3第三章酶活性调节和酶的转换2006.12

假定配体S按下列反应和蛋白质结合： E + S ES [ES]=Kb[E][S] [ES] 则结合常数Kb为： Kb= [E] [S] 蛋白质的饱和分数Y定义为： Y=
Kb[S] Kb[E][S] [ES] [ES] = = = Kb[S]+1 [E0] [ES]+[E] Kb[E][S]+[E]
负协同性： 一分子底物或配体与酶蛋白的结合降低了对另一分子相同的 或不同的底物或配体的亲和力。 同种协同性： 一分子底物或配体与酶蛋白的结合影响了对下一个相同的底 物或配体的结合。 异种协同性： 一分子配体与酶蛋白的结合影响另一个不同配体与酶蛋白的 结合。 协同效应： 包括正同种协同、正异种协同、负同种协同、负异种协同 作用。变构抑制作用是负异种协同性的例子，而变构激活 作用则是正异种协同效应的实例。
M + S
M
结合常数=Kb
[MS] = [M][S]
+ S
原体 二聚体蛋白 反应第二步
M2S+ S
M M
MS M2S2 M M M2S2
结合常数=Kb2
[M2S2] = [M2S][S]
+
二聚体M2S S
原体反应不变，仍为：
M + S
M
MS
M
[MS] 结合常数=Kb = [M][S]
+ S
原体
MS
在正向反应中，二聚体和原体都有一个游离的结合部位，配 体与两者的结合可能性是相同的，因为已经假设配体结合无 协同性；而在逆反应中，二聚体有两个S解离的部位，原体仅 有一个，所以配体从M2S2解离的可能性是MS的两倍。 代入下式 因此 Kb1=2Kb； Kb2=1/2Kb
Kb1[S]+2Kb1Kb2[S]2 Y= 2(1+Kb1[S]+Kb1 Kb2[M2][S]2)
上式为具有两个相同的结合部位的二聚体蛋白质与配体S结 合饱和百分数Adair方程式。
二聚体结合部位之间无相互作用情况下的Adair方程及讨论： 二聚体蛋白 反应第一步
M2 + S
M
M2S M M M2S MS
M
结合常数=Kb1 或
M M M2S [M2S] = [M2][S]
+
M
二聚体M2 S 原体反应
3.正协同性与Hill方程
二聚体蛋白质中最简单的正协同性。此蛋白质具有两个相同 的配体结合部位。当第一个配体结合后，增加了蛋白质另一 个部位对配体的亲和力，反应如下：
M2 + S M2 S+S 慢 快 M2S M2S2 (1) (2) Y 矩形双曲线 米氏曲线？ “S”形曲线 [S] 在固定蛋白质浓度下表现正 同协同性结合的Y-[S]曲线
log ( 1－Y)= logKb+n log[S]=log ( Y [MnSn] [(Mn)0]-[MnSn] )
Y值低于0.1和高于0.9Hill 斜率=h log[Y/(1-Y)] 曲线斜率趋向于1，表示 没有协同性。这是由于在 非常低的配体(S)浓度下， logKb 系统中存在的配体对绝大 多数蛋白质分子是不足以 log[S] 充满一个以上结合部位的， 蛋白质浓度固定，结合表现 不论蛋白质的亲和力有多 为正同种协同性的Hill曲线 大。 类似地在很高配体浓度下，只有极少数 蛋白质分子尚留有未被结合的部位。
M2S M2S2
由于原体(M)是以二聚体的组分存在的，Y应该以实际存在的 各种蛋白质-配体络合物浓度表示：
M2 M2S M2S2
由2个原体组成，2个原体均未结合配体 由1个结合配体和1个未结合的原体组成 由2个结合配体的原体组成
[MS]=[M [MS] [M2S]+2[M2S2] [M]=2[M [M] 2[M2]+[M2S] =2( [M2]+[M2S]+[M2S2] ) 2(
M2 + S M2S + S M2S M2S2
表观结合常数=Kb1 表观结合常数=Kb2
表观结合常数Kb1，Kb2仅取决于反应先后位置，与实际结合 部位无关。饱和分数Y为：
单位体积内已结合配体的原体数 Y= 单位体积内原体总数 [MS] 对于二聚体： M2 + S = [MS] + [M] M2S + S
M2 + 2S M2S2 [M2S2] 其结合常数Kb为： Kb = [M2][S]2 Kb[S]2 Y表示式为： Y= 1+Kb[S]2 [M2S2] Y= 按定义 [M2]+[M2S2] [M2S2]= Kb [M2][S]2 代入上式 Kb [M2][S]2 Y= [M2]+Kb[M2][S]2
logKb+n log[S]=log ( ) =log ( Y ) 1－Y [(Mn)0]-[MnSn]
如果配体S与蛋白质结合遵守此方程情况下，以log[Y/(1-Y)]对 log[S]作图将是线性的，其斜率为n，纵轴截距为logKb，这样的 图称为Hill曲线，实验测定的斜率(曲线线性部分)称为Hill系数， 以h表示。
Y 矩形双曲线 米氏曲线？ [S]
在固定酶浓度下结Baidu Nhomakorabea合的Y-[S]曲线
在[E0]恒定时，Y对[S]作图，为一双曲线。 如果反应在稳态条件下进行，[S0]>>[E0]， [S] ≈[S0]，[ES]不随时间变化，在最简单 的系统中，ν0和[ES]成正比。
则：
ν0 [ES] =Y = [E] ν
以ν0对[S0]作图，与Y对[S0]作图结果一样，也为一双曲线。在 稳态条件下， ν0与[S]双曲线关系是Michaelis-Menten方程所预 示的。如果反应进行测定结果和导出米氏方程所作的假定不 符合，那么，反应动力学特性和结合特性通常是不同的。 2.协同性 协同性： 具有一个以上配体结合部位的酶蛋白，在配体结合过程中 中，结合部位之间存在相互作用的可能性。 正协同性： 一分子底物或配体与酶蛋白的结合增加了对另一分子相同的 或不同的配体的亲和力。
M表示两个相同亚基中的一个，称为原体， M2表示二聚体蛋白。如果亲和力增加很大， 反应(2)很快，在此条件下，[M2S2]>>[MS]，
则： [M2S2] Y= [(M2)0]
单位体积内已结合配体的原体数 Y= 单位体积内原体总数
Y对[S]作图，得S形曲线，而不是双曲线，如上图所示。
对于完全的协同性来说，每个蛋白质分子要么完全饱和，要 么无配体结合，即全或无，反应可写作：
对Kb取对数： logKb+2 log[S]=log( [M2S2] ) 因为 [M2]=[[(M2)0]-[M2S2]
logKb+2 log[S] =log( [M2]
分子分母同乘以1/[M2]
[M2S2] [(M2)0]-[M2S2] [MnSn]
)
对于具有n个相同结合部位的蛋白质，其完全的正协同性的通 式为： Hill方程
已结合配体的原体总浓度为： 未结合配体的原体总浓度为： 原体总浓度:
[MS]+[M]=[M [MS]+[M] [M2S]+[2M2S]+2[M2]+[M2S]
[M2S]+2[M2S2] [MS] 所以： Y= [MS] + [M] = 2( [M2]+[M2S]+[M2S2] )
由 Kb1=
[M2S] [M2][S] [M S ]
Hill曲线中系数是指曲线的线性部分，也即中间部分，此处
表现最大程度的协同效应。 对于协同性完全的系统，Hill系数h等于结合部位数n。对 于表现部分协同性的蛋白质，仍能得到具有线性中间部分 的Hill曲线，但h<n，线性部分也较短。 在配体S是底物时，反应进行到产生产物，Michaelis-Menten平 衡假定成立的情况下，反应初速度 ν0∝ [MS] 此时： 因为： 所以： ν0/ ν=[MS]/[M0]=Y [M0]=[M]+[MS] Y/(1-Y)= ν0/ (ν- ν0)
因此，以log[ν0/(ν- ν0)]对log[S]作图类似于Hill曲线，并可以替 代Hill曲线，并且两图的斜率具有相同的数值和意义。
注意，以上现象对于二聚体酶在稳态情况下假设是成立的， 但对于较复杂的寡聚酶系统，Y= ν0/ ν的关系不一定成立， 只有当结合过程处于平衡或非常接近平衡态件下才成立。 Hill方程的另一种表示方式(通式)： [S]n ν νmax = K'+[S]n 或： log[ ν/(νmax- ν)]= n log[S]-logK' K'可从K'=
得
2Kb[S]+2•2Kb•1/2Kb[S]2 Kb[S]+Kb2[S]2 Y= = 2(1+2Kb[S]+Kb2[S]2) 1+2Kb[S]+Kb2[S]2 Kb[S] Kb[S](1+Kb[S]) = = 1+Kb[S] (1+Kb[S] )2
Kb[S] 从式 Y= 1+Kb[S]
可以看出，与米氏方程具有相似的形式。
第一节 酶活性调节的多样性
生命现象充分表现了它内部反应历程的有序性，整个细胞 的代谢似乎浑沌状态，但却十分有序是受多方面因素调节 和控制的结果，而酶活性的控制又是代谢调节作用的主要 方式。酶活性的调节分十种方式。 1.酶浓度的调节 诱导或阻遏酶的合成 酶降解的调节 2.激素调节 也与酶生物合成有关，但是调节的方式不同。 例如:乳糖合成酶(由催化亚基和修饰亚基构成2聚体) 催化亚基
n
[ S ]0.5 求得
4.Adair方程
研究具有若干个相同结合部位的蛋白质(M)与其配体(S)的结 合，并对协同性不作任何假定的协同性动力学方程。 每个结合部位的内在(微观)结合常数Kb，定义为蛋白质所有 其他结合部位不存在时的结合常数，由于上述结合部位都相 同，其Kb也就相同。但是，每步反应的实际(表观)结合常数 都是不同的，以具有两个相同的结合部位的二聚体蛋白质与 配体S的结合为例进行讨论。
第三章 酶活性的调节和酶的转换
第一节 酶活性调节的多样性 第二节 通过配体诱导酶构象改变的活性调节 第三节 通过酶共价修饰的活性调节 通过变构酶的非共价调节酶动力学方 程诱导建立讨论，掌握前人研究酶学 第四节 代谢途径中酶活性调节(自习) 过程中的一些基本科学思想、方法， 重点掌握变构酶动力学方程的实际应 第五节 酶的转换(自习) 用和意义。其次应掌握共价调节酶的 调节种类及级联系统的调节特征。
得 [M2S]=Kb1[M2][S]
2 2 由 Kb2 = 得 [M2S2]=Kb2[M2S][S]=Kb1Kb2[M2][S]2 [M2S][S]
将[M2S]和[M2S2]带入Y式，可得： Adair方程 Y=
= Kb1[M2][S]+2Kb1Kb2[M2][S]2 2([M2]+Kb1[M2][S]+Kb1Kb2[M2][S]2) Kb1[S]+2Kb1Kb2[S]2 2(1+Kb1[S]+Kb1 Kb2[S]2)
第二节 通过配体诱导酶构象改变的活性调节
配体：凡是能够与酶蛋白非共价结合引起构象改变，进而引 起活性改变的物质称为配体(也称为效应物)。 变构酶一般是多个亚基的寡聚体，一个酶分子上结合配体部位 可以有一个，两个或多个，由于结合配体使各部位之间存在一 定的协同性。 酶分子因与配体可逆的非共价结合导致构象变化，进而改变 酶活性状态，称为酶的变构调节。具有这种调节作用的酶称 为变构酶。 一、配体和酶蛋白的结合 1.配体(ligand)与和具有单个结合部位蛋白质的结合
如果以Y对[S]作图将得到双曲线。实验结果也如此。 综合二聚体蛋白结合配体Adair方程，可得如下结论： (1)一般讲，M是具有几个S相同结合部位的蛋白质，如果结合 部位间无相互作用，Y对[S]作图，将得到双曲线。若结合反应 是S转变为产物的第一步，平衡假设成立，ν0∝[MS]，那么ν0对 [S]作图也将得到双曲线。 (2)从上述讨论可见： Kb1=2Kb Kb2=1/2Kb Kb1=4Kb2 无协同性 (3)对于正同种协同性： 由于第一个配体分子的结合增加了蛋白质对于配体的亲和力， 其第二个配体分子的结合比结合部位间无相互作用要快，Kb1 小于4Kb2，按照Adair方程，Y对[S]作图，将得到S形曲线，协 同性程度愈大，曲线S型特征愈显著。
催化亚基单独不能催化乳糖合成，但能催化半乳糖链 接到蛋白质上形成糖蛋白。只有当结合修饰亚基后， 改变了催化亚基专一性，可催化半乳糖和葡萄糖合成 乳糖。 分娩时，由于激素水平急剧变化，修饰亚基大量合成， 他与催化亚基结合，才会大量合成乳糖。
修饰亚基
3.共价修饰调节 4.限制性蛋白质水解作用 也即酶原激活系统，属于高度特异性的共价修饰调节系统。 5.抑制和激活剂的调节 6.反馈调节 7.变构调节 7. 8.金属离子和其它小分子化合物调节 金属离子激活抑制 9.蛋白质剪接 Protein splicing