酶的作用機(jī)制和酶的調(diào)節(jié)第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日2一.酶活性部位的特點(diǎn)1.只占酶分子總體積相當(dāng)小的部分(1%-2%);2.是一個(gè)三維實(shí)體;3.通過(guò)誘導(dǎo)契合的動(dòng)態(tài)過(guò)程形成;4.是位于酶分子表面的一個(gè)裂縫內(nèi)(疏水區(qū)域),底物有效濃度高;5.底物通過(guò)次級(jí)鍵較弱地力結(jié)合到酶上;6.具有柔性或可運(yùn)動(dòng)性.第一節(jié)酶作用的機(jī)制第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日3二.酶催化反應(yīng)的獨(dú)特性質(zhì)1.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(gè)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,底物分子結(jié)合在活性部位附近;(3)存在一個(gè)以上的底物分子結(jié)合部位,可催化多底物反應(yīng);(4)底物與酶結(jié)合,使底物分子中的鍵產(chǎn)生張力,有利于過(guò)度態(tài)復(fù)合物的形成.第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日4三.與酶催化高效率有關(guān)的因素(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(guò)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(jì)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(shí),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(guò)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日5(三)酸堿催化：是通過(guò)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(guò)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(duì)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(lèi)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(gè)催化功能團(tuán)。

廣義酸基團(tuán)廣義堿基團(tuán)（質(zhì)子供體）（質(zhì)子受體）第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日6(四)共價(jià)催化(親核催化或親電子催化)催化劑通過(guò)與底物形成反應(yīng)活性很高的共價(jià)過(guò)渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過(guò)程，稱為共價(jià)催化。在催化時(shí),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(jià)催化的基團(tuán)主要包括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(jià)催化作用。第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日7(五)金屬離子催化(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(gè)帶電基團(tuán)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日8

第二節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)控制和調(diào)節(jié)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(shí)，作出選擇，以達(dá)到對(duì)代謝過(guò)程的調(diào)節(jié)控制。

第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日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(gè)以上的亞基組裝而成，具有四級(jí)結(jié)構(gòu)，分子較大，常常表現(xiàn)出單體酶沒(méi)有的特殊性質(zhì)；（2）一般有兩個(gè)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(guò)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日10

別構(gòu)酶的性質(zhì)

別構(gòu)酶有和底物結(jié)合的活性部位，又有和調(diào)節(jié)物或效應(yīng)物結(jié)合的調(diào)節(jié)部位．調(diào)節(jié)部位與活性部位雖然在空間上是分開(kāi)的，但可互相影響，通過(guò)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日11

．

別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)

別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線:正協(xié)同效應(yīng)是S形曲線

別構(gòu)酶與非別構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)曲線的比較第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日12協(xié)同指數(shù)

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

位點(diǎn)被90%飽和時(shí)的底物濃度

1Rs==81n

位點(diǎn)被10%飽和時(shí)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(lèi)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日13別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡(jiǎn)稱ATCase第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日14在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一個(gè)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(gè)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(duì)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(lèi)型的核苷酸的供應(yīng)達(dá)到平衡。ATCase催化反應(yīng)中，速度對(duì)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(duì)天冬氨酸的Km值明顯增大，但并沒(méi)有改變Vmax，所以CTP是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)酶結(jié)合的協(xié)同性。第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日15

(二)酶原激活的調(diào)節(jié)酶原：沒(méi)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(guò)程稱為酶原的激活。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(guò)程。第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日16同功酶同功酶：能催化同一化學(xué)反應(yīng)的一類(lèi)酶?；钚灾行南嗨苹蛳嗤捍呋换瘜W(xué)反應(yīng)。分子結(jié)構(gòu)不同：理化性質(zhì)和免疫學(xué)性質(zhì)不同。第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日17

要點(diǎn)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(lèi)型分為六大類(lèi)：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(cè)定是酶純化的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，對(duì)同一種酶來(lái)說(shuō)，比活越高，酶的純度越高。

3.酶和其他催化劑一樣，可以通過(guò)降低反應(yīng)的活化能來(lái)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日18

4.酶活性部位是一個(gè)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(gè)主要模式是酸堿催化和共價(jià)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(jià)催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價(jià)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(guò)渡態(tài)時(shí)，酶對(duì)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日19

9.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(jià)結(jié)合，可逆抑制包括競(jìng)爭(zhēng)性抑制（Km增加，而Vmax不變）、非競(jìng)爭(zhēng)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(jià)結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得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(gè)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(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日20

11.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(guò)有選擇的蛋白水解被激活，這一過(guò)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(gè)酶。別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)酶的活性受到特殊的調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)劑可逆地結(jié)合在別