酶活性调节.ppt

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1、酶作用机制和酶活性的别构调节酶作用机制和酶活性的别构调节 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v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v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由必需基团构成的与酶催化活性有关的特定区域。特定区域。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必需基团必

2、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分子体积的酶分子体积的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）酶酶和和底底物物在在结结合合过过程程中中构构象象（之之一一或或同同时时）发发生生变变化化，促促进结合。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）。）酶的活性部位位于酶分子的裂缝内（疏水区域）。1 1、酸碱催化酸碱催化酶酶分

3、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用。分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化。分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化。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团：氨氨基基、羧羧基基、巯巯基基、酚羟基、咪唑基。酚羟基、咪唑基。影响酸碱催化反应速度的两个因素：影响酸碱催化反应速度的两个因素：酸酸碱碱强强度度(pK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，在在pH6附附近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基团。近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基团。给给出出质质子子或或结结合合质质子子的的速速

4、度度。咪咪唑唑基基最最快快，半半寿寿期期小小于于10-10秒。秒。二、二、影响酶催化效率的有关因素影响酶催化效率的有关因素2、共价催化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很高的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。共价中间物。酶亲核基团：酶亲核基团：Ser-OH，Cys-SH，His-N：底物亲电中心：磷酰基（底物亲电中心：磷酰基（-P=O），酰基（），酰基（-C=O），糖基（），糖基（Glc-C-）形成共价形成共价ES复合物的某些酶复合物的某些酶.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酶分类：酶分类：（1）金属酶（）金属酶（

5、metalloenzyme):Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+（2）金属）金属-激活酶（激活酶（metal-activatedenzyme):Na+、K+、Mg2+、Ca2+金属离子以金属离子以3种主要途径参加催化过程：种主要途径参加催化过程：（1）通过结合底物为反应定向；）通过结合底物为反应定向；（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）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、底物和酶的邻近效应与定向效应变分子间反应为分子内反应、底物和酶的邻近效应与定向效应变分子间反应为分子内反应邻邻近近效效应应：酶酶

6、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效浓浓度度，从从而而增增加加反应速率的一种效应。反应速率的一种效应。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反应基团之间的反应基团之间正确取向正确取向的效应。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道以以正正确

7、确方方位位相相互互交叠交叠，反应易于发生，大大提高了酶的催化效率。，反应易于发生，大大提高了酶的催化效率。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，底物分子发生形变。密度变化，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形式，利于催化。性形式，利于催化。底底物物形形变变，利利于于形形成成ESES复复合合物。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。7、活性部位微环境

8、的影响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、多元催化和协同催化多元催化和协同催化酶酶催催化化反反应应的的高高效效性性，可可能能是是由由于于以以上上五五种种因因素素中中的的几几种种因因素协同作用的结果，而非酶催化反应往往只有一种催化机制。素协同作用的结果，而非酶催化反应往往只有一种催化机制。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，当当调调节节物物结结合合到

9、到别别构构中中心心上上时时，会会引引起起酶酶分分子构象发生变化而导致酶活性的变化。子构象发生变化而导致酶活性的变化。别构调节：调节物（效应物）与别构酶分子中的别构调节：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，酶分子构别构中心（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。象发生改变，从而调节酶的活性，即别构调节。别构调节举例：天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一个研究的比较透明的别构酶。它催化下列反应：这个酶是合成CTP的多酶体系反应序列中的第一个酶，反应系列的终产物CTP是该酶的别构抑制剂，而ATP则是它的别构激活剂。ATCase由12

10、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：底物结合位点别构剂结合位点 经研究发现，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的的结结合合是是正正协协同同的的，这种底物分子本身对别构酶的调节作用称为同促效应；这种底物分子本身对别构酶的调节作用称为同促效应；异异促促效效应应：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促效应异促效应CT

11、P终终产产物物反反馈馈抑抑制制：通通过过降降低低酶酶与与底底物物的的亲亲和和力力来来抑抑制制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，但从第三个亚基开始，解离常数迅速增大，因此，酶再要结

12、合第三、第四始，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，每个酶只能结合个难度就加大，每个酶只能结合2分子的分子的NAD+，即此酶，即此酶结合结合NAD+的位点，只有一半能与的位点，只有一半能与NAD+起反应起反应叫半叫半位反应性位反应性极端的负协同效应极端的负协同效应意义：意义：n别构效应有下面别构效应有下面4 4种类型：种类型：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：降低了酶的催化活性同促效应同促效应：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，它也是导致别构酶动力学曲线都有此效应，它也

13、是导致别构酶动力学曲线为为S S形的原因。形的原因。异促效应异促效应：调节物是其它物质：调节物是其它物质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构中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。别构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

14、构中中心心，可可以接受不同的代谢物的调节。以接受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）或或表观双曲线（负协同效应）。表观双曲线（负协同效应）。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效应正协同效应（酶分子结合一分子底物或效（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），与酶的结合，大大促进后续分子与酶的亲合性），正协同效正协同效应的别构酶是应的别构酶是S型曲线型曲线：当底物浓度发生较小变化时，别构酶：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。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。使使得得酶酶反反应应速速度度对对底底物物浓浓度度的的变变化化不不敏感敏感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谢谢谢谢