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1、酶酶 学学彭益强彭益强 Enzymology国国 立立 华华 侨侨 大大 学学 生生 物物 工工 程程 与与 技技 术术 系系第一节第一节 单底物反应动力学单底物反应动力学第二节第二节 抑制作用动力学抑制作用动力学第三节第三节 多底物反应动力学多底物反应动力学第四节第四节 别构酶动力学别构酶动力学第五节第五节 pH和温度对酶催化反应速度的影响和温度对酶催化反应速度的影响主要内容主要内容第四章第四章 酶催化反应动力学酶催化反应动力学第四节第四节 别构酶反应动力学别构酶反应动力学l酶与一般催化剂不同的特点：可调节性；酶与一般催化剂不同的特点：可调节性；l30%30%酶动力学不符合米氏方程，大多是寡
2、聚酶，酶动力学不符合米氏方程，大多是寡聚酶，受代谢物调节，但代谢物结构不类似于被调节受代谢物调节，但代谢物结构不类似于被调节酶底物；酶底物；l6060年代，年代，JacobJacob与与MonodMonod提出别构理论，反馈调提出别构理论，反馈调节作用称为别构效应。节作用称为别构效应。l非唯一调节方式，却是较为重要的一类。非唯一调节方式，却是较为重要的一类。例例子子ATCATC酶经过温和的化学处理，如用对羟基酶经过温和的化学处理，如用对羟基汞苯甲酸（汞苯甲酸（PCMBPCMB）处理可解聚为两个催）处理可解聚为两个催化亚基（为三聚体）和化亚基（为三聚体）和 3 3个调节亚基个调节亚基（为二聚体）
3、。催化亚基仍有催化活力，（为二聚体）。催化亚基仍有催化活力，但不再受效应物影响，调节亚基无催化但不再受效应物影响，调节亚基无催化活力，但仍能结合效应物。更剧烈的处活力，但仍能结合效应物。更剧烈的处理，如用十二烷基硫酸钠（理，如用十二烷基硫酸钠（SDSSDS）处理，）处理，则催化亚基和调节亚基都各解聚成则催化亚基和调节亚基都各解聚成6 6个单个单体体 主要内容主要内容l一、配体（底物）与蛋白质结合中协同效应一、配体（底物）与蛋白质结合中协同效应( (linklink) )l二、别构酶的性质、结构及动力学特性二、别构酶的性质、结构及动力学特性( (linklink) )l三、别构效应三、别构效应(
4、 (linklink) )go一、配体（底物）与蛋白质结合中协同效应一、配体（底物）与蛋白质结合中协同效应vv指蛋白质与一个配体（底物和效应物）结合后可影响蛋白质与指蛋白质与一个配体（底物和效应物）结合后可影响蛋白质与指蛋白质与一个配体（底物和效应物）结合后可影响蛋白质与指蛋白质与一个配体（底物和效应物）结合后可影响蛋白质与另一个配体结合能力；另一个配体结合能力；另一个配体结合能力；另一个配体结合能力；vv据此分类：据此分类：据此分类：据此分类：vv1 1 1 1，正协同效应，正协同效应，正协同效应，正协同效应- - - -激活 ；vv2 2 2 2，负协同效应，负协同效应，负协同效应，负协同
5、效应- - - -抑制；vv3 3 3 3，同促效应（同种协同效应，同促效应（同种协同效应，同促效应（同种协同效应，同促效应（同种协同效应, , , ,homotropic effecthomotropic effecthomotropic effecthomotropic effect）一个一个配体配体与酶结与酶结合后，引起酶分子构象变化，从而改变合后，引起酶分子构象变化，从而改变 后续后续相同配体相同配体对酶的亲对酶的亲和力和力；vv4 4 4 4，异促效应（异种协同效应，异促效应（异种协同效应，异促效应（异种协同效应，异促效应（异种协同效应, , , ,heterotropicheter
6、otropicheterotropicheterotropic effecteffecteffecteffect）一种一种配体配体与酶与酶结合引起结合引起另一种配体另一种配体对酶亲和力的改变对酶亲和力的改变；vv多数别构酶兼有同促效应和异促效应。多数别构酶兼有同促效应和异促效应。多数别构酶兼有同促效应和异促效应。多数别构酶兼有同促效应和异促效应。（一）协同效应（一）协同效应（二）配体与蛋白质结合（二）配体与蛋白质结合lE+S ESl结合常数：结合常数：Kb=ES/ES, Kb=K-1S,l蛋白质饱和分数蛋白质饱和分数Y Y：lEE0 0 恒定下，恒定下，lY Y对对SS作图为一双曲线；作图为一
7、双曲线；l在稳态下，亦是一双曲线。在稳态下，亦是一双曲线。此是米氏方程特性此是米氏方程特性! !1、与具单个结合部位的蛋白质结合、与具单个结合部位的蛋白质结合2、与具多个结合部位的蛋白质结合、与具多个结合部位的蛋白质结合l最简单情形：二聚体蛋白两个相同配体结合位，同最简单情形：二聚体蛋白两个相同配体结合位，同种正协同作用：种正协同作用：l M M2 2+2S M+2S M2 2S S2 2l结合常数结合常数: :l K Kb b=M=M2 2S S2 2/M/M2 2SS2 2l蛋白质饱和分数：蛋白质饱和分数：lY=MY=M2 2S S2 2/（M M2 2）0 0=K=Kb bSS2 2/(
8、K/(Kb bSS2 2+1)+1)lY YS,S,是是S S形曲线形曲线Hill方程方程l结合常数取对数：结合常数取对数：l更普通地，更普通地，n n个相同结合个相同结合位之蛋白质通式：位之蛋白质通式：l即为即为HillHill方程方程；l理想条件下理想条件下lLg(Y/(1-Y)lgS作图；作图；l即为即为Hill曲线图，线性，曲线图，线性，斜率为斜率为n n，纵截矩，纵截矩lgKb；l实验中测定的斜率实验中测定的斜率n n为为HillHill系数系数h; ;例：血红蛋白例：血红蛋白例：血红蛋白例：血红蛋白HillHill系数系数系数系数l多结合位蛋白与配体之间的结合研究是基于氧和血红多结
9、合位蛋白与配体之间的结合研究是基于氧和血红蛋白结合之研究；蛋白结合之研究；l19041904，Bohr,Bohr,绘制了血红蛋白与氧结合的饱和分数绘制了血红蛋白与氧结合的饱和分数Y Y对对氧分压的图形，是氧分压的图形，是S S形曲线；形曲线；l1909,Hill1909,Hill基于结合部位之间相互影响引起正协同效应基于结合部位之间相互影响引起正协同效应来解释此曲线；来解释此曲线；l若血红蛋白有若血红蛋白有n n个亚基，总反应式：个亚基，总反应式：lHb+nOHb+nO2 2 Hb(O Hb(O2 2)n)nl在基础上推导出在基础上推导出HillHill方程；方程；l做为含有做为含有4 4个氧
10、结合位的血红蛋白，个氧结合位的血红蛋白，l其斜率应为其斜率应为4 4氧氧饱饱和和度度YpO2血红蛋白血红蛋白S S形氧合曲线形氧合曲线l虽与实验数据有偏，但此方程很虽与实验数据有偏，但此方程很好地适合了血红蛋白氧合曲线及好地适合了血红蛋白氧合曲线及其它别构蛋白的协同过程，因此其它别构蛋白的协同过程，因此其数据处理方法即其数据处理方法即Lg(Y/(1-Y)lgPO2作图法（作图法（HillHill作图法）作图法）得到应用。得到应用。l血红蛋白氧合具高协同性，因此血红蛋白氧合具高协同性，因此极高或极低氧下只结合一个氧分极高或极低氧下只结合一个氧分子，两端斜率为子，两端斜率为1;1;l中间氧浓度区协
11、同性最好大，中间氧浓度区协同性最好大，h=2.8,h=2.8,但曲线斜率总不会达但曲线斜率总不会达4 4这这个亚基数；个亚基数；l目前其结构基础已初步阐明：目前其结构基础已初步阐明：l19601960，PerutzPerutz，4 4个结合位血红个结合位血红素完全分离，相互作用不可能，素完全分离，相互作用不可能，可能是亚基间作用，氧合中可能是亚基间作用，氧合中4 4个个氧结合也不一样，第一个需打开氧结合也不一样，第一个需打开盐键更多些，第盐键更多些，第4 4个更少，故呈个更少，故呈S S形曲线！形曲线！斜率斜率=1斜率斜率=10氧氧饱饱和和百百分分数数Lg(Y/(1-Y)第第1个个O2第第4个
12、个O2PO2血红蛋白血红蛋白H illlH illl图图back二、别构酶的性质、结构及动力学特性二、别构酶的性质、结构及动力学特性l别构作用：指不同于底物的物质对酶起到激活或抑制作用；别构作用：指不同于底物的物质对酶起到激活或抑制作用；l别构酶：具不止一个配基结合位的酶，活性位外的部位可与和别构酶：具不止一个配基结合位的酶，活性位外的部位可与和底物结构完全不同的物质结合，结合后通过构象变化影响底物底物结构完全不同的物质结合，结合后通过构象变化影响底物与活性位的作用从而对酶催化产生正或负影响；与活性位的作用从而对酶催化产生正或负影响；l发现起源：反馈调节；发现起源：反馈调节；l1 1，5050
13、年代，年代，Umbarger,L-Umbarger,L-苏氨酸到苏氨酸到L-L-异亮氨酸五步反应，当异异亮氨酸五步反应，当异亮氨酸过量则对第一步酶苏氨酸脱水酶产生反馈抑制！亮氨酸过量则对第一步酶苏氨酸脱水酶产生反馈抑制！l2 2，GerharfGerharf嘧啶核苷酸合成途径中发现终产物嘧啶核苷酸合成途径中发现终产物CTPCTP抑制第一步酶，抑制第一步酶，天冬氨酸转氨甲酰酶（天冬氨酸转氨甲酰酶（ACTase)ACTase)。（一）别构酶性质和结构（一）别构酶性质和结构某些酶的分子表面除活性中心外，尚有调节部位，某些酶的分子表面除活性中心外，尚有调节部位，当调节物（或称别构物）结合到此调节部位时
14、，当调节物（或称别构物）结合到此调节部位时，引起酶分子构象变化，导致酶活性改变，这类酶引起酶分子构象变化，导致酶活性改变，这类酶称为称为变变/别构酶别构酶。 3.6 重要的酶变构酶与变构调节变构酶与变构调节概概 念念 变构酶变构酶又称为又称为别构酶别构酶，指，指酶分子的非催化部位与某些酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后，引起酶的构象的改变，进化合物可逆地非共价结合后，引起酶的构象的改变，进而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称为而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称为变构调节变构调节( (allostericallosteric regulation) regulation)，具
15、有变构调节的酶称具有变构调节的酶称变构酶变构酶( (allostericallosteric enzyme) enzyme)。凡能使酶分子发生别构作用的物凡能使酶分子发生别构作用的物质称为质称为变构剂变构剂( (effectoreffector) )。 变构酶多为变构酶多为寡聚酶寡聚酶，含的亚基数一般为偶数；且分子，含的亚基数一般为偶数；且分子中有中有催化部位催化部位（结合底物）与（结合底物）与调节部位调节部位（结合变构剂），（结合变构剂），这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个不同部位。不同部位。 效应物（效应物（effecteref
16、fecter）不作用于活性中心，不作用于活性中心，而是活性中心以外的部位，引起分子构象变化，而是活性中心以外的部位，引起分子构象变化，来调节酶活力。此效应物为来调节酶活力。此效应物为别位效应剂别位效应剂( (allosteric effecter)allosteric effecter)特点：特点： 一般为寡聚酶一般为寡聚酶 有别构位和催化位有别构位和催化位 作用曲线往往为作用曲线往往为S S形形别构酶结构特性别构酶结构特性：（1 1）有多个亚基）有多个亚基（2 2）有四级结构）有四级结构（3 3）酶分子中除了有结合底物并催化反应的活性中）酶分子中除了有结合底物并催化反应的活性中心外，还有可以
17、结合调节物的别构中心。活性中心心外，还有可以结合调节物的别构中心。活性中心和别构中心可能位于不同的亚基或相同的亚基的不和别构中心可能位于不同的亚基或相同的亚基的不同部位。同部位。（4 4）活性用于结合底物，别构中心用于调节速度；）活性用于结合底物，别构中心用于调节速度；（5 5）有时因物理化学作用脱敏，但正常催化活性未）有时因物理化学作用脱敏，但正常催化活性未失，表现出米氏方程双曲线动力学特征。失，表现出米氏方程双曲线动力学特征。（二）动力学特性（二）动力学特性l与米氏曲线比较：与米氏曲线比较：l注意：别构酶往往注意：别构酶往往具有具有S S曲线特征，曲线特征，但反之不亦然！但反之不亦然！1米
18、氏特征曲线米氏特征曲线2 2正协同正协同S S曲线曲线3 3负协同曲线负协同曲线SvS形曲线动力学特征形曲线动力学特征lS S形曲线有利于反应速形曲线有利于反应速度的调节！度的调节！l与米氏曲线比较：与米氏曲线比较：l因此因此S S曲线体现为当底曲线体现为当底物浓度发生很小变化物浓度发生很小变化时，别构酶可以极大时，别构酶可以极大程度控制反应速度程度控制反应速度30.119vmax100%ABS90%vS10%v=81S90%vS10%v=3变构酶作用特点变构酶作用特点 1 1、一般变构酶分子上有二个以上的底物结合位点。一般变构酶分子上有二个以上的底物结合位点。当底物当底物与一个亚基上的活性中
19、心结合后，引起酶分子构象的改变，与一个亚基上的活性中心结合后，引起酶分子构象的改变，使其它亚基的活性中心与底物的结合能力发生改变，或出现使其它亚基的活性中心与底物的结合能力发生改变，或出现正协同效应正协同效应( (positivecooperative effect)positivecooperative effect)，或出现，或出现负协同负协同效应效应（negative cooperative effectnegative cooperative effect）。）。2 2、正协同效应的变构酶正协同效应的变构酶其其速度速度- -底物浓度曲线底物浓度曲线呈呈S S形形，即底即底物浓度较低时，
20、酶活性的增加缓慢，底物浓度高到一定程度物浓度较低时，酶活性的增加缓慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值后，酶活性显著加强，最终达到最大值VmaxVmax。如大肠杆菌的。如大肠杆菌的天冬氨酸转甲酰基酶天冬氨酸转甲酰基酶（ATCaseATCase）对底物天冬氨酸的结合表现）对底物天冬氨酸的结合表现为为正协同效应。正协同效应。3 3、负协同效应的变构酶负协同效应的变构酶其其速度速度- -底物浓度曲线底物浓度曲线为为类似双类似双曲线曲线。底物浓度较低时，底物浓度较低时，酶表现出较大活性，但酶表现出较大活性，但底物浓底物浓度明显增加时，度明显增加时，其反应速度无明显变化。如其反应速
21、度无明显变化。如3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛脱氢酶对醛脱氢酶对NADNAD+ +的结合为负协同效应的结合为负协同效应，其意义在于无论其意义在于无论细胞内酶的底物浓度如何变化，酶始终能以一个较恒定细胞内酶的底物浓度如何变化，酶始终能以一个较恒定的速度进行以满足细胞的基本需要。的速度进行以满足细胞的基本需要。 4 4、变构酶除活性中心外，还存在着能与变构剂作用的亚基、变构酶除活性中心外，还存在着能与变构剂作用的亚基或部位，或部位，称调节亚基称调节亚基( (或部位或部位) )。变构剂与调节亚基以非共价。变构剂与调节亚基以非共价键特异结合，可以改变调节亚基的构象，进而改变催化亚基键特异结合，可以改变调节
22、亚基的构象，进而改变催化亚基的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的变构剂称的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的变构剂称变构变构激活剂激活剂(allosteric activitor)(allosteric activitor)，它能使上述，它能使上述S S型曲线左移，型曲线左移，饱和量的变构激活剂可将饱和量的变构激活剂可将S S形曲线转变为矩形双曲线。凡使形曲线转变为矩形双曲线。凡使酶活性减弱的变构剂称酶活性减弱的变构剂称变构抑制剂变构抑制剂(allosteric inhibitor)(allosteric inhibitor)，能使，能使S S形曲线右移。例如，形曲线右移。例如，ATP
23、ATP是磷酸果糖激酶的变构抑制是磷酸果糖激酶的变构抑制剂，而剂，而ADPADP、AMPAMP为其变构激活剂。为其变构激活剂。 5 5、由于、由于变构酶动力学变构酶动力学不符合不符合米米- -曼氏酶曼氏酶的动力学的动力学，所以当反所以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用K Km m表示，表示，而代之以而代之以K K0.5S0.5S表示。表示。 正协同效应的变构酶底物活性曲线正协同效应的变构酶底物活性曲线 不加变构剂不加变构剂加变构激活剂加变构激活剂 加变构抑制剂加变构抑制剂+ +- -back三、别构效应三、别构效应l别构效应别构效应（al
24、losteric effectallosteric effect）：调）：调节物或效应物与酶分子上的别构中心结节物或效应物与酶分子上的别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构合后，诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性中心对底物的结合和催化象，使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而调节酶反应速度及作用受到影响，从而调节酶反应速度及代谢过程，此效应即为酶的代谢过程，此效应即为酶的别构效应别构效应。主要内容l1 1、别构效应生理调节功能、别构效应生理调节功能; ;l2 2、别构效应的类型判断法、别构效应的类型判断法; ;l3 3、变构酶活性调节的机理与模型、变构酶活性调节的机理与模
25、型. .1、别构效应生理调节功能、别构效应生理调节功能l别构调节是快速影响酶活的一种重要方式别构调节是快速影响酶活的一种重要方式, ,通常处通常处于代谢途径之起点或分叉点或关键点、限速点；于代谢途径之起点或分叉点或关键点、限速点；l例例1 1：天冬氨酸氨甲酰转移酶是起始点关键酶受：天冬氨酸氨甲酰转移酶是起始点关键酶受CTPCTP抑制和抑制和ATPATP激活；激活；l例例2 2：胆固醇合成途径中部甲羟戊二酸：胆固醇合成途径中部甲羟戊二酸C oAC oA还原酶还原酶是其限速酶，终产物胆固醇是其别构调节物；是其限速酶，终产物胆固醇是其别构调节物；协同效应之作用协同效应之作用l正协同效应使得配体浓度在
26、一定区间内酶反应速度对其变化非常正协同效应使得配体浓度在一定区间内酶反应速度对其变化非常敏感，而在区间外不敏感；敏感，而在区间外不敏感；l例：同时受几种酶作用之底物参与几个代谢途径，底物流量分配例：同时受几种酶作用之底物参与几个代谢途径，底物流量分配可通过正协同效应别构酶实现，如氨甲酰磷酸受可通过正协同效应别构酶实现，如氨甲酰磷酸受天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰转移酶正协同效应合理分配产转移酶正协同效应合理分配产CTPCTP和和Arg;Arg;l负协同效应提供了配体浓度变化对酶反应速度不敏感区；负协同效应提供了配体浓度变化对酶反应速度不敏感区；l例：若某底物许多酶均需要，此途径特别重要，负协同效
27、应可使例：若某底物许多酶均需要，此途径特别重要，负协同效应可使该途径稳定进行下去，如甘油醛该途径稳定进行下去，如甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶对磷酸脱氢酶对NADNAD+ +产生负协产生负协同效应，使之稳定产生而不管其它反应对同效应，使之稳定产生而不管其它反应对NAD+NAD+的影响。的影响。变构酶的动力学及变构酶对酶反应速度的调节变构酶的动力学及变构酶对酶反应速度的调节变构酶的动力学及变构酶对酶反应速度的调节变构酶的动力学及变构酶对酶反应速度的调节1.1.大多数变构酶具有大多数变构酶具有正协同效应正协同效应正协同效应正协同效应（酶分子结合一分子底（酶分子结合一分子底物或效应物后，酶的构象发生变化
28、，这种新的构象有利于后物或效应物后，酶的构象发生变化，这种新的构象有利于后续分子与酶的结合，大大促进后续分子与酶的亲合性），续分子与酶的结合，大大促进后续分子与酶的亲合性），其其初速度与底物浓度的关系呈初速度与底物浓度的关系呈S S形的形的v-Sv-S曲线。曲线。当底物浓度发生很小的当底物浓度发生很小的变化时，变构酶就极大变化时，变构酶就极大地控制着反应速度。在地控制着反应速度。在正协同效应中使得酶反正协同效应中使得酶反应速度对底物浓度的变应速度对底物浓度的变化极为敏感。化极为敏感。v2.2.另一类别构酶具有另一类别构酶具有负协同效应负协同效应负协同效应负协同效应，其动力学曲线，其动力学曲线在
29、表现上与双曲线相似，但意义不同：在表现上与双曲线相似，但意义不同： 具有负协同效应的酶在底物浓度较低的范围内酶具有负协同效应的酶在底物浓度较低的范围内酶活力上升快，但再继续下去，底物浓度虽有较大活力上升快，但再继续下去，底物浓度虽有较大的提高，但反应速度升高却较小。使得酶反应速的提高，但反应速度升高却较小。使得酶反应速度对底物浓度的变化不敏感度对底物浓度的变化不敏感s正正负负v生理意义及实例生理意义及实例1 1、在正协同效应的变构酶的、在正协同效应的变构酶的S S形曲线中段形曲线中段，底物浓度稍有底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化
30、的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以通过升，代谢通路又被打开，因此可以通过细胞内底物浓度的细胞内底物浓度的变化变化来灵敏地控制代谢速度来灵敏地控制代谢速度。 2 2、变构抑制剂变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的入口，通过谢通路的入口，通过反馈抑制反馈抑制，可以及早地调节整个代谢，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。通路，减少不必要的底物消耗。 例如例如葡萄糖的氧化分解葡萄糖的氧化分解可提供能量使可提供能量使AMPAMP
31、、ADPADP转变成转变成ATPATP，当当ATPATP过多时过多时，通过变构抑制剂通过变构抑制剂ATPATP抑抑制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解，制磷酸果糖激酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而而ADPADP、AMPAMP增多时增多时，则可通过变构激活剂，则可通过变构激活剂AMPAMP、ADPADP激活磷酸果糖激酶的活性促进糖的分解。随时激活磷酸果糖激酶的活性促进糖的分解。随时调节调节ATP/ADPATP/ADP的水平，可以的水平，可以维持细胞内能量维持细胞内能量的正常的正常供应。供应。 2、别构效应的类型判断法、别构效应的类型判断法l主要有以下主要有以下3 3种：种：l（1 1）vSl
32、（2 2）双倒数作图法）双倒数作图法l（3 3）HillHill作图法作图法（1）作图法）作图法vSl又称米氏作图又称米氏作图l1,1,符合米氏方程的无协同符合米氏方程的无协同效应，直角双曲线；效应，直角双曲线；l2,S2,S曲线的为正协同效应；曲线的为正协同效应；l3,3,非直角双曲线；非直角双曲线；SvOSvOSvO米米正正负负Sv双倒数作图双倒数作图l即即L-BL-B作图法；作图法；l1 1，无协同时直线；，无协同时直线；l2 2，正协同上凸；，正协同上凸；l3 3，负协同下；，负协同下；1/S1/vO1/S1/vO1/S1/vOHill作图作图l对别构酶而言对别构酶而言HillHill
33、方程：方程：llg(v/(vmax-v)lgS作图作图l斜率为斜率为n n，纵截矩，纵截矩lglgK Ks s，横截矩，横截矩（lgKs)/n; ;lv=0.5vmax时时S0.5, ,有：有：lgS0.5=1/nlgK0.5SlS0.5相当米氏方程中的相当米氏方程中的KmlHill作图斜率称作图斜率称:Hill:Hill系数或协同系数，系数或协同系数，h h表示之，可知有：表示之，可知有：lh h=1 =1 米氏类型酶米氏类型酶lh h 1 1 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶lh h 1 1 具有负协同效应的别构酶具有负协同效应的别构酶lgSlg(v/(vmax-v)n1olg
34、Slg(v/(vmax-v)n1olgSlg(v/(vmax-v)n=1o（4-664-66）E + nS ESn E + nPn+ +=SKmSVmvn v bnxy KmS n v Vm - =- = -loglog logKmSvVmv n=-Hill系数系数Hanes作图法S vS正协同 负协同 无协同Eadie hofstee法vSv正协同 负协同 无协同（2 2）协同指数）协同指数 Koshland Koshland标准标准：CICI（cooperativity indexcooperativity index）协同指）协同指数：酶分子中的结合位点被底物饱和数：酶分子中的结合位点被
35、底物饱和90%90%和和10%10%时底物时底物浓度的比值。亦称饱和比值浓度的比值。亦称饱和比值Rs(saturation ratio)Rs(saturation ratio)Rs=81 Rs=81 米氏类型酶米氏类型酶RsRs 81 81 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶RsRs 81 81 具有负协同效应的别构酶具有负协同效应的别构酶酶与底物结合达酶与底物结合达90%90%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度酶与底物结合达酶与底物结合达10%10%饱和度时底物浓度饱和度时底物浓度 Rs=协同指数推导协同指数推导l由由4-66可得：可得：l用用v=0.9vmax,v=0.1vmax代
36、代入得：入得：l从而有：从而有：l因而有协同指数：因而有协同指数：米氏方程米氏方程 CI（Rs）=81 n=1正协同正协同 CI（Rs）1负协同负协同 CI（Rs）81 n13、变构酶活性调节的机理与模型变构酶活性调节的机理与模型v序变模型序变模型（KNFKNF模型）模型）描述异促效应更适合描述异促效应更适合v齐变模型齐变模型(MWC(MWC模型模型)不适用于负协同不适用于负协同（1）MWC模型模型l1965,1965,同同Monod,Wyman,ChangeuxMonod,Wyman,Changeux提出，同构模型，对称提出，同构模型，对称模型，定义：模型，定义：l（1 1）寡聚体）寡聚体(
37、oligomer)(oligomer)由一定数量但数目不大亚基组由一定数量但数目不大亚基组成；成；l（2 2）相同亚基为原体（）相同亚基为原体（protomer);protomer);l（3 3）单体指完全解离的原体；）单体指完全解离的原体；l如两原体假设如两原体假设, ,不同构象状态亚基不利作用，故全是不同构象状态亚基不利作用，故全是R R（松弛高活性）或（松弛高活性）或T T（紧密低活性），两种构象状态在（紧密低活性），两种构象状态在无配体时处于平衡无配体时处于平衡, ,底物（配体）的结合打破此平衡，底物（配体）的结合打破此平衡，这样就能对协同效应给解释！这样就能对协同效应给解释！MWC模
38、型示意图模型示意图T T态态( (对底物亲和力低对底物亲和力低) )R R态态( (对底物亲和力高对底物亲和力高) )+S+SlRR浓度浓度R0，TT浓度浓度T0；lR0 T0l平衡常数平衡常数L =T0/R0；(1) (1) 当底物不与当底物不与T T态酶结合时态酶结合时: :lR0+S R1 R1+S R2lKR微观解离常数：微观解离常数：lKR=2SR0/R1 R1=2(S/KR)R0lKR=SR1/2R2 R2=(S2/KR2 )R0l饱和分数饱和分数YS=被底物占据的活性位被底物占据的活性位/总活性位总活性位l则有：则有：l相应式子代入有：相应式子代入有：2提示提示: :进行书面推导
39、进行书面推导: :设设=S/KR2(4-76)l(2)T(2)T状态也可和配体结合，解离常数状态也可和配体结合，解离常数K KT T：lKT=2ST0/T1 KT=ST1/2T2；l一般地，一般地，n n个亚基聚体，第个亚基聚体，第i i个配体结合时，有：个配体结合时，有：lKT类似类似；l设设c=KR/KT, a=S/KRl则处于则处于R R态的酶为：态的酶为：lT T态酶亦然；态酶亦然；l配体占据总活性位饱和分数：配体占据总活性位饱和分数：提示提示提示提示: : : :进行书面推导进行书面推导进行书面推导进行书面推导C当当n=2n=2时时: :KT=2ST0/T1 KT=ST1/2T2(4
40、-81)CMWC模型解释模型解释l其协同效应是基于其协同效应是基于Rn/Tn的平衡；的平衡；l无配体时，无配体时，L L很大，趋向很大，趋向T T态；态；l配体浓度较高时，配体浓度较高时，Rn/Tn平衡受到平衡受到扰动，更多扰动，更多R Rn n从从T Tn n生成，产生更生成，产生更多的多的RnS，RnS2络合物直至络合物直至Tn全全部转变成部转变成Rn, ,因此整个结合曲线因此整个结合曲线是是S S型，是正协同效应特征；型，是正协同效应特征；l不能解释同种负协同效应不能解释同种负协同效应MWC模型模型（2）KNF模型模型l19661966年年Koshland,Nemethy,Filmer提
41、出，渐变模型；提出，渐变模型；l不同点：不同点：l（1 1）无底物时不存在）无底物时不存在R R0 0-T-T0 0的平衡的平衡,T,T到到R R是配基的诱导是配基的诱导; ;l（2 2）若由）若由n n全亚基构成全亚基构成, ,则由则由T T到到R R态不是同时进行的态不是同时进行的, ,存在存在RTRT状态状态; ;l（3 3）可以是正或负协同效应）可以是正或负协同效应; ;+S+STTRTRRl以二亚基酶为例，以二亚基酶为例，O O表示表示T T态，口表示态，口表示R R态，态，lK KtTRtTR,T,T到到R R的平衡常数的平衡常数; ;lK KSRSR,S,S与与R R结合的平衡常
42、数结合的平衡常数; ;lK KTRTR,S,S与与T T结合的络合常数结合的络合常数; ;l过程如下：过程如下：SSKtTRKSRKTRKTTKNF模型模型形态形态与教与教材规材规定的定的相反相反!l以以OO为标准态为标准态, ,相对浓度为相对浓度为1,1,如要计算浓度则有如要计算浓度则有: :S+ OSOKTR OSOS=KTRSO =2KTRS OSOOO=2KTRKtTRKSRS/KTTSO=2KTRKtTRKSRS令令KTT=1 则有则有:(1)(2)+ SSKSRSS=KSR(3)KtTRKtTR =(3)代入代入(2)得得S 再将其代入再将其代入(1)得得SO =2KTRKtTRK
43、SRS O2(4)+KTT2= KTT代入上式代入上式: :概率因素概率因素2(A)l其它形式的酶相对浓度其它形式的酶相对浓度: :SS=K2tTRKRRK2SRS= 1推导推导: :SS+KRRSSSS=KRRSS由式由式(1)(1)代入代入S表达式表达式=KRRSSKTRKTRSS=K2tTRKRRK2SRS2=代入代入(A)l代入以上各项式有代入以上各项式有:l用用YS也得也得S形曲线形曲线;lMWC,KNF都只考虑了最简单情况都只考虑了最简单情况(教材图教材图4-46所示所示)。l酶活性中心被配基饱和的分数为酶活性中心被配基饱和的分数为: : MWC和KNF模型结合 通用模式无论有无配
44、体存在，亚基构象的改变都能发生。无论有无配体存在，亚基构象的改变都能发生。同样酶分子中，可存在不同构象亚基的杂交体。同样酶分子中，可存在不同构象亚基的杂交体。两种不同的构象都能顺序地与配体结合。两种不同的构象都能顺序地与配体结合。 3EIG模型式模型式 (Eigen模式)back别构酶实例别构酶实例大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶（ E.coli aspartate transcarbamylase ,ATCase ）(1) (1) 嘧啶合成途径的第一个酶；嘧啶合成途径的第一个酶； ATPATP正激活；正激活；CTPCTP负抑制负抑制 ATCaseATCase： MW=31
45、0 MW=310，000 000 由由1212条肽链组成；条肽链组成；两类亚基：大亚基两类亚基：大亚基催化亚基，对催化亚基，对ATPATP、CTPCTP无作用；无作用；小亚基小亚基调节亚基，可结合调节亚基，可结合ATPATP、CTPCTP，但无催化活性；，但无催化活性；催化亚基（三聚体）催化亚基（三聚体）调节亚基（二聚体）调节亚基（二聚体） 每个催化亚基上有三个每个催化亚基上有三个AspAsp的的S S结合部位。结合部位。 （三聚体每条肽链上有一个）（三聚体每条肽链上有一个） 每个调节亚基上有两个别构效应剂（每个调节亚基上有两个别构效应剂（CTPCTP、ATPATP） 结合结合部位（二聚体每条肽链上有一个），研究发现部位（二聚体每条肽链上有一个），研究发现 S S、ATPATP、CTPCTP都可使都可使ATCaseATCase产生别构效应。产生别构效应。（3 3）研究还发现）研究还发现 ATCase ATCase与与S S结合，它就肿涨（结合，它就肿涨（swellingswelling） 成为成为R R态；而当态；而当ATCase与与CTPCTP结合它就收缩成结合它就收缩成T T态。态。(2) ATCase活性调节的机理活性调节的机理 有催化活性的构象 无催化活性的构象
