3 酶(Enzymes)-4.ppt

2 2 酶酶3 3 酶（酶（EnzymesEnzymes）12 2 酶酶3 酶（酶（Enzymes）X 3.1 酶的基本性质酶的基本性质X 3.2 酶的命名与分类酶的命名与分类X 3.3 酶反应动力学酶反应动力学X 3.4 酶的抑制作用酶的抑制作用X 3.5 酶的作用机制酶的作用机制X 3.6 酶活性的调节酶活性的调节22 2 酶酶3.6 酶活性的调节酶活性的调节 p127Regulatory Enzymes32 2 酶酶我们将要学到的我们将要学到的酶原的激活酶原的激活同工酶（调节）同工酶（调节）别构酶（别构调节）别构酶（别构调节）共价修饰共价修饰42 2 酶酶一、酶原的激活一、酶原的激活1 1、概念、概念酶原激活酶原激活 指酶原在一定条件下被打断一个或几个特殊的肽键，指酶原在一定条件下被打断一个或几个特殊的肽键，从而使酶构象发生一定的变化，形成具有活性的三维结从而使酶构象发生一定的变化，形成具有活性的三维结构的过程。构的过程。酶原（酶原（zymogenzymogen or or proenzymeproenzyme）酶的无活性前体，通常在有限度的蛋白质水解作用酶的无活性前体，通常在有限度的蛋白质水解作用后，构象发生变化，转变成为具有活性的酶。后，构象发生变化，转变成为具有活性的酶。（由（由无无活性状态转变成活性状态是不可逆的）活性状态转变成活性状态是不可逆的）52 2 酶酶2 2、例子、例子胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶原胰岛素原胰岛素原62 2 酶酶胰凝乳蛋白酶原的激活胰凝乳蛋白酶原的激活一条肽链组成，含一条肽链组成，含245245个氨基酸残基，具有个氨基酸残基，具有5 5对二硫键。对二硫键。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-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶72 2 酶酶82 2 酶酶胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活 由胰腺细胞分泌，由胰腺细胞分泌，进入小肠后，在有进入小肠后，在有CaCa2+2+的环境中受到的环境中受到肠激酶肠激酶的的激活，激活，LysLys6 6-Ile-Ile7 7之间的之间的肽键被打断，从氨基端肽键被打断，从氨基端水解下一个水解下一个酸性酸性6 6肽肽，使，使构象发生变化，形成胰构象发生变化，形成胰蛋白酶的活性部位蛋白酶的活性部位（HisHis5757，AspAsp102102，SerSer195195），由酶原转变成有活），由酶原转变成有活性的胰蛋白酶。性的胰蛋白酶。胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠肠激酶激酶胰蛋白酶胰蛋白酶 胰蛋白酶不仅可以激活胰蛋白酶原，胰蛋白酶不仅可以激活胰蛋白酶原，还可以激活胰凝乳蛋白原、弹性蛋白酶原还可以激活胰凝乳蛋白原、弹性蛋白酶原及羧肽酶原。因此及羧肽酶原。因此胰蛋白酶是所有胰脏蛋胰蛋白酶是所有胰脏蛋白酶的共同激活剂白酶的共同激活剂。92 2 酶酶胃蛋白酶原的激活胃蛋白酶原的激活 在胃酸在胃酸H H+作用下，低于作用下，低于pH 5pH 5时，酶原自动激时，酶原自动激活，从氨基端失去活，从氨基端失去1212个多肽碎片，共个多肽碎片，共4444个氨基酸个氨基酸残基（碱性的前体片段）后，转变为高度酸性的、残基（碱性的前体片段）后，转变为高度酸性的、有活性的胃蛋白酶。有活性的胃蛋白酶。由由392392个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成 X-X-射线晶体研究表明，在胃蛋白酶原中已形成活性部位，但在射线晶体研究表明，在胃蛋白酶原中已形成活性部位，但在中性中性pHpH下活性部位被遮盖（盐桥、静电屏蔽）。在下活性部位被遮盖（盐桥、静电屏蔽）。在pHpH低时，由于几低时，由于几个羧基质子化，破坏了前体碎片和盐桥，引起分子重排，暴露出催个羧基质子化，破坏了前体碎片和盐桥，引起分子重排，暴露出催化部位，使酶可被激活。化部位，使酶可被激活。102 2 酶酶胰岛素胰岛素胰岛素原胰岛素原胰胰岛岛素素原原的的激激活活112 2 酶酶3 3、本质、本质酶原激活实际上是酶原激活实际上是酶活性部位形成和暴露的过程。酶活性部位形成和暴露的过程。4 4、生物学意义、生物学意义可保护分泌酶原的组织不被水解破坏可保护分泌酶原的组织不被水解破坏酶原激活是有机体调控酶活的一种形式酶原激活是有机体调控酶活的一种形式122 2 酶酶二、同工酶（调节）二、同工酶（调节）1 1、同工酶（、同工酶（isoenzymeisoenzyme或或isozymeisozyme）同工酶：同工酶：指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。的一组酶。差异：差异：酶蛋白的编码基因不同酶蛋白的编码基因不同基因相同，但基因转录产物基因相同，但基因转录产物mRNAmRNA或翻译产或翻译产物加工过程不同物加工过程不同本质：本质：活性部位在结构上相同或者非常相似。活性部位在结构上相同或者非常相似。特点：特点：多亚基蛋白，通常由四个以上的亚基构成多亚基蛋白，通常由四个以上的亚基构成132 2 酶酶2 2、乳酸脱氢酶、乳酸脱氢酶(LDH)(LDH)乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸还原型还原型辅酶辅酶 氧化型氧化型辅酶辅酶 LDH142 2 酶酶由由4个亚基聚合的四聚体，每个亚基的相对分子量个亚基聚合的四聚体，每个亚基的相对分子量约约3.5104，有，有五种同工酶五种同工酶。由两种不同的结构基团编码成由两种不同的结构基团编码成2种蛋白亚基，即骨种蛋白亚基，即骨骼肌型骼肌型 M（A）和心肌型和心肌型H（B）亚基。）亚基。H型富含酸性氨基酸，而型富含酸性氨基酸，而M型富含碱基氨基酸型富含碱基氨基酸。152 2 酶酶A4 (LDH1）A3B（LDH2）A2B2（LDH3）AB3 （LDH4）B4 （LDH5）162 2 酶酶172 2 酶酶心肌型的心肌型的LDH5LDH5（B4B4）对丙酮酸的）对丙酮酸的KmKm高（即亲和力高（即亲和力低），并且少量的丙酮酸即可对它造成抑制。骨骼肌型低），并且少量的丙酮酸即可对它造成抑制。骨骼肌型的的LHD1LHD1（A4A4）对丙酮酸的）对丙酮酸的KmKm低（即亲和力高），并且不低（即亲和力高），并且不受丙酮酸抑制。这种特性与心肌、骨骼肌所起的作用和受丙酮酸抑制。这种特性与心肌、骨骼肌所起的作用和所处的生理环境是一致的。所处的生理环境是一致的。（p299）182 2 酶酶192 2 酶酶正常和病人血清正常和病人血清LDHLDH光密度曲线光密度曲线急性心肌炎急性心肌炎急性肝炎急性肝炎202 2 酶酶别构酶：别构酶：一种其活性受一种其活性受到结合在活性部位以外部到结合在活性部位以外部位的其它分子调节的酶。位的其它分子调节的酶。1 1、别构酶的定义及结构特点、别构酶的定义及结构特点结构特点：结构特点：寡聚蛋白，寡聚蛋白，两个或多个亚基两个或多个亚基活性部位：底物的结合与催化活性部位：底物的结合与催化调节部位调节部位：控制别构酶的催化：控制别构酶的催化 反应的速率反应的速率三、别构酶（变构酶，三、别构酶（变构酶，allosteric enzyme）p129212 2 酶酶2 2、别构效应（变构效应，、别构效应（变构效应，allostericallosteric effect effect）p130p130 酶的别构效应酶的别构效应：酶分子的非催化部位与某些化合酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态。活性状态。222 2 酶酶3 3、调节物、调节物效应物：效应物：凡能使酶分子发生别构作用的物质。凡能使酶分子发生别构作用的物质。通常为小分子代谢物或辅因子。通常为小分子代谢物或辅因子。负调节物（负效应物，负调节物（负效应物，别构抑制剂别构抑制剂）降低或关闭酶的催化活性降低或关闭酶的催化活性 末端产物（反馈抑制）末端产物（反馈抑制）正调节物（正效应物，正调节物（正效应物，别构激活剂别构激活剂）激活酶的活性激活酶的活性 底物分子底物分子（同位酶）（同位酶）同促效应：同促效应：底物分子本身对别构酶的调节作用底物分子本身对别构酶的调节作用异促效应：异促效应：非底物分子对别构酶的调节作用非底物分子对别构酶的调节作用(激活和抑制激活和抑制)232 2 酶酶L-L-苏氨酸苏氨酸L-L-异亮氨酸异亮氨酸反馈抑制反馈抑制Feedback inhibitionFeedback inhibition苏氨酸脱水酶苏氨酸脱水酶242 2 酶酶4 4、别构酶的动力学特征、别构酶的动力学特征由同位酶给出的由同位酶给出的S S型曲线型曲线252 2 酶酶正调节物、负调节物对别构酶的影响正调节物、负调节物对别构酶的影响K K型效应物型效应物262 2 酶酶282 2 酶酶天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）ATPATP和和CTPCTP通过通过对对ATCaseATCase的别构的别构作用对嘧啶合成作用对嘧啶合成进行调控进行调控激活激活抑制抑制氨氨甲酰天冬氨酸甲酰天冬氨酸氨氨甲酰磷酸甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸氨氨甲酰磷酸甲酰磷酸+天冬氨酸天冬氨酸 氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸+HPO42-+H+ATCase292 2 酶酶ATCase的亚基结构的亚基结构调节亚基调节亚基（3个）个）催化亚基催化亚基（2个）个）调节亚基调节亚基两两个别构剂个别构剂(CTP(CTP，ATP)ATP)的结合部位的结合部位 催化亚基催化亚基天天冬氨酸底物结合部位冬氨酸底物结合部位302 2 酶酶Two views of the regulatory enzyme aspartate transcarbamoylase312 2 酶酶ATCase 具有催化活性，不与具有催化活性，不与ATPATP和和CTPCTP结合，每个催结合，每个催化亚基有三个天冬氨酸底物结合部位（每条多肽化亚基有三个天冬氨酸底物结合部位（每条多肽链上有一个）链上有一个）无催化活性，能与无催化活性，能与ATPATP和和CTPCTP结合，每个调节结合，每个调节亚基上有两个别构剂（亚基上有两个别构剂（CTPCTP，ATPATP）的结合部位的结合部位（每条多肽链上一个）（每条多肽链上一个）催化亚基催化亚基（3 3条条c c链）链）2 2个个调节亚基调节亚基（2 2条条r r链）链）3 3个个322 2 酶酶1/2VmaxVmaxATPATP使酶饱和使酶饱和ATCaseATCase动力学曲线动力学曲线S0.5332 2 酶酶CTP和和ATP对对ATCase调节的生物学意义调节的生物学意义ATP信号激活作用信号激活作用，提供，提供DNA复制的能量，导致需求复制的能量，导致需求的嘧啶核苷酸的合成。的嘧啶核苷酸的合成。CTP的反馈抑制的反馈抑制，保证当嘧啶核苷酸充足时，不需要，保证当嘧啶核苷酸充足时，不需要该途径继续合成氨甲酰天冬氨酸及其后续中间物。该途径继续合成氨甲酰天冬氨酸及其后续中间物。342 2 酶酶变构调节图示变构调节图示（序变模型）（序变模型）（齐变模型）（齐变模型）无活性无活性构象构象有活性有活性构象构象5 5、别构模型、别构模型352 2 酶酶 齐变模型：齐变模型：由于一个底物或别构调节剂的结合，蛋由于一个底物或别构调节剂的结合，蛋白质的构象在白质的构象在T T（对底物亲和性低的构象）和（对底物亲和性低的构象）和R R（对底物（对底物亲和性高的构象）之间变换。这一模式提出所有蛋白质亲和性高的构象）之间变换。这一模式提出所有蛋白质的亚基都具有同样的构象，或是的亚基都具有同样的构象，或是T T，或是，或是R R构象。构象。序变模型：序变模型：一个配体的结合会诱导它结合的亚基的一个配体的结合会诱导它结合的亚基的三级结构的变化，以及使相邻亚基的构象发生很大的变三级结构的变化，以及使相邻亚基的构象发生很大的变化。该模式还假定，只有一个亚基对配体具有高的亲和化。该模式还假定，只有一个亚基对配体具有高的亲和性。性。362 2 酶酶四、共价修饰四、共价修饰 通过以共价键连接一个基团或去掉此基团使通过以共价键连接一个基团或去掉此基团使酶活性改变。酶活性改变。如磷酸化如磷酸化/去磷酸化，核苷酸化去磷酸化，核苷酸化/去核苷酸化去核苷酸化蛋白磷酸化酶蛋白磷酸化酶蛋白激酶蛋白激酶调节部位调节部位Ser、Thr、Tyr的侧链（的侧链（OH）372 2 酶酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b b(失活态失活态)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a a(活化态活化态)磷酸化磷酸化酶激酶酶激酶磷酸化酶磷磷酸化酶磷酸酸(酯酯)酶酶38