08-酶-5

酶原的激活 p421
有些酶在细胞内合成时，或初分泌时，没有催化活性， 这种无活性状态的酶的前体称为酶原。酶原向活性的酶 转化的过程称为酶原的激活。酶原激活实际上是酶的活 性中心形成或暴露的过程。
胃蛋白酶原的激活过程
酶原的激活
具有不可逆性。
消化系统中的酶（胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋白
酶） 血液凝固系统中的酶。 酶原激活的生理意义 在于避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化， 并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内 代谢的正常进行。
一些酶的巯基发生可逆的氧化还原修饰，一些酶 以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合，都会引 起酶结构的变化而呈现不同的活性。酶的共价修饰 是体内代谢调节的另一重要的方式。
3、可逆的共价修饰 p424
2、特点：
共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两种形式之 间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。如骨骼肌中 的糖原磷酸化酶有高活性的磷酸化形式与低活性的脱磷酸 化形式两种，从脱磷酸化形式转化成磷酸化形式是由磷酸 化酶b激酶催化，反之，则是有由磷酸化酶磷酸酶催化。 目前已发现有几百种酶被翻译后都需要进行共价修饰， 其中一部分处于分支途径，对其代谢流量起调节作用的关 键酶，属于这种酶促共价修饰系统。由于这种调节的生理 意义广泛，反应灵敏，节约能源，机制多样，在体内显得 十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联 放大反应，所以日益引人注目。
1、别构调控与别构酶
（3）别构酶的鉴定 ①双倒数作图不是直线 ②协同指数法（cooperativity index , Ci) 饱和比值（saturation ratio, Rs)
Rs 位点被 90 % 饱和时的底物浓度 位点被 10 % 饱和时的底物浓度
1

81 n
米氏酶：Rs=81 正协同：Rs＜81，越小，正协同性越大
同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，酶蛋白的分
子组成形式、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。这类酶
存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织
或细胞中。如乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH），
具有多种分子组成形式：LDH5（M4）、LDH4（M3H）、LDH3 （M2H2）、LDH2（MH3）、LDH1（H4）。 同工酶也是研究代谢调节、分子遗传、生物进化、个体发 育、细胞分化和癌变的有力工具，在酶学、生物学、和医学中 均占有重要地位。
酶的活性中心的一级结构
胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧肽酶、弹性蛋白酶 在它们初分泌时都是以无活性的酶原形式存在，在一定条件 下才转化成相应的酶。 例如，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。 除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶解 的酶类，也都以酶原的形式存在。 酶原激活的生理意义在于避免细胞内产生的蛋白酶对细 胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作 用，保证体内代谢的正常进行。
① 协同模型，对称模型或齐变模型（WMC模型）：
1、别构调控与别构酶
② 序变模型（KNF模型）：
酶分子中亚基结合底物后，构象逐个地依次变化。
酶的活性中心的一级结构
应用化学修饰法对多种酶的活性中心进行研究 发现，在酶的活性中心处存在频率最高的氨基酸 残基是：丝氨酸、组氨酸、天冬氨酸、酪氨酸、 赖氨酸和半胱氨酸。如果用同位素标记酶的活性 中心后，将酶水解，分离带标记水解片段，对其 进行一级结构测定，就可了解酶的活性中心的一 级结构。 对各种蛋白水解酶进行类似的分析，功能类似 的酶在一级结构上有惊人的相似性。见下表：
心脏 肾脏 红细胞 脑
白细胞
肌肉 肝脏
LDH同工酶的相对含量的改变在一定程度上反映了某器官 的功能状态，临床上利用这些同工酶在血清中的相对含量的 改变作为某脏器病变鉴别诊断的依据。
负协同：Rs＞81 ，越大，负协同性越大
1、别构调控与别构酶
③ Hill系数法
米氏酶：n=1
正协同： n＞1 ，越大，正协同性越大
负协同： n＜1 ，越小，负协同性越大
④ 脱敏作用 理化处理后，仍保持活性，但失去调节性质。 脱敏后的别构酶表现为米式酶的动力学曲线
1、别构调控与别构酶
（4）别构酶调节活性的机理
酶原的激活
44肽
某 些 酶 原 的 激 活 过 程
胰凝乳蛋白酶原的激活（由胰蛋白酶激活）P422
Chymotrypsinogen (inactive) 245 p-Chymotrypsin (active) R15-I16 Trypsin
p-Chymotrypsin S14-R15 L13 I16 Y146 T147-N148 A149 Disulfide bonds
酶的活性中心的一级结构
酶 牛胰蛋白酶 牛胰凝乳蛋 白酶 猪弹性蛋白 酶 猪凝血酶 氨基酸顺序
…Ser.Cys.Gly.Gly.Asp.Ser.Gly.Gly.Pro.Val
… …Ser.Cys.Met.Gly.Asp.Ser.Gly.Gly.Pro.Leu …
…Gly.Cys.Gln.Gly.Asp.Ser.Gly.Gly.Pro.Leu … ..Asp.Ala.Cys.Gln.Gly.Asp.Ser.Gly.Gly.Pro. … 从上表可知，一些丝氨酸蛋白酶在活性丝氨酸附近的氨基 酸几乎完全一样，而且这个活性丝氨酸最邻近的5-6氨基酸 顺序，从微生物到哺乳动物都一样，说明蛋白质活性中心在 种系进化上有严格的保守性。
酶的活性中心的一级结构
二、酶的活性与高级结构的关系
酶的活性不仅与一级结构有关，而且与其高级结构密 切相关。就某种程度而言，在酶的活性表现上，高级结 构甚至比一级结构更为重要。高级结构是形成酶特定空 间结构的保证，高级结构破坏，酶失去活性。
三、酶原激活
有些酶在细胞内合成时，或初分泌时，没有催化活性， 这种无活性状态的酶的前体称为酶原(zymogen)。酶原向 活性的酶转化的过程称为酶原的激活。酶原激活实际上 是酶的活性中心形成或暴露的过程。
构作用的物质称为别构剂(effector)。
别构酶多为寡聚酶，含的亚基数一般为偶数；且分子中 有催化部位（结合底物）与调节部位（结合异构剂）， 这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个 不同部位。
1、别构调控与别构酶
1、别构调控与别构酶
（2）别构酶的结构特点和性质 已知的别构酶都是寡聚酶，通过次级键结合。 具有活性中心和别构中心（调节中心），活性中心和别 构中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 多数别构酶不止一个活性中心，活性中心间有同促效应， 底物就是调节物：有的别构酶不止一个别构中心，可以
a-Chymotrypsinogen (active)
胰凝乳蛋白酶原、胰蛋 白酶原的激活过程
胃蛋白酶原的自动激活
pH＜5时，活性中心暴露，切除N端的44个残基的碱性肽段。
胰蛋白酶原的激活
胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶原的激活
可逆的共价修饰 p424
1、概念： 也称共价修饰酶，指一类可在其它酶的作用下 其结构通过共价修饰，使该酶活性发生改变，这种 调节称为共价修饰调节(covalent modification regulation)，这类酶称为共价修饰酶(prosessing enzyme)。
接受不同的代谢物（非底物）的调节，异促效应。
不遵循米式方程，动力学曲线是S型（正协同效应）或 表观双曲线（负协同效应）。
别构调控与别构酶 p419
当反应速度达到最大速度一半时的底物浓度，用K0.5S表示。
别构调控与别构酶
① 同促效应为正协同效应的别构酶是S型 曲线
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。
四、酶活性的调节控制和调节酶
1、别构效应的调控 2、酶原的激活
3、共价调节酶
酶活性的调节控制
（1）调节酶浓度：
酶的诱导与阻遏、 酶的选择性降解
（2）调节酶活性:
反馈抑制、抑制剂与激活剂的调节、
别构调节、可逆的共价修饰பைடு நூலகம்酶原激活、
同工酶形式的调节
激素及特异调控蛋白对酶活性的调节
1、别构调控与别构酶 p413
（1）概念
别构酶又称为变构酶，指酶分子的非催化部位（活性中
心）与某些化合物可逆地非共价结合后，引起酶的构象 的改变，进而改变酶的活性状态，酶的这种调节作用称 为别构调节(allosteric regulation)，具有别构调节的 酶称别构酶(allosteric enzyme)。凡能使酶分子发生别
别构调控与别构酶
③调节物的别构效应(异促效应） P414 图10-46 当增加正调节物浓度时， Km减小，亲和力增大，协同 性减小（对底物浓度的反应灵 敏度降低） 。
天冬氨酸转甲酰基酶（ATCase）
ATP（异促）
N-甲酰磷酸/Asp（同促） CTP（异促）
当增加负调节物的浓度时， Km增加，亲和力减小，协同 性增大（对底物浓度的反应灵 敏度增加）。
米氏酶： [S]0.9/[S]0.1=81
别构酶（n=4）：[S]0.9/[S]0.1=3 表明表明反应速度对底物浓度的变化 敏感 ，当底物浓度发生较小变化时， 如上升3倍，别构酶的酶促反应速度可 以从0.1Vmax升至0.9Vmax 。 ② 同促效应为负协同效应的别构酶是表观 双曲线表明反应速度对底物浓度的变化不 敏感