酶作用机制和酶活性调节课件.ppt

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1、酶作用机制和酶活性调节第1页，此课件共45页哦 一、一、酶的活性部位（酶的活性部位（active siteactive site）1 1、活性部位的概念、活性部位的概念酶的必需基团酶的必需基团(essential group):(essential group):与酶活性有关的基团与酶活性有关的基团酶的活性部位酶的活性部位(active center):(active center):由必需基团构成的与酶催化活性有关的特由必需基团构成的与酶催化活性有关的特定区域。定区域。第2页，此课件共45页哦酶酶分分子子非必需基团非必需基团必需基团必需基团活性中心活性中心必需基团必需基团活性中心外活性中心外

2、必需基团必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团非活性中心非活性中心活活性性中中心心第3页，此课件共45页哦第4页，此课件共45页哦2、酶活性中心的特点：酶活性中心的特点：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占占很很小小一一部部分分，通通常常只只占占整整个个酶酶分子体积的分子体积的12。2）酶的活性部位是一个三维实体。）酶的活性部位是一个三维实体。3）酶和底物在结合过程中构象（之一或同时）发生变化，促进结合。）酶和底物在结合过程中构象（之一或同时）发生变化，促进结合。4）底物通过次级键与酶结合。）底物通过次级键与酶结合。5）酶的活性部位位于酶分子的裂缝内（疏水区域）。）酶的活性

3、部位位于酶分子的裂缝内（疏水区域）。第5页，此课件共45页哦二、二、酶促反应机制酶促反应机制n酶的催化作用可能来自7个方面：第6页，此课件共45页哦1 1、酸碱催化酸碱催化酶酶分分子子的的一一些些功功能能基基团团起起瞬瞬时时质质子子供供体体或或质质子子受受体体的的作作用。分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化。用。分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化。狭义的酸碱催化剂：即是狭义的酸碱催化剂：即是H+与与OH-。广广义义的的酸酸碱碱催催化化剂剂：是是指指能能供供给给质质子子（H+）与与接接受受质质子子的物质。的物质。第7页，此课件共45页哦酶酶分分子子中中可可作作为为广广义义酸酸碱碱的的功功能能基基团

4、团：氨氨基基、羧羧基基、巯巯基基、酚羟基、咪唑基等。见表酚羟基、咪唑基等。见表31。第8页，此课件共45页哦其其中中，咪咪唑唑基基是是最最常常见见、最最有有效效的的催催化化基团：基团：组组氨氨酸酸的的咪咪唑唑基基的的解解离离常常数数为为6，在在生生理理pH条条件件下下，既既可可以以作作质质子子的的供供体体，又又可可作作质质子子的受体。的受体。咪咪唑唑基基供供给给或或接接受受质质子子的的速速度度几几乎乎相相等等而而且且最快。最快。第9页，此课件共45页哦2、共价催化共价催化n酶提供亲核基团：酶提供亲核基团：Ser-OH，Cys-SH，His-N：等。：等。（见图（见图114）。）。底物提供亲电中

5、心：磷酰基（底物提供亲电中心：磷酰基（-P=O），酰基（），酰基（-C=O），糖基（），糖基（Glc-C-）n酶的亲核基团，与底物共价结合形成一个反应活性很高的共酶的亲核基团，与底物共价结合形成一个反应活性很高的共价中间物（价中间物（ES复合物）。复合物）。第10页，此课件共45页哦3、活性中心金属离子的催化作用、活性中心金属离子的催化作用n大多数酶含有金属离子。作为辅助因子的金属离子有大多数酶含有金属离子。作为辅助因子的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+（Fe3+）等。）等。n按金属离子与酶分子结合紧密强度不同，可将含金属的酶分为金属按金属离子与酶分子结合紧密强度

6、不同，可将含金属的酶分为金属酶和金属激活酶。酶和金属激活酶。n金属酶（金属酶（metalloenzyme）是指金属离子与酶结合紧密，提取过程中）是指金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失，如羧基肽酶（不易丢失，如羧基肽酶（Zn2+）、谷胱甘肽过氧化物酶）、谷胱甘肽过氧化物酶(Se2-)、碱性、碱性磷酸酶磷酸酶(Mg2+)等。金属酶中金属离子与酶结合相当牢固，而且加入游等。金属酶中金属离子与酶结合相当牢固，而且加入游离金属离子后其活性不会增加。离金属离子后其活性不会增加。n有的金属离子不与酶直接结合，但为酶活性所必需，这类酶称为金有的金属离子不与酶直接结合，但为酶活性所必需，这类酶称为金属激活

7、酶（属激活酶（metalactivatedenzyme）。如丙酮酸羧化酶可被）。如丙酮酸羧化酶可被Mn2+激活，激活，柠檬酸合酶可被柠檬酸合酶可被K+激活等。激活等。第11页，此课件共45页哦n金属离子作为辅助因子的作用机理如下：金属离子作为辅助因子的作用机理如下：1、作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子；、作为酶活性中心的催化基团参与催化反应、传递电子；2、作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用；、作为连接酶与底物的桥梁，便于酶对底物起作用；3、稳定酶的构象所必需；、稳定酶的构象所必需；4、中和阴离子，降低反应中的静电斥力。、中和阴离子，降低反应中的静电斥力。金属离子在酶催化反

8、应中的作用示意图第12页，此课件共45页哦4 4、底物和酶的邻近效应与定向效应、底物和酶的邻近效应与定向效应n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互靠近相互靠近，提高了反应基团的有效浓度，从而增加反应速率的一种效应。，提高了反应基团的有效浓度，从而增加反应速率的一种效应。n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、酶酶与与底底物物的的反反应应基基团之间团之间正确取向正确取向的效应。的效应。n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

9、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道以以正正确确方方位位相相互互交交叠叠，反反应应易于发生，大大提高了酶的催化效率。易于发生，大大提高了酶的催化效率。第13页，此课件共45页哦5 5、诱导契合和底物形变的催化效应、诱导契合和底物形变的催化效应n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密度度变变化化，产生电子张力，底物分子发生形变。产生电子张力，底物分子发生形变。酶酶从从低低活活性性形形式式转转变变为为高高活活性性形式，利于催化。形式，利于催

10、化。底物形变，利于形成底物形变，利于形成ESES复合物。复合物。底物构象变化，过渡态结构，底物构象变化，过渡态结构，大大降低活化能。大大降低活化能。第14页，此课件共45页哦7、活性部位疏水的微环境的影响活性部位疏水的微环境的影响疏水环境疏水环境介电常数低，加强了极性基团间的作用。介电常数低，加强了极性基团间的作用。6、多元协同催化、多元协同催化第15页，此课件共45页哦三、三、酶活性的别构调节酶活性的别构调节别别构构酶酶：一一般般都都是是寡寡聚聚酶酶，通通过过次次级级键键由由多多亚亚基基构构成成，这这种种酶酶除除了了有有活活性性中中心心外外，还还有有一一个个别别构构中中心心，当当调调节节物物

11、结结合合到到别别构构中中心心上上时时，会会引引起起酶酶分分子子构构象象发发生变化而导致酶活性的变化。生变化而导致酶活性的变化。n别构调节：调节物（效应物）与别构酶分子中的别别构调节：调节物（效应物）与别构酶分子中的别构中心（调节中心）非共价结合后，酶分子构象发构中心（调节中心）非共价结合后，酶分子构象发生改变，从而调节酶的活性，即别构调节。生改变，从而调节酶的活性，即别构调节。第16页，此课件共45页哦别构调节举例：1.天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）。它催化下列反应：此酶是合成CTP的多酶体系反应序列中的第一个酶，系列反应的终产物CTP是该酶的别构抑制剂，而ATP则是它的别构激活剂。第17

12、页，此课件共45页哦 ATCase由12条多肽链组成，其中6条形成2个三聚体称催化亚基（每个三聚体有3个结合天冬氨酸的底物结合部位），6条形成3个二聚体称调节亚基（每个二聚体有2 个别构效应剂CTP或ATP的结合部位）。见下图解：第18页，此课件共45页哦底物结合位点别构剂结合位点第19页，此课件共45页哦 底物、CTP和ATP都可使 ATCase产生别构效应。同同促促效效应应：底底物物氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸和和天天冬冬氨氨酸酸对对ATCase呈呈S形形正正协协同同速速率率曲曲线线，这这种种底底物物分分子子本本身身对对别别构构酶酶的的调调节节作作用用称称为为同同促促效效应；应；异异促促效效应应：

13、非非底底物物分分子子作作为为调调节节物物对对别别构构酶酶的的调调节节作作用用称称为为异异促促效应效应CTP终产物反馈抑制：通过降低酶与底物的亲和力来抑制终产物反馈抑制：通过降低酶与底物的亲和力来抑制ATCase。ATP激活：增加酶与底物的亲和力，是激活：增加酶与底物的亲和力，是ATCase的激活剂。nCTP和和ATP对对ATCase调节的生物学意义调节的生物学意义p188：第20页，此课件共45页哦多多多多数数数数别别别别构构构构酶酶酶酶兼兼兼兼有有有有同同同同促促促促效效效效应应应应和和和和异异异异促促促促效效效效应应应应，它们既受底物分子的调节，又受底物以外的其它代谢物分子的调节。第21页

14、，此课件共45页哦2、3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶负协同效应的别构酶负协同效应的别构酶反应式反应式4个亚基，理论上可以结合个亚基，理论上可以结合4个个NAD+，但从第三个亚基开始，解，但从第三个亚基开始，解离常数迅速增大，因此，酶再要结合第三、第四个难度就加大，每离常数迅速增大，因此，酶再要结合第三、第四个难度就加大，每个酶只能结合个酶只能结合2分子的分子的NAD+，即此酶结合，即此酶结合NAD+的位点，只有一半的位点，只有一半能与能与NAD+起反应起反应叫半部位反应性叫半部位反应性极端的负协同效应极端的负协同效应意义：意义：第22页，此课件共45页哦n别构效应有下面几种类型：别构效应

15、有下面几种类型：1.同促效应同促效应：调节物就是底物，所有的别构酶：调节物就是底物，所有的别构酶都有此效应。都有此效应。正协同效应正协同效应：提高了酶的催化活性。：提高了酶的催化活性。负协同效应负协同效应：降低了酶的催化活性。（此种：降低了酶的催化活性。（此种酶极少。）酶极少。）2.异促效应异促效应：调节物是其它物质。：调节物是其它物质。第23页，此课件共45页哦3、别构酶的结构特点和性质别构酶的结构特点和性质（1）已知的别构酶都是已知的别构酶都是寡聚酶寡聚酶，通过，通过次级键次级键结合；结合；（2）具具有有活活性性中中心心和和别别构构中中心心（调调节节中中心心），活活性性中中心心和和别别构构

16、中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。（3）多多数数别别构构酶酶不不止止一一个个活活性性中中心心，活活性性中中心心间间有有同同位位效效应应，底底物物就就是是调调节节物物：有有的的别别构构酶酶不不止止一一个个别别构构中中心心，可可以以接接受受不同的代谢物的调节。不同的代谢物的调节。（4）不不遵遵循循米米氏氏方方程程，动动力力学学曲曲线线是是S型型（正正协协同同效效应应）或或表表观观双双曲曲线（负协同效应）。线（负协同效应）。第24页，此课件共45页哦4、别构酶的动力学曲线别构酶的动力学曲线大多数别构酶具有大多数别构酶具有正协同效应正协同效应正协同

17、效应正协同效应（酶分子结合一分子底物或效应物后，（酶分子结合一分子底物或效应物后，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），促进后续分子与酶的亲合性），正协同效应的别构酶是正协同效应的别构酶是S型曲线型曲线：当：当底物浓度发生较小变化时，别构酶可以极大程度地控制反应速度。底物浓度发生较小变化时，别构酶可以极大程度地控制反应速度。负负协协同同效效应应的的别别构构酶酶是是表表观观双双曲曲线线：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

18、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的的升升高高却却较较小小。使使得得酶酶反应速度对底物浓度的变化不敏感反应速度对底物浓度的变化不敏感1.非别构酶非别构酶2.正协同性正协同性3.负协同性负协同性第25页，此课件共45页哦5、别构酶的鉴定别构酶的鉴定双倒数作图不是直线双倒数作图不是直线第26页，此课件共45页哦（一）（一）酶的可逆共价修饰酶的可逆共价修饰1.1.酶的共价修饰（酶的共价修饰（covalent modificationcovalent modification）：）：指在专一性酶指在专一性酶的催化下，某些小分子基团共价地结合到被修饰的酶分子的催化下，某些小分子

19、基团共价地结合到被修饰的酶分子上，使被修饰酶的活性发生改变，从而调节酶活性。上，使被修饰酶的活性发生改变，从而调节酶活性。2.2.共价修饰的类型：共价修饰的类型：磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化（主要存在于高等动、植物细胞中）（主要存在于高等动、植物细胞中）腺苷酰化腺苷酰化/去腺苷酰化；去腺苷酰化；（主要存在细菌中）（主要存在细菌中）乙酰化乙酰化/去乙酰化；去乙酰化；甲基化甲基化/去甲基化；去甲基化；四、酶活性的共价调节第27页，此课件共45页哦3.蛋白质的磷酸化与去磷酸化修饰蛋白质的磷酸化与去磷酸化修饰n分别由蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化。分别由蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化。n激酶：将激酶：将ATP上

20、的上的Pi转移到底物上的转移酶类（蛋白激酶、转移到底物上的转移酶类（蛋白激酶、己糖激酶、丙酮酸激酶等）。己糖激酶、丙酮酸激酶等）。第28页，此课件共45页哦 例如：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b b (无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a a（有活性）（有活性）ATPADPPiH2O糖原的分解糖原的分解磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶磷酸酶第29页，此课件共45页哦 4.级联系统（级联系统（cascadesystem）：）：在在连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始调节信号的逐级放发生其它酶被激活，导致原始调节信号的逐级

21、放大。这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。大。这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。第30页，此课件共45页哦（二）酶原的激活（二）酶原的激活-不可逆共价调节不可逆共价调节某某些些酶酶先先以以无无活活性性的的酶酶原原形形式式合合成成和和分分泌泌，然然后后在在到到达达作作用用部部位位时时由由另另外外的的物物质质作作用用，使使其其失失去去部部分分肽肽段段从从而而暴暴露露活活性性中中心心形形成成有有活活性性的的酶酶分分子子的的过过程程。其其实实质质是是酶酶原原被被修修饰饰时时形形成成了了正正确确的的分分子子构构象象和和活活性性中中心心。酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证

22、。酶分子的特定结构和酶的活性中心的形成是酶分子具有催化活性的基本保证。1.1.消化系统中的酶原激活消化系统中的酶原激活如如胃胃蛋蛋白白酶酶原原是是无无活活性性的的，它它在在胃胃液液中中经经胃胃酸酸（PH5）的的作作用用或或有有活活性性的的胃胃蛋蛋白白酶的作用时，酶原会被激活，失去酶的作用时，酶原会被激活，失去44个氨基酸残基后转变为有活性的胃蛋白酶。个氨基酸残基后转变为有活性的胃蛋白酶。第31页，此课件共45页哦 血液凝固的机理血液凝固的机理 凝血因子（凝血因子（1212种，凝血酶原致活因子）种，凝血酶原致活因子）凝血酶原凝血酶原 凝血酶凝血酶 血纤蛋白原血纤蛋白原 血纤蛋白血纤蛋白 交联，形

23、成血纤蛋白凝块交联，形成血纤蛋白凝块2.2.凝血系统中的酶原的激活凝血系统中的酶原的激活第32页，此课件共45页哦（1 1）凝血酶原在血凝中的作用）凝血酶原在血凝中的作用n在在凝凝血血酶酶原原致致活活因因子子催催化化下下，凝凝血血酶酶原原分分子子中中的的两两个个肽肽键键Arg274Thr275、Arg323Ile324断断裂裂，释释放放出出N端端的的274个个a.a后后，由由肽肽A和和肽肽B组组装装成成有有活活性性的的凝凝血酶形式。血酶形式。n凝凝血血酶酶：两两条条多多肽肽链链（A、B）二二硫硫键键相相联联，A链链含含49个个a.a；B链链含含259个个a.a。其作用位点只断裂其作用位点只断裂

24、ArgGly键。键。第33页，此课件共45页哦（2 2）血纤蛋白原在血凝中的作用）血纤蛋白原在血凝中的作用 从从血血纤纤蛋蛋白白原原的的二二条条链链和和二二条条链链的的N N端端各各断断裂裂一一个个特特定定的的肽肽键键 ArgArgGlyGly，释释放放出出二二个个血血纤纤肽肽A A（1919个个氨氨基基酸酸）和和二二个个血血纤纤肽肽B B（2121个氨基酸）后，形成有活性的个氨基酸）后，形成有活性的血纤血纤蛋白。蛋白。第34页，此课件共45页哦在在凝凝血血因因子子XIIIaXIIIa（纤纤维维蛋蛋白白稳稳定定因因子子）作作用用下下，血血纤纤蛋蛋白白单单体体间间形形成成共共价价健健（Gln-L

25、ysGln-Lys结结合合），生生成成交交联的血纤蛋白凝块。联的血纤蛋白凝块。第35页，此课件共45页哦五、五、同工酶同工酶 同工酶同工酶：能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构理能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构理化性质和免疫性能等方面存在明显差异的一组酶。化性质和免疫性能等方面存在明显差异的一组酶。n存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中，甚至同一存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织中，甚至同一组织、同一细胞中。组织、同一细胞中。研研究究意意义义：作作为为遗遗传传的的标标志志；作作为为临临床床诊诊断断指指标标；研研究究某某些些代代谢谢调调节机制。节机制。第36页

26、，此课件共45页哦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ab实实例例：乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶第37页，此课件共45页哦n哺乳动物乳酸脱氢酶有哺乳动物乳酸脱氢酶有5种种CH3CHOH-COO-+NAD+LDHCH3COCOO-+NADH+H+MMMM（M4）HMMM（HM3）HHMM（H2M2）HHHM（H3M）HHHH（H4）第38页，此课件共45页哦乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱+H4MH3M2H2M3HM4点样线点样线第39页，此课件共45页哦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

27、(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-+原点原点第40页，此课件共45页哦MMMM（M4）：在骨骼肌中占优势：在骨骼肌中占优势HMMM（HM3）HHMM（H2M2）HHHM（H3M）:在血清中占优势在血清中占优势HHHH（H4）：在心肌中占优势）：在心肌中占优势第41页，此课件共45页哦酶测试题一、名词解释1酶 2固定化酶 3同工酶 4不可逆性抑制5可逆性抑制第42页，此课件共45页哦二、填空题1酶是由 产生的对特异底物起高效催化作用的。2酶加速反应的机制是通过降低反应的，而不改变反应的。3结合酶，其蛋白质部分称，

28、非蛋白质部分称，二者结合其复合物称。4酶活性中心与底物相结合那些基团称，而起催化作用的那些基团称。第43页，此课件共45页哦三、选择题1关于酶概念的叙述下列哪项是正确的？A.所有蛋白质都有酶的活性 B.其底物都是有机化合物C.其催化活性都需特异的辅助因子 D.体内所有具有催化活性的物质都是酶E.酶是由活细胞合成具有催化作用的蛋白质2关于酶性质的叙述下列哪项是正确的？A.酶的催化效率高是因为分子中含有辅酶或辅基B.酶使化学反应的平衡常数向加速反应的方向进行C.酶能提高反应所需的活化能D.酶加快化学反应达到平衡的速度E.酶能改变反应的平衡点第44页，此课件共45页哦四、问答题1何谓酶？酶促反应的特点是什么？2酶促反应高效率的机理是什么？3说明酶原与酶原激活的生理意义。4何谓同工酶？在临床诊断上有什么意义？5简述磺胺类药物的作用机理及意义？第45页，此课件共45页哦