介紹三種調(diào)節(jié)方式：別構(gòu)調(diào)控、酶原的激活、可逆的共價(jià)修飾。（一）別構(gòu)調(diào)控與別構(gòu)酶

allostericregulationandallostericenzyme

酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象的變化，進(jìn)而改變酶活性狀態(tài)，稱為酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)。具有這種調(diào)節(jié)作用的酶叫做別構(gòu)酶。凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)叫做別構(gòu)劑或效應(yīng)物（effector）。1.天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（aspartatetranscarbamylase,ATCase）ADPHCO3－氨甲酰磷酸氨甲酰-AspCTPGlnGluATPAspPiATCase＋－協(xié)同(S型曲線)ATP

CTPvo[Substrate]非協(xié)同(雙曲線)(1)嘧啶途徑終產(chǎn)物CTP反饋抑制ATCase

嘧啶途徑終產(chǎn)物CTP抑制ATCase活性，不影響Vm。ATP能促進(jìn)酶與底物的結(jié)合，也不影響Vm。底物氨甲酰磷酸與Asp的結(jié)合是協(xié)同的，體現(xiàn)在反應(yīng)速度對底物濃度的S型曲線中。加入負(fù)效應(yīng)物CTP，活力降低，S型更明顯。加入正效應(yīng)物，活力升高，S型趨勢變小，接近雙曲線。大多數(shù)別構(gòu)酶均有這種S型曲線。(2)ATCase由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成ATCase是由兩組催化亞基(catalyticsubunit,CCC)以及三組調(diào)節(jié)亞基(regulatorysubunits,RR)組成；每組催化亞基由三條蛋白質(zhì)組成(C,34kD)，每組調(diào)節(jié)亞基由兩條蛋白質(zhì)組成(R,17kD)：

2×(CCC)＋3×(RR)＝C6R6

每調(diào)節(jié)亞基有一效應(yīng)物結(jié)合區(qū)，每催化亞基有一底物結(jié)合區(qū)。RRCCCRRRRCCC

四個(gè)亞基，理論上可以結(jié)合4個(gè)NAD＋，但從第三個(gè)亞基開始，解離常數(shù)迅速增大，因此，每個(gè)酶只能結(jié)合2分子的NAD＋。

3-磷酸甘油醛脫氫酶只能結(jié)合2個(gè)NAD＋，即此酶結(jié)合NAD＋的位點(diǎn)只有一半能與NAD＋起反應(yīng)，叫半位反應(yīng)性（halfsitereactivity)—極端的負(fù)協(xié)同效應(yīng)。3-磷酸甘油醛脫氫酶—負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶（phosphoglyceraldehydedehydrogenase)H－C＝O|H－C－OH|CH2OPO32－Glyceraldehyde3-phosphateO＝C－OPO32－

|H－C－OH|CH2OPO32－1,3-bisphosphoglycerateNAD++PiNADH+H+Glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase3.別構(gòu)酶的性質(zhì)（1）別構(gòu)酶的特點(diǎn)已知的別構(gòu)酶都是寡聚酶，通過次級鍵結(jié)合具有活性中心和別構(gòu)中心（調(diào)節(jié)中心），活性中心和別構(gòu)中心處在不同的亞基上或同一亞基的不同部位上。多數(shù)別構(gòu)酶不止一個(gè)活性中心，活性中心間有同位效應(yīng)，底物就是調(diào)節(jié)物：有的別構(gòu)酶不止一個(gè)別構(gòu)中心，可以接受不同的代謝物的調(diào)節(jié)。不遵循米式方程，動力學(xué)曲線是S型（正協(xié)同效應(yīng)）或表觀雙曲線（負(fù)協(xié)同效應(yīng)）。

（2）別構(gòu)酶動力學(xué)[Substrate]vo①②③①非別構(gòu)酶②正協(xié)同別構(gòu)酶③負(fù)協(xié)同別構(gòu)酶

a.正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶的動力學(xué)——S型曲線：這是協(xié)同現(xiàn)象(cooperative)，表示底物與酶之任何一個(gè)亞基結(jié)合后，可誘導(dǎo)改變酶的分子構(gòu)象，促進(jìn)其它亞基與底物間的結(jié)合能力。

b.負(fù)協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶的動力學(xué)——表觀雙曲線：在底物濃度較低的范圍內(nèi)酶活力上升很快，隨后當(dāng)?shù)孜餄舛扔休^大提高時(shí)，反應(yīng)速度上升卻很慢，表現(xiàn)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。方法2：協(xié)同指數(shù)（cooperativityindex,CIc.別構(gòu)酶的鑒定n為協(xié)同系數(shù)或Hill系數(shù)典型米氏類型的酶：Rs＝81，n＝1正協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶：Rs＜81，n＞1負(fù)協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)酶：Rs＞81，n＜1

方法1：雙倒數(shù)作圖不是直線

為了區(qū)分符合米氏方程的“正常”酶，具有正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶和負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶，Koshland建議用CI,CI又叫飽和比值(saturationratio，Rs)

理化處理后，仍保持活性，但失去調(diào)節(jié)性質(zhì)。脫敏后的別構(gòu)酶表現(xiàn)為米式酶的動力學(xué)曲線方法3：脫敏作用4.別構(gòu)模型

當(dāng)別構(gòu)酶受到效應(yīng)物的影響時(shí)，其分子可能會有不同的反應(yīng)行為。最重要的有兩種：

酶分子的每個(gè)亞基，在結(jié)合底物前后一起呈現(xiàn)T或R型，保持對稱性。（1）協(xié)同模型或?qū)ΨQ模型（concertedorsymmetrymodel,也叫WMC模型）SSSSSSSSSST態(tài)R態(tài)SSSS（2）序變式（Sequentialmodel,也叫KNF模型）依底物加入順序，分子構(gòu)象變化為TT→RT→RR。SSSSSSSSSST態(tài)TR態(tài)TR態(tài)TR態(tài)R態(tài)（二）不可逆共價(jià)調(diào)節(jié)——酶原激活

許多酶(或蛋白質(zhì))剛由mRNA轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)時(shí)，分子量較大而不具活性，稱為酶原(zymogen)。對蛋白質(zhì)則稱前體(precursor)。酶原或前體再經(jīng)蛋白酶切開，或除去部分肽段，才能成為具有活性的分子。例如消化系統(tǒng)中的酶（胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋白酶）及血液凝固系統(tǒng)中的酶都是又相關(guān)的前體激活而來的。這種酶原裂解的活化方式是不可逆的，因?yàn)楸磺械舻钠螣o法接回。1.消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活（1）胰凝乳蛋白酶原的激活（由胰蛋白酶激活）245Arg15-Ile16Chymotrypsinogen(inactive)π-Chymotrypsin(active)Ser14-Arg15Thr147-Asn148胰蛋白酶π-胰凝乳蛋白酶Ile16A

Leu13Ala149

C

BTyr146Disulfidebonds胰凝乳蛋白酶原(無活性)π-胰凝乳蛋白酶（活性最高,但不穩(wěn)定）α-胰凝乳蛋白酶（三鏈間有二硫鍵,有活性,穩(wěn)定）π-胰凝乳蛋白酶活性最高，但不穩(wěn)定；α-胰凝乳蛋白酶為穩(wěn)定的形式，A、B兩鏈及B、C兩鏈間各通過一對大的二硫鍵相連，其活性只有π-胰凝乳蛋白酶的2/5

酶活性中心的氨基酸殘基來自B、C二鏈。pH＜5時(shí)，失去N端的44個(gè)殘基的堿性肽段，活性中心暴露。（2）胃蛋白酶原的自動激活

胰蛋白酶原由胰腺細(xì)胞分泌，進(jìn)入小腸后在有Ca