《第八章-酶的作用机制和酶的调节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章-酶的作用机制和酶的调节（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章第八章 酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节一一.酶的活性部位酶的活性部位(active site)存存在在于于酶酶分分子子表表面面的的具具有有结结合合和和催催化化底底物物形形成成产产物物的的空间区域空间区域活性中心活性中心= =结合基团结合基团+ +催化基团催化基团必必须须基基团团= =结结合合基基团团+ +催催化化基基团团+ +活活性性中中心心外外必必须须基基团团（维持活性中心存在的基团）（维持活性中心存在的基团）酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。通通常常将将酶酶的的结结合合部部位位和和催催化化部部位位总总称称为为
2、酶酶的的活活性性部部位位或活性中心或活性中心( (active center) )。结合部位决定酶的专一性结合部位决定酶的专一性催化部位决定酶所催化反应的性质催化部位决定酶所催化反应的性质酶的活性部位酶的活性部位 与催化作用相关的结构特点活性中心：活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间局限（部位）。反应的空间局限（部位）。结合部位结合部位结合部位结合部位( (Binding site)Binding site)： 酶分子中与底物结合的部位酶分子中与底物结合的部位酶分子中与底物结合的部位酶分子中与底物结合的部位 或区域一般称为结合部位。或区域一般称为结合
3、部位。或区域一般称为结合部位。或区域一般称为结合部位。（一）酶的活性部位的特点（一）酶的活性部位的特点（1 1）活活性性部部位位在在酶酶分分子子的的总总体体中中只只占占相相当当小小的的部部分分，通通常只占整个酶分子体积的常只占整个酶分子体积的1%-2%。（2 2）酶酶的的活活性性部部位位是是一一个个三三维维实实体体。酶酶的的活活性性取取决决于于活活性中心的构象。性中心的构象。（3 3）酶酶的的活活性性部部位位并并不不是是和和底底物物的的形形状状正正好好互互补补，而而是是在在酶酶和和底底物物结结合合的的过过程程中中，底底物物分分子子或或酶酶分分子子，有有时时是是两两者者的的构构象象同同时时发发生
4、生了了一一定定的的变变化化后后才才互互补补的的，这这是是催催化化基基团团的的位位置置也也正正好好在在所所催催化化底底物物键键断断裂裂和和即即将将生成键的适当位置。生成键的适当位置。（4 4）酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内。）酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内。（5 5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。（6 6）酶活性部位具有柔性或可运动性。）酶活性部位具有柔性或可运动性。底底底底 物物物物 活性中心以外活性中心以外活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团的必需基团的必需基团结合基团结合基团结合基团结合基团催化基团催化基团催化基团催化基团
5、 活性中心活性中心活性中心活性中心 催化部位催化部位( (Catalytic site): ): 酶分子中促使底物酶分子中促使底物发生化学变化的部位称发生化学变化的部位称为催化部位。为催化部位。l通常将酶的结合部位通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。活性部位或活性中心。l结合部位决定酶的专结合部位决定酶的专一性，一性，l催化部位决定酶所催催化部位决定酶所催化反应的性质。化反应的性质。胰凝乳蛋白酶牛的胰蛋白酶（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法二酶催化反应的独特性质二酶催化反应的独特性质（1 1）酶酶反反应应可可分分成成两两类类，一一类类
6、反反应应仅仅仅仅涉涉及及到到电子的转移，这类反应的速率或转换数在电子的转移，这类反应的速率或转换数在108s-1数数量量级级；另另一一类类反反应应涉涉及及到到电电子子和和质质子子两两者者或或其他基团的转移，它们的速率在其他基团的转移，它们的速率在103 s-1 。（2）酶酶的的催催化化作作用用是是由由氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的功功能能基基团和辅酶为媒介。团和辅酶为媒介。（3）酶催化反应的最适）酶催化反应的最适pH范围通常是狭小的。范围通常是狭小的。（4）与与底底物物相相比比，酶酶分分子子很很大大，而而活活性性部部位位通通常只比底物稍大一些。常只比底物稍大一些。（5）酶酶除除了了具具有有进进行
7、行催催化化反反应应所所必必需需的的活活性性基基团外，还有别的特性。团外，还有别的特性。三三. .影响酶催化效率的有关因素影响酶催化效率的有关因素多元催化多元催化多元催化多元催化 ( (multielement catalysis) multielement catalysis) 酶促酶促酶促酶促反应通常是几个基元反应协同作用的结果，包反应通常是几个基元反应协同作用的结果，包反应通常是几个基元反应协同作用的结果，包反应通常是几个基元反应协同作用的结果，包括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等。括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等。括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等。括酸碱催化、共价催化、金属离子
8、催化等。 表表表表面效应面效应面效应面效应 ( (surface effect) surface effect) 酶的活性中心形成酶的活性中心形成酶的活性中心形成酶的活性中心形成疏水性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。疏水性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。疏水性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。疏水性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。(1)临近定向效应临近定向效应1.1.在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，另一方面，面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，另一方面，由于活性中心的立体结构和相关
9、基团的诱导和定向作由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。2. 2.邻近效应邻近效应邻近效应邻近效应 ( (proximity effect)proximity effect)与定向排列与定向排列与定向排列与定向排列 ( (orientation orientation arrange ) arrange ) 邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使邻
10、近指底物汇聚于酶的活性中心，使酶活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的酶活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的酶活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的酶活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进行。行。行。行。3.3.有利于提高反应速度；有利于提高反应速度；定向效应包括定向效应包括 1)1)反反应应物物的的反反应应基基团团之之间间（双双底底物物反反应应基基团邻近）团邻近） 2) 2)酶的催化基
11、团和底物反应基团之间酶的催化基团和底物反应基团之间活性中心内定向使反应变成分子内反应活性中心内定向使反应变成分子内反应定向效应定向效应(2)(2)“张力张力”和和“形变形变”l底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生生“张力张力”甚至甚至“形变形变” ，从而促使酶，从而促使酶底物中间产物进入过渡态。底物中间产物进入过渡态。诱导契合诱导契合(3)(3)酸碱催化酸碱催化l酸酸- -碱催化可分为狭义的酸碱催化可分为狭义的酸- -碱催化和广义的酸碱催化和广义的酸- -碱催化。碱催化。酶参与的酸酶参与的酸-
12、 -碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式。式。l广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子, ,或是通或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。的过程。l酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。受体对底物进行酸碱催化。pHis 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。催化功能团。酸碱催化酸碱催化 广义酸基团广义酸基团广义酸基团广义
13、酸基团 广义碱基团广义碱基团广义碱基团广义碱基团 （质子供体）（质子供体）（质子供体）（质子供体） （质子受体（质子受体（质子受体（质子受体）(4)(4)共价催化共价催化l催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。度的过程，称为共价催化。l酶中参与共价催化的基团主要包括酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑的咪唑基，基，Cys 的巯基，的巯基，Asp 的羧基，的羧基，Ser 的羟基等。的羟基等。l某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也某些辅酶，
14、如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。可以参与共价催化作用。共价催化共价催化（5）离子催化）离子催化酶的催化实例酶的催化实例溶菌酶溶菌酶溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心溶菌酶的活性中心* *谷谷谷谷 氨氨氨氨 酸酸酸酸 3535和和和和 天天天天冬冬冬冬氨氨氨氨酸酸酸酸5252是是是是催催催催化化化化基团基团基团基团；* *色色色色氨氨氨氨酸酸酸酸6262和和和和6363、天天天天冬冬冬冬氨氨氨氨酸酸酸酸101101和和和和色色色色氨氨氨氨酸酸酸酸108108是是是是结结结结合合合合基基基基团团团团；* *A AFF为为为为底底底底物物物物多多多多糖糖糖糖链链链链
15、的的的的糖糖糖糖基基基基，位位位位于于于于酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心形形形形成的裂隙中。成的裂隙中。成的裂隙中。成的裂隙中。溶菌酶溶菌酶溶溶菌菌酶酶溶菌酶溶菌酶溶菌酶溶菌酶溶菌酶溶菌酶葡萄糖残基结合于酶葡萄糖残基结合于酶D D位使葡萄糖基由椅式转为高级量维持的半椅式活化态位使葡萄糖基由椅式转为高级量维持的半椅式活化态D D位葡萄糖基环上氧原子未成键电子对向位葡萄糖基环上氧原子未成键电子对向C C1 1转移形成双键转移形成双键C C1 1-O-O间间电电子子对对转转移移至至O O成成O O- -，O O- -接接受受Glu35Glu35羧羧基基之之H H，C C1 1-O-
16、O断断裂裂，释释放放第第一一个个产产物物R-R-OHOHC C1 1因电子丢失呈正电状态，因电子丢失呈正电状态，Asp52Asp52电离的电离的O O- -维持维持C C1 1的正电过渡态的正电过渡态因因Glu35Glu35之之OHOH间电子对转移至间电子对转移至O O，Glu35Glu35之之O O呈负电（未成键电子对）呈负电（未成键电子对）Glu35-OGlu35-O- -攻击攻击H H2 2O O之之H H形成形成- -OHOH，促使水电离产生促使水电离产生OHOH- -葡萄糖葡萄糖C C1 1+ +与与OHOH- -结合恢复低能量维持的稳定葡萄糖椅式构象并释放第二个产物结合恢复低能量维
17、持的稳定葡萄糖椅式构象并释放第二个产物胰核糖核酸酶胰核糖核酸酶A胰核糖核酸酶胰核糖核酸酶A胰核糖核酸酶胰核糖核酸酶A A胰胰核核糖糖核核酸酸酶酶A羧肽酶羧肽酶A丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族消化作用的丝氨酸蛋白酶消化作用的丝氨酸蛋白酶胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶是一组胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶是一组密切相关的水解酶类，它们的作用是水解肽链。密切相关的水解酶类，它们的作用是水解肽链。在胰脏内合成的是它们没有活性的酶原，然后在胰脏内合成的是它们没有活性的酶原，然后被分泌到消化道，并且仅仅在使用前被活化。被分泌到消化道，并且仅仅在使用前被活化。这这3 3种酶各有分工，每种酶在不同类型氨基
18、酸种酶各有分工，每种酶在不同类型氨基酸侧链相邻的肽键处水解蛋白质链。侧链相邻的肽键处水解蛋白质链。胰蛋白酶在碱性氮基酸，即赖氨酸或精氨酸的胰蛋白酶在碱性氮基酸，即赖氨酸或精氨酸的羰基后侧切开肽链。胰凝乳蛋白酶在芳香氨基羰基后侧切开肽链。胰凝乳蛋白酶在芳香氨基酸后侧切开肽链。弹性蛋白酶在它的水解位点酸后侧切开肽链。弹性蛋白酶在它的水解位点上几乎没有选择，但是它趋向于优先切开与小上几乎没有选择，但是它趋向于优先切开与小的不带电荷的侧链相邻的肽键。的不带电荷的侧链相邻的肽键。丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族
19、丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族丝氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族聚体天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族天冬氨酸蛋白酶族酶活性的调节酶活性的调节酶活力的改变可以通过增加或减少酶分酶活力的改变可以通过增加或减少酶分子的个数，也可以通过提高或降低每一子的个数，也可以通过提高或降低每一个酶分子的催化能力来实现。前者牵扯个酶分子的催化能力来实现。前者牵扯到非常复杂的过程（激素到非常复杂的过程（激素DNARNADNARNA蛋白质），是慢反应
20、。后者在现成的酶蛋白质），是慢反应。后者在现成的酶分子上进行加工，是快反应，是酶活性分子上进行加工，是快反应，是酶活性调节的内容，这种调节一般有调节的内容，这种调节一般有5 5种方式：种方式：别构调节、酶原激活、共价修饰、反馈别构调节、酶原激活、共价修饰、反馈调节、级联放大。调节、级联放大。 酶活性的调节控制酶活性的调节控制 （一）别构调节（一）别构调节 ( (allostericallosteric regulation)regulation)变构效应剂变构效应剂变构效应剂变构效应剂 ( (allosteric effector)allosteric effector)变构激活剂变构激活剂变
21、构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂变构抑制剂 变构酶变构酶变构酶变构酶 ( (allostericallosteric enzyme) enzyme) 变构部位变构部位变构部位变构部位 ( (allostericallosteric site) site)一一一一些些些些代代代代谢谢谢谢物物物物可可可可与与与与某某某某些些些些酶酶酶酶分分分分子子子子活活活活性性性性中中中中心心心心外外外外的的的的某某某某部部部部分分分分可可可可逆逆逆逆地地地地结结结结合合合合，使使使使酶酶酶酶构构构构象象象象改改改改变变变变，从从从从而而而而改改改改变变变变酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。
22、酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。别构酶别构酶(Allosteric enzyme)的特点：的特点：1）寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节）寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；（别构）部位；2）具有别构效应。）具有别构效应。别构中心结合了效应物（效应别构中心结合了效应物（效应物）后，导致酶的构象发生改变，影响了活性中物）后，导致酶的构象发生改变，影响了活性中心对底物的催化作用心对底物的催化作用 相同（均为底物）：同促效应相同（均为底物）：同促效应相同（均为底物）：同促效应相同（均为底物）：同
23、促效应（homotropic effecthomotropic effect） 不同（效应调节物）：异促效应不同（效应调节物）：异促效应不同（效应调节物）：异促效应不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effectheterotropic effect）根据别构物性质根据别构物性质根据别构物性质根据别构物性质正协同效应正协同效应正协同效应正协同效应（positive cooperative positive cooperative effecteffect）负协同效应负协同效应负协同效应负协同效应（negative cooperative negative cooperati
24、ve effecteffect）根据别构物结根据别构物结根据别构物结根据别构物结合后对后继合后对后继合后对后继合后对后继别构物的影别构物的影别构物的影别构物的影响响响响p别构酶举例别构酶举例（1）天冬氨酸转氨甲酰酶，简称天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase（1 1）天冬氨酸）天冬氨酸转氨甲氨甲酰酶酶（ATCaseATCase）这是嘧啶合成途径的第一个酶，受到这是嘧啶合成途径的第一个酶，受到CTP的反馈抑制，的反馈抑制，可被可被ATP激活。激活。Asp、氨甲酰磷酸均有正同促效应，氨甲酰磷酸均有正同促效应，CTP有异促效应，可使酶的有异促效应，可使酶的S形程度增大，即形程度增大，即Rs值减小值减小
25、。ATP使使Rs增大，当达到饱和时即成为双曲线。增大，当达到饱和时即成为双曲线。ATP和和CTP都只改变酶的亲和力，而不影响都只改变酶的亲和力，而不影响Vm。琥珀酸是天琥珀酸是天冬氨酸的类似物，在天冬氨酸浓度高时是竞争性抑制冬氨酸的类似物，在天冬氨酸浓度高时是竞争性抑制剂，而当天冬氨酸不足时则可模拟天冬氨酸的正调控剂，而当天冬氨酸不足时则可模拟天冬氨酸的正调控变构作用而成为激活剂。此酶共变构作用而成为激活剂。此酶共12个亚基，其中催化个亚基，其中催化和调节亚基各和调节亚基各6个。分子结构为个。分子结构为2个个C3中间夹着中间夹着3个个R2，活性中心位于两个催化亚基中间。别构中心位于调活性中心位
26、于两个催化亚基中间。别构中心位于调节亚基的远端，通过变构影响催化亚基的活性。节亚基的远端，通过变构影响催化亚基的活性。天冬氨酸天冬氨酸转氨甲氨甲酰酶酶（ATCase）动力学特征动力学特征：双底物反应，固定氨甲酰磷酸，：双底物反应，固定氨甲酰磷酸，变化变化Asp，其其s-v图为图为S形，是别构酶。形，是别构酶。效应物效应物：S（同促）、同促）、ATP（正协同，异促）、正协同，异促）、CTP（负协同，异促）负协同，异促）。（2）3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶共四个亚基，共四个亚基，Km1和和Km2都较小，易与都较小，易与NAD结合，即在低底物浓度时反应较快；结合，即在低底物浓度时反应较快；而
27、而Km3则增大了则增大了100倍，很难与倍，很难与NAD反反应。这是由构象变化引起的。在生物体应。这是由构象变化引起的。在生物体内，当内，当NAD不足时可以保证酵解的进行，不足时可以保证酵解的进行，而当而当NAD过多时则供给其它反应，避免过多时则供给其它反应，避免造成酸中毒。造成酸中毒。 酶活性的调节控制酶活性的调节控制-别构调节别构调节酶活性的调节控制酶活性的调节控制-别构调节别构调节别构调节别构调节糖酵解糖酵解酶活性的调节控制酶活性的调节控制-别构调节别构调节由于变构酶动力学不符合米氏酶的动力学，所以当反由于变构酶动力学不符合米氏酶的动力学，所以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不
28、能用应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用Km表示，而代之以表示，而代之以K 0.5表示。表示。判断米氏酶和别构酶的简单方法判断米氏酶和别构酶的简单方法通过通过Rs值（饱和比值）值（饱和比值） Rs位点被位点被90%饱和时的底物浓度饱和时的底物浓度 81 1/n 位点被位点被10%饱和时的底物浓度饱和时的底物浓度Rs81 米氏酶米氏酶Rs81 别构酶，负协同效应别构酶，负协同效应Rs1 别构酶，正协同效应别构酶，正协同效应n1 别构酶，负协同效应别构酶，负协同效应别构效应的生理意义别构效应的生理意义：酶对底物量的变化十分敏酶对底物量的变化十分敏感。感。比如：对米氏酶而言，比如：对米氏酶而
29、言，S90Vm/S10Vm81，意思是意思是S提高了提高了81倍，倍，v才提高才提高9倍，说明酶对倍，说明酶对S的变化很迟钝。的变化很迟钝。而对于一般的别构酶而言，而对于一般的别构酶而言，S90Vm/S10Vm3，意思是意思是S只要提高只要提高了了3倍，倍，v就能提高就能提高9倍，说明酶对倍，说明酶对S的变化的变化很敏感。很敏感。别构酶经加热或用化学试剂等处理，可引起别构别构酶经加热或用化学试剂等处理，可引起别构酶解离，失去调节活性，称为酶解离，失去调节活性，称为脱敏作用。脱敏作用。脱敏脱敏后的酶表现为米氏酶的动力学后的酶表现为米氏酶的动力学双曲线。双曲线。生理意义生理意义(1)(1)在变构酶
30、的在变构酶的S S形曲线中段，底物浓度稍有形曲线中段，底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。(2)(2)变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的开端，通过反馈抑制，构酶常处于代谢通路的开端，通过反馈抑制，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的可以及
31、早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。底物消耗。别构效应的机制别构效应的机制-齐变模型（齐变模型（MWC） 别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改变，导致其它所有亚基的构象一起变化，从而影响酶变，导致其它所有亚基的构象一起变化，从而影响酶的催化活性。此模型适应于活性中心和别构中心分别的催化活性。此模型适应于活性中心和别构中心分别处于不同亚基上的别构酶。血红蛋白的功能可以用此处于不同亚基上的别构酶。血红蛋白的功能可以用此模型解释。模型解释。1）是由确定数目的亚基组成的寡聚酶，有一个对称轴）是由确定数目的亚基组成的寡聚酶，有一个对称轴2）
32、每一个亚基对一种配体（或调节物）只有一个结合位）每一个亚基对一种配体（或调节物）只有一个结合位点点3）每种亚基有两种构象状态，）每种亚基有两种构象状态，R型和型和T型。构象的转变采型。构象的转变采取同步协同方式。如果一亚基从取同步协同方式。如果一亚基从T态变为态变为R态，则其它态，则其它亚基几乎同时转变成亚基几乎同时转变成R态，不存在态，不存在TR杂合态杂合态4）当蛋白质由一构象状态转变为另一构象状态时，其分）当蛋白质由一构象状态转变为另一构象状态时，其分子对称性保持不变子对称性保持不变别构效应的机制别构效应的机制-序变模型（序变模型（KNF） 别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改别
33、构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改变，并导致其相邻的亚基的构象发生改变，这种构象变，并导致其相邻的亚基的构象发生改变，这种构象变化依次传递，从而影响酶的催化活性。此模型适应变化依次传递，从而影响酶的催化活性。此模型适应于活性中心和别构中心同处于一条亚基上的别构酶。于活性中心和别构中心同处于一条亚基上的别构酶。1）当配体不存在时，别构酶只有一种构象状态存在）当配体不存在时，别构酶只有一种构象状态存在（T）2）别构酶的构象是以序变方式进行的，当配体与一个亚别构酶的构象是以序变方式进行的，当配体与一个亚基结合后，可引起该亚基构象发生变化，并使邻近亚基结合后，可引起该亚基构象发生变化，并使邻
34、近亚基易于发生同样的构象变化，有各种基易于发生同样的构象变化，有各种TR型杂合态型杂合态3）亚基间的相互作用可能是正协同效应，也可能是负协）亚基间的相互作用可能是正协同效应，也可能是负协同同效应效应（二）（二） 反馈调节反馈调节在一条代谢途径中，其中间产物，尤其是终产在一条代谢途径中，其中间产物，尤其是终产物，对第一步反应的酶活性进行的调节就是反物，对第一步反应的酶活性进行的调节就是反馈调节。有短反馈（馈调节。有短反馈（D对对E 1）、）、长反馈（长反馈（G对对E1）、）、正反馈（加速）、负反馈（抑制，默认）正反馈（加速）、负反馈（抑制，默认）A -E1- B -E2- C - E3- D -
35、 E4- E - E5- F - E6- G至于反馈调节的方式，可以是别构效应，也可至于反馈调节的方式，可以是别构效应，也可以是其它方式以是其它方式。 （三三）酶原（酶原（zymogenzymogen）的激活）的激活 酶原激活的生理酶原激活的生理酶原激活的生理酶原激活的生理意义意义意义意义 避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内使酶在特定的部位和环境中发挥作
36、用，保证体内代谢正常进行。代谢正常进行。代谢正常进行。代谢正常进行。 有的酶原可以视为酶的储存形有的酶原可以视为酶的储存形有的酶原可以视为酶的储存形有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶发式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶发式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶发式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶发挥其催化作用。挥其催化作用。挥其催化作用。挥其催化作用。酶活性的调节控制酶活性的调节控制酶原激活酶原激活某些酶原的激活过程某些酶原的激活过程酶原 激活条件 活化的酶 水解掉的肽段胃蛋白酶原 H+或胃蛋白酶 胃蛋白酶 六个多肽片段胰蛋白酶原 肠激酶或胰蛋白酶
37、胰蛋白酶 六肽糜蛋白酶原A 胰蛋白酶糜蛋白酶 -糜蛋白酶 两个二肽羧肽酶原A 胰蛋白酶 羧肽酶A 几个碎片弹性蛋白酶原 胰蛋白酶 弹性蛋白酶 几个碎片酶活性的调节控制酶活性的调节控制酶原激活酶原激活胃蛋白酶原的激活胃蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原进入小肠后，受肠激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位赖氨酸与第7位异亮氨酸残基之间的肽键被切断，水解掉一个六肽，酶分子空间构象发生改变，产生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原变成了有活性的胰蛋白酶赖赖缬缬天天天天天天天天甘甘异异赖赖缬缬天天天天天天天天缬缬组组丝丝S SS SS SS S464618183 3甘甘异异缬缬组组丝丝S SS
38、 SS SS S肠激酶肠激酶肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程胰蛋白酶原的激活过程酶原激活的级联反应酶原激活的级联反应-凝血机制凝血机制（四四四四）共价修饰）共价修饰）共价修饰）共价修饰( (covalent modification) covalent modification) 在在在在其其其其他他他他酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化作作作作用用用用下下下下，某某某某些些些些酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白肽肽肽肽链链链链上上上上的的的的一一一一些些些些基基基基团团团团可可可可与与与与某某某某种种
39、种种化化化化学学学学基基基基团团团团发发发发生生生生可可可可逆逆逆逆的的的的共共共共价价价价结结结结合合合合，从从从从而而而而改改改改变变变变酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的活性，此过程称为共价修饰。酶的活性，此过程称为共价修饰。能进行共价修饰的酶称为共价调节酶。能进行共价修饰的酶称为共价调节酶。能进行共价修饰的酶称为共价调节酶。能进行共价修饰的酶称为共价调节酶。 共价修饰的特点：共价修饰的特点：共价修饰的特点：共价修饰的特点：1）在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种状态中改变。有活性（或
40、高活性）两种状态中改变。2 2）共价修饰的互变是由不同的酶催化的。）共价修饰的互变是由不同的酶催化的。3 3）属于酶活性的快速调节。）属于酶活性的快速调节。4 4）由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应。）由激素信号启动的共价修饰会引起级联放大效应。常见类型常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见）磷酸化与脱磷酸化（最常见） 乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化 SHSH与与与与S SS
41、S互变互变互变互变酶活性的调节控制酶活性的调节控制-共价修饰共价修饰酶酶活活性性的的调调节节控控制制 共共价价修修饰饰酶活性的调节控制酶活性的调节控制-共价修饰共价修饰蛋白激酶同工酶同工酶概述概述同同工工酶酶( (isoenzyme)isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，但但酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构，理理化化性性质质，免免疫疫学学性性质质等不同的一组酶。等不同的一组酶。同工酶都是寡聚酶。同工酶都是寡聚酶。同同工工酶酶存存在在于于同同一一种种属属或或同同一一个个体体的的不不同同组组织织或同一细胞的不同亚细胞结构中。或同一细胞的不同亚细胞结构中。同工酶是长期进化
42、的产物。同工酶是长期进化的产物。同同工工酶酶对对进进化化，发发育育与与细细胞胞分分化化等等的的研研究究有有重重要意义。要意义。同工酶可用于疾病的诊断。同工酶可用于疾病的诊断。同工酶同工酶乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶( (lactate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, LDH)LDH)例：例：乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH1 LDH5)H HH HH HH HH HH HH H MMH HH HMMMMH HMMMMMMMMMMMMMMLDHLDH1 1 (H(H4 4) )LDHLDH2 2 (H(H3 3M)M) LDHLDH3 3 (H(H2 2MM2 2
43、) )LDHLDH4 4 (HM(HM3 3) )LDHLDH5 5 (M(M4 4) )乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶乳酸脱氢酶的同工酶生理及临床意义生理及临床意义生理及临床意义生理及临床意义 在代谢调节上在代谢调节上在代谢调节上在代谢调节上起着重要的作用；起着重要的作用；起着重要的作用；起着重要的作用； 用于解释发育用于解释发育用于解释发育用于解释发育过程中阶段特有的过程中阶段特有的过程中阶段特有的过程中阶段特有的代谢特征；代谢特征；代谢特征；代谢特征； 同工酶谱的改同工酶谱的改同工酶谱的改同工酶谱的改变有助于对疾病的变有助于对疾病的变有助于对疾病的变有助于对疾病的
44、诊断；诊断；诊断；诊断； 同工酶可以作同工酶可以作同工酶可以作同工酶可以作为遗传标志，用于为遗传标志，用于为遗传标志，用于为遗传标志，用于遗传分析研究。遗传分析研究。遗传分析研究。遗传分析研究。心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶谱的变化同工酶谱的变化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶谱心肌梗死酶谱正常酶谱正常酶谱肝病酶谱肝病酶谱2 23 34 45 5同工酶的生物学功能同工酶的生物学功能同工酶作为遗传标志同工酶作为遗传标志同工酶和个体发育及组织分化密切相关同工酶和个体发育及组织分化密切相关 分化型同工酶（分化型同工酶（differentiation）或成年性同或成年性同工酶（工酶（adult type isozyme） 原始性同工酶（原始性同工酶（original type isozyme ）或胎或胎儿性同工酶（儿性同工酶（foetal type isozyme ）同工酶与代谢调节同工酶与代谢调节 体内存在同工酶的意义在于体内存在同工酶的意义在于适应不同组织或不同细胞器代谢上的不同需要适应不同组织或不同细胞器代谢上的不同需要同工酶与癌基因的表达同工酶与癌基因的表达在农业上用于优势杂交组合的预测在农业上用于优势杂交组合的预测
