生物化学 第十章 酶的作用机制和酶的调节.ppt

第十章第十章 酶的作用机制和酶的调节酶的作用机制和酶的调节一、酶的活性部位一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质二、酶催化反应的独特性质三、影响酶催化效率的有关因素三、影响酶催化效率的有关因素四、酶催化反应机制的实例四、酶催化反应机制的实例五、酶活性的调节控制五、酶活性的调节控制六、同工酶六、同工酶2006-1-7上海大学生命科学学院一、酶的活性部位一、酶的活性部位活活性性中中心心：酶酶分分子子中中结结合合底底物物并并起起催催化化作作用用的的少少数数氨氨基基酸酸残残基基，包包括括底底物物结结合合部部位位（决决定定酶酶的的专专一一性性）、催催化化部位（决定酶所催化反应的性质）。部位（决定酶所催化反应的性质）。频频率率最最高高的的活活性性中中心心的的氨氨基基酸酸残残基基：SerSer、HisHis、CysCys、TyrTyr、AspAsp、GluGlu、LysLys。不不需需要要辅辅酶酶的的酶酶：活活性性中中心心是是酶酶分分子子在在三三维维结结构构上上比比较较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基的某些基团。靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基的某些基团。需需要要辅辅酶酶的的酶酶：辅辅酶酶分分子子或或辅辅酶酶分分子子的的某某一一部部分分结结构构往往往就是活性中心的组成部分。往就是活性中心的组成部分。（一）酶活性部位的特点（一）酶活性部位的特点2006-1-7上海大学生命科学学院接接触触残残基基：R1、R2、R6、R8、R9、R163辅辅助助残残基基：R3、R4、R5、R164、R165结结 构构 残残 基基：R10、R162、R169非贡献残基：其它非贡献残基：其它2006-1-7上海大学生命科学学院酶蛋白酶蛋白必需残基必需残基非必需残基非必需残基活性中心活性中心活性中心外活性中心外接触残基接触残基辅助残基辅助残基结构残基结构残基结合残基结合残基催化基团催化基团（1 1）接触残基：）接触残基：结合基团，催化基团。结合基团，催化基团。（2 2）辅辅助助残残基基：不不与与底底物物接接触触，辅辅助助酶酶与与底底物物结结合合，协协助助接触残基。接触残基。上述两类残基构成上述两类残基构成酶活性中心酶活性中心。（3 3）结结构构残残基基：维维持持酶酶分分子子三三维维构构象象，与与酶酶活活性性相相关关，但但不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心以外的必需残基。不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心以外的必需残基。上述三类残基统称酶的上述三类残基统称酶的必需基团必需基团（4 4）非贡献残基（非必需基团）非贡献残基（非必需基团）可可能能在在免免疫疫，酶酶活活性性调调节节，运运输输转转移移，防防止止降降解解等等方方面面起起作作用。用。2006-1-7上海大学生命科学学院酶活性部位的特点：酶活性部位的特点：（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，往往只占整个酶分子体积的往往只占整个酶分子体积的1%-2%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，具具有有三三维维空空间间结结构构。活活性性中中心心的的空空间间构构象象不不是是刚刚性性的的，在在与与底底物物接接触触时时表表现现出出一一定定的的柔柔性性和和运运动动性性。（邹邹承承鲁鲁研研究究酶酶变变性性的的工作）工作）（3 3）通过诱导契合酶和底物结合；）通过诱导契合酶和底物结合；（4 4）酶酶的的活活性性部部位位是是位位于于酶酶表表面面的的一一个个裂裂隙隙内内，裂裂隙隙内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的结合；（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。2006-1-7上海大学生命科学学院（二）研究酶活性部位的方法（二）研究酶活性部位的方法（1 1）通通过过酶酶的的专专一一性性：研研究究酶酶的的专专一一性性底底物物的的结结构构特特点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。（2 2）酶酶的的化化学学修修饰饰法法：例例如如1.1.用用共共价价修修饰饰的的试试剂剂作作用用于于酶酶，查查明明保保持持酶酶活活力力的的必必需需基基团团；2.2.亲亲和和标标记记（合合成成底物类似物）；底物类似物）；3.SH3.SH保护剂的使用。保护剂的使用。（3 3）X X射线晶体衍射法射线晶体衍射法（4 4）分子生物学的方法）分子生物学的方法2006-1-7上海大学生命科学学院二、酶催化反应的独特性质二、酶催化反应的独特性质（1 1）酶酶反反应应分分为为两两类类：仅仅涉涉及及电电子子转转移移和和涉涉及及电电子子和和质子两者或者其他基团的转移质子两者或者其他基团的转移。（2 2）催催化化作作用用是是以以氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的功功能能基基团团和和辅辅酶酶为为媒介。媒介。（3 3）酶催化反应的最适）酶催化反应的最适pHpH范围通常狭小。范围通常狭小。（4 4）酶酶分分子子很很大大，而而活活性性部部位位通通常常只只比比底底物物稍稍大大一一些些，一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。（5 5）酶具有复杂的折叠结构。）酶具有复杂的折叠结构。2006-1-7上海大学生命科学学院三、影响酶催化效率的有关因素三、影响酶催化效率的有关因素（一）底物和酶的（一）底物和酶的邻近效应与定向效应邻近效应与定向效应邻邻近近效效应应：酶酶与与底底物物形形成成中中间间复复合合物物后后使使底底物物之之间间、酶酶的的催催化化基基团团与与底底物物之之间间相相互互靠靠近近，提提高高了了反反应应基基团团的的有有效浓度。效浓度。定定向向效效应应：由由于于酶酶的的构构象象作作用用，底底物物的的反反应应基基团团之之间间、酶与底物的反应基团之间正确取向的效应。酶与底物的反应基团之间正确取向的效应。酶酶把把底底物物分分子子从从溶溶液液中中富富集集出出来来，使使它它们们固固定定在在活活性性中中心心附附近近，反反应应基基团团相相互互邻邻近近，同同时时使使反反应应基基团团的的分分子子轨轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。道以正确方位相互交叠，反应易于发生。2006-1-7上海大学生命科学学院邻近效应与定向效应对反应速度的影响：邻近效应与定向效应对反应速度的影响：使底物浓度在活性中心附近很高使底物浓度在活性中心附近很高酶对底物分子的电子轨道具有导向作用酶对底物分子的电子轨道具有导向作用酶使分子间反应转变成分子内反应酶使分子间反应转变成分子内反应邻近效应和定向效应对底物起固定作用邻近效应和定向效应对底物起固定作用 2006-1-7上海大学生命科学学院2006-1-7上海大学生命科学学院（二）底物的形变和诱导契合（二）底物的形变和诱导契合酶酶中中某某些些基基团团可可使使底底物物分分子子的的敏敏感感键键中中某某些些基基团团的的电电子子云云密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。酶酶从从低低活活性性形形式式转转变变为为高高活性形式，利于催化。活性形式，利于催化。底底物物形形变变，利利于于形形成成ESES复复合物。合物。底底物物构构象象变变化化，过过度度态态结结构，大大降低活化能。构，大大降低活化能。2006-1-7上海大学生命科学学院ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物底物 羧羧羧羧肽肽肽肽酶酶酶酶结结结结合合合合底底底底物物物物前前前前后后后后构构构构象象象象变变变变化化化化2006-1-7上海大学生命科学学院（三）（三）酸碱催化酸碱催化酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用。酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用。影影响响酸酸碱碱催催化化反反应应速速度度的两个因素的两个因素酸酸碱碱强强度度(pKpK值值）。组组氨氨酸酸咪咪唑唑基基的的解解离离常常数数为为6 6，在在pH6pH6附附近近给给出出质质子子和和结结合合质质子子能能力力相相同同，是是最最活活泼泼的的催催化化基基团团。给给出出质质子子或或结结合合质质子子的的速速度度。咪咪唑唑基基最最快快，半寿期小于半寿期小于1010-10-10秒秒2006-1-7上海大学生命科学学院（四）共价催化（四）共价催化酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。很高的共价中间物。酶酶亲亲核核基基团团：Ser-OHSer-OH，CysCys-SH-SH，His-NHis-N、Asp-COOHAsp-COOH；底底物物亲亲电电中中心心：磷磷酰酰基基（-P=O-P=O），酰酰基基（-C=O-C=O），糖糖基基（GluGlu-C-C-OHOH）某某些些辅辅酶酶，如如焦焦磷磷酸酸硫硫胺胺素素和和磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛等等也也可可以以参参与与共共价价催催化化作用。作用。催催化化剂剂通通过过与与底底物物形形成成反反应应活活性性很很高高的的共共价价过过渡渡产产物物，使使反反应应活活化化能能降降低低，从从而而提提高高反反应应速速度度的的过过程程，称称为为共共价催化价催化。2006-1-7上海大学生命科学学院（五）（五）金属离子催化金属离子催化金金属属酶酶（metalloenzyme):metalloenzyme):含含紧紧密密结结合合的的金金属属离离子子，FeFe2+2+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、MnMn2+2+、CoCo3+3+。金属金属-激活酶（激活酶（metal-activated enzyme):metal-activated enzyme):含松散结合的含松散结合的金属离子，金属离子，NaNa+、K K+、MgMg2+2+、CaCa2+2+。金属离子参加的四种主要催化途径金属离子参加的四种主要催化途径（1 1）通过结合底物为反应定向通过结合底物为反应定向（2 2）通过自身价数的改变参加氧化还原反应）通过自身价数的改变参加氧化还原反应（3 3）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷（4 4）金属离子通过水的离子化促进亲核催化。）金属离子通过水的离子化促进亲核催化。2006-1-7上海大学生命科学学院（六）多元催化和协同效应（六）多元催化和协同效应在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应配合在一在酶催化反应中，常常是几个基元催化反应配合在一起共同起作用。起共同起作用。2006-1-7上海大学生命科学学院（七）活性部位微环境的影响（七）活性部位微环境的影响 疏水环境疏水环境介电常数低，加强极性基团间的作用。介电常数低，加强极性基团间的作用。电荷环境电荷环境在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子态的离子 2006-1-7上海大学生命科学学院四、酶催化反应机制的实例四、酶催化反应机制的实例（一）溶菌酶（一）溶菌酶（lysozymelysozyme）NAG:N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖NAM:N-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸2006-1-7上海大学生命科学学院 溶菌酶溶菌酶-底物复合物底物复合物酶切位点酶切位点2006-1-7上海大学生命科学学院溶菌酶活性中心与底物结合示意图溶菌酶活性中心与底物结合示意图Asp52Glu35（极性区）（极性区）（非极性区）（非极性区）2006-1-7上海大学生命科学学院溶菌酶催化反应机理溶菌酶催化反应机理C1+非极性区非极性区极性区极性区HO-E环环H2O（广义酸碱催化）（广义酸碱催化）2006-1-7上海大学生命科学学院（二）（二）RNaseRNase A A RNaseRNase-底物复合物底物复合物底物复合物底物复合物2006-1-7上海大学生命科学学院RNase活性中心的酸碱催化机理活性中心的酸碱催化机理2006-1-7上海大学生命科学学院核糖核酸链受核糖核酸链受Rnase水解的位点水解的位点2006-1-7上海大学生命科学学院（三）羧肽酶（三）羧肽酶 A A 羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心ZnZnZnZn2+2+2+2+的中心作用的中心作用的中心作用的中心作用2006-1-7上海大学生命科学学院羧肽酶活性中心必需基团与底物羧肽酶活性中心必需基团与底物羧肽酶活性中心必需基团与底物羧肽酶活性中心必需基团与底物间的结合间的结合间的结合间的结合2006-1-7上海大学生命科学学院ZnZn羧羧羧羧肽肽肽肽酶酶酶酶结结结结合合合合底底底底物物物物前前前前后后后后构构构构象象象象变变变变化化化化2006-1-7上海大学生命科学学院羧肽酶活性中心的共价催化机理羧肽酶活性中心的共价催化机理羧肽酶活性中心的共价催化机理羧肽酶活性中心的共价催化机理 1452006-1-7上海大学生命科学学院（四）丝氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）（四）丝氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶）胰凝乳蛋白酶分子中催胰凝乳蛋白酶分子中催胰凝乳蛋白酶分子中催胰凝乳蛋白酶分子中催化三联体构象化三联体构象化三联体构象化三联体构象His57Asp102Ser195Asp102His57Ser195His57102AspSer195A.酶分子中的电荷中继网酶分子中的电荷中继网B.加上底物后，从加上底物后，从Ser转移一个质子给转移一个质子给His，带正电荷的咪唑基通过带负电荷的带正电荷的咪唑基通过带负电荷的Asp静电静电相互作用被稳定相互作用被稳定Ser195102AspHis57底物底物2006-1-7上海大学生命科学学院氢键体系氢键体系-电荷中继网电荷中继网2006-1-7上海大学生命科学学院胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（1）结合底物结合底物His57 质子供体质子供体形成共价形成共价ES复合物复合物C-N键断裂键断裂底物底物2006-1-7上海大学生命科学学院胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（胰凝乳蛋白酶反应的详细机制（2）氨基产物释放氨基产物释放四面体中间物四面体中间物的瓦解的瓦解水亲核攻击水亲核攻击羧基产物释放羧基产物释放H2OR-NH22006-1-7上海大学生命科学学院五、酶活性的调节控制五、酶活性的调节控制（一）别构调控（一）别构调控概概念念：酶酶分分子子的的非非催催化化部部位位与与某某些些化化合合物物可可逆逆地地非非共共价价结结合合后后导导致致酶酶分分子子发发生生构构象象改改变变，进进而而改改变变酶酶的的活活性性状状态态，称称为为酶酶的的别别构构调调节节(allostericallosteric regulation)regulation)，具具有有这这种种调调节节作作用用的的酶酶称称别别构构酶酶(allostericallosteric enzyme)enzyme)。别别构构酶酶促促反反应应底底物物浓浓度度和和反反应应速速度度的的关关系系不不符符合合米米氏氏方方程程，呈呈S S型型曲线曲线。凡凡能能使使酶酶分分子子发发生生别别构构作作用用的的物物质质称称为为效效应应物物(effectoreffector)，通通常常为为小小分分子子代代谢谢物物或或辅辅因因子子。如如因因别别构构导导致致酶酶活活性性增增加加的的物物质质称称为为正正效效应应物物(positive(positive effectoreffector)或或别别构构激激活活剂，反之称负效应物剂，反之称负效应物(negative(negative effectoreffector)或别构抑制剂。或别构抑制剂。别别构构调调节节普普遍遍存存在在于于生生物物界界，许许多多代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶利利用用别别构构调调节节来来控控制制代代谢谢途途径径之之间间的的平平衡衡，研研究究别别构构调调控控有有重重要的生物学意义。要的生物学意义。2006-1-7上海大学生命科学学院A-非调节酶非调节酶B-正协同别构酶正协同别构酶 的的S形曲线形曲线 别构酶与米氏酶的动力学曲线比较别构酶与米氏酶的动力学曲线比较当底物浓度发生很小当底物浓度发生很小的变化时，别构酶就的变化时，别构酶就极极大大地地控控制制着着反反应应速速度。度。在在正正协协同同效效应应中中使使得得酶酶反反应应速速度度对对底底物物浓浓度的变化极为敏感。度的变化极为敏感。2006-1-7上海大学生命科学学院区分酶的类型有两种标准区分酶的类型有两种标准a.a.KoshlandKoshland标准：标准：CICI（cooperativitycooperativity index index）协同协同指数：酶分子中的结合位点被底物饱和指数：酶分子中的结合位点被底物饱和90%90%和和10%10%时底时底物浓度的比值。亦称饱和比值物浓度的比值。亦称饱和比值Rs(saturationRs(saturation ratio)ratio)RsRs=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 RsRs=81=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b.Hillb.Hill系数：系数：HillHill系数系数=1 =1 米氏类型酶米氏类型酶 HillHill系数系数 1 1 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶 HillHill系数系数 1 1 具有负协同效应的别构酶具有负协同效应的别构酶2006-1-7上海大学生命科学学院1-非调节酶非调节酶2-正协同别构酶正协同别构酶3-负协同别构酶负协同别构酶 正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较正、负协同别构酶与非调节酶的动力学曲线比较具具有有负负协协同同效效应应的的酶酶在在底底物物浓浓度度较较低低的的范范围围内内酶酶活活力力上上升升快快，但但再再继继续续下下去去，底底物物浓浓度度虽虽有有较较大大的的提提高高，但但反反应应速速度度升升高高却却较较小小。使使得得酶酶反反应应速速度度对对底底物物浓浓度度的的变变化化不敏感不敏感2006-1-7上海大学生命科学学院天冬氨酸转氨甲酰酶（天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCaseATCase）ATCaseATP+氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸CTP-UTPUMP氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸2006-1-7上海大学生命科学学院E.coliE.coli的的的的ATCaseATCase的亚基排列的亚基排列的亚基排列的亚基排列c:催化亚基（催化亚基（catalytic subunit）r:调节亚基（调节亚基（regulative subunit）2006-1-7上海大学生命科学学院A AT TC Ca as se e半半分分子子（c c3 3r r3 3)的的结结构构2006-1-7上海大学生命科学学院ATCaseATCase的的的的别构过渡作用别构过渡作用别构过渡作用别构过渡作用低催化活性构象低催化活性构象T(tense)-态态CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性构象高催化活性构象R(relax)-态态R RR RR RPALA2006-1-7上海大学生命科学学院PALA(N-PALA(N-磷乙酰磷乙酰磷乙酰磷乙酰-L-L-天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸)结合到结合到结合到结合到ATCaseATCase活性中心的模型活性中心的模型活性中心的模型活性中心的模型2006-1-7上海大学生命科学学院ATCase变构效应的动力学特征变构效应的动力学特征ATP（正效应剂）正效应剂）CTP（负效应剂）负效应剂）低催化活性构象低催化活性构象T(tense)-态态CCCCCC R R R R R RCCCCCC高催化活性构象高催化活性构象R(relax)-态态R RR RR RVmax1/2VmaxKm2006-1-7上海大学生命科学学院别构酶的齐变模型别构酶的齐变模型S SSSS SSS SST状态（对称亚基）状态（对称亚基）R状态（对称亚基）状态（对称亚基）SSSS对称亚基对称亚基对称亚基对称亚基齐步变化齐步变化2006-1-7上海大学生命科学学院别构酶的序变模型别构酶的序变模型SS SS SSSSSSSSSS亚基全部亚基全部处于处于R型型亚基全部亚基全部处于处于T型型依次序变化依次序变化2006-1-7上海大学生命科学学院（二）酶的共价修饰（二）酶的共价修饰 某某些些酶酶可可以以通通过过其其它它酶酶对对其其多多肽肽链链上上某某些些基基团团进进行行可可逆逆的的共共价价修修饰饰，使使其其处处于于活活性性与与非非活活性性的的互互变变状状态态，从从而而调调节节酶酶活活性性。这这类类酶酶称称为为共共价价修修饰饰酶酶。目目前前发发现现有有数数百百种种酶酶被被翻翻译译后后都都要要进进行行共共价价修修饰饰，其其中中一一部部分分处处于于分分支支代代谢谢途途径径，成成为为对对代代谢谢流流量量起调节作用的关键酶或限速酶。起调节作用的关键酶或限速酶。由由于于这这种种调调节节的的生生理理意意义义广广泛泛，反反应应灵灵敏敏，节节约约能能量量，机机制制多多样样，在在体体内内显显得得十十分分灵灵活活，加加之之它它们们常常受受激激素素甚甚至至神神经经的的指指令令，导导致致级级联联放放大大反反应应，所以日益引人注目。所以日益引人注目。AP1GEDCBHEa-bEc-dEc-g关键酶（限速酶）关键酶（限速酶）P22006-1-7上海大学生命科学学院蛋白质的磷酸化和脱磷酸化蛋白质的磷酸化和脱磷酸化 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质Pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶nPiH2O第一类：第一类：第一类：第一类：Ser/Ser/ThrThr型型型型第二类：第二类：第二类：第二类：TyrTyr型型型型 第一类：第一类：第一类：第一类：Ser/Ser/ThrThr型型型型 第二类：第二类：第二类：第二类：TyrTyr型型型型 第三类：双重底物型第三类：双重底物型第三类：双重底物型第三类：双重底物型2006-1-7上海大学生命科学学院反应类型反应类型 共价修饰共价修饰 被修饰的氨基酸残基被修饰的氨基酸残基共共共共价价价价修修修修饰饰饰饰反反反反应应应应的的的的例例例例子子子子磷酸化磷酸化腺苷酰化腺苷酰化尿苷酰化尿苷酰化Tyr,Ser,Thr.HisTyrTyr甲基化甲基化GluS-腺苷腺苷-MetS-腺苷腺苷-同型同型 Cys2006-1-7上海大学生命科学学院ATP ADP肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖456 级联系统调控级联系统调控级联系统调控级联系统调控糖原分解示意图糖原分解示意图糖原分解示意图糖原分解示意图意意义义：由由于于酶酶的的共共价价修修饰饰反反应应是是酶酶促促反反应应，只只要要有有少少量量信信号号分分子子（如如激激素素）存存在在，即即可可通通过过加加速速这这种种酶酶促促反反应应，而而使使大大量量的的另另一一种种酶酶发发生生化化学学修修饰饰，从从而而获获得得放放大大效效应应。这这种种调调节节方方式式快快速速、效效率率极极高。高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液ATP ADP（极微量）（极微量）（大量）（大量）2006-1-7上海大学生命科学学院（三）酶原的激活（三）酶原的激活体体内内合合成成出出来来的的酶酶，有有时时不不具具有有生生物物活活性性，经经过过蛋蛋白白水水解解酶酶专专一一作作用用后后，构构象象发发生生变变化化，形形成成活活性性中中心心，变变成成有有活活性性的的酶酶。这这个个不不具具活活性性的的蛋蛋白白质质称称为为酶酶原原（zymogenzymogen或或proenzymeproenzyme），），这个过程称为酶原的激活。这个过程称为酶原的激活。该该变变化化过过程程，是是生生物物体体的的一一种种调调控控机机制制。这这种种调调控控作作用用的的特特点点是是，蛋蛋白白质质由由无无活活性性状状态态转转变变成成活活性性状状态态是不可逆的。是不可逆的。2006-1-7上海大学生命科学学院牛胰蛋白酶牛胰蛋白酶2006-1-7上海大学生命科学学院胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图胰蛋白酶原的激活示意图2006-1-7上海大学生命科学学院胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠肠激激酶酶胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶的激活作用胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶2006-1-7上海大学生命科学学院六、同工酶六、同工酶存存在在于于同同一一种种属属或或不不同同种种属属，同同一一个个体体的的不不同同组组织织或或同同一一组组织织、同同一一细细胞胞，具具有有不不同同分分子子形形式式但但却却能能催催化化相相同同的的化化学学反反应应的的一一组组酶酶，称称之之为为同同工工酶酶（isoenzymeisoenzyme）。乳酸脱氢酶是研究的最多的同工酶。乳酸脱氢酶是研究的最多的同工酶。生物学功能：生物学功能：遗传的标志遗传的标志 和个体发育及组织分化密切相关和个体发育及组织分化密切相关 适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要 2006-1-7上海大学生命科学学院2006-1-7上海大学生命科学学院乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图乳酸脱氢酶同工酶形成示意图多肽多肽亚基亚基mRNA四聚体四聚体结构基因结构基因a b乳酸脱氢酶同乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线2006-1-7上海大学生命科学学院不同组织中不同组织中LDH同工酶的电泳图谱同工酶的电泳图谱LDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)心肌心肌 肾肾 肝肝 骨骼肌骨骼肌 血清血清-+原点原点 心、肝病变时引起的血清心、肝病变时引起的血清LDHLDH同工酶的变化规律：同工酶的变化规律：心脏疾病心脏疾病 LDHLDH2 2和和LDHLDH2 2上升，上升，LDHLDH3 3和和LDHLDH5 5下降。下降。急性肝炎急性肝炎 LDHLDH5 5明显上升，随病情好转而恢复正常。明显上升，随病情好转而恢复正常。2006-1-7上海大学生命科学学院同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用同工酶在各学科中的应用 (1)遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。遗传学和分类学：提供了一种精良的判别遗传标志的工具。(2)发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情发育学：有效地标志细胞类型及细胞在不同条件下的分化情况，以及个体发育和系统发育的关系。况，以及个体发育和系统发育的关系。(3)生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、生物化学和生理学：根据不同器官组织中同工酶的动力学、底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而底物专一性、辅助因子专一性、酶的变构性等性质的差异，从而解释它们代谢功能的差别。解释它们代谢功能的差别。（4）医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，）医学和临床诊断：体内同工酶的变化，可看作机体组织损伤，或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。或遗传缺陷，或肿瘤分化的的分子标志。2006-1-7上海大学生命科学学院DFP的的作作用用用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持酶活用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持酶活力的必需基团力的必需基团二异丙基氟磷酸二异丙基氟磷酸2006-1-7上海大学生命科学学院