第七章酶的作用机制和酶的调节共22页文档
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第七章酶的作用机制和酶的调节
10
．
别构酶动力学
别构酶动力学曲线:正协同效应是S形曲线
11
别构酶与非别构酶动力学曲线的比较
协同指数 饱和比值saturation (饱和比值saturation ratio Rs)
协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度 位点被90%饱和时的底物浓度 1
Rs=
位点被10%饱和时的底物浓度
= 81 n
4
(三)酸碱催化： 是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子 以稳定过度态,加速反应的机制. 酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式.是指向反应物提供质子,或是 从反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。 酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进 行酸碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯 基,酚羟基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或 受体. 这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷 酸和焦磷酸参与的反应. 酸碱催化可提高反应速率102-105. His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。 .. +
9
别构酶的性质
别构酶有和底物结合的活性部位 活性部位，又有和 活性部位 调节物或效应物结合的调节部位．调节部位与 调节部位． 调节部位 活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影 响，通过构相的变化，产生协同效应．可发生 在底物－底物之间，调节物－底物之间，调节 物－调节物之间，可以是正协同，或负协同．
第七章
酶的作用机制和酶的调节
1
第一节 酶作用的机制 一.酶活性部位的特点
1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%); 2.是一个三维实体; 3.通过诱导契合的动态过程形成; 4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高; 5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上; 6.具有柔性或可运动性.
酶作用机制ppt课件
蛋白质的磷酸化主要由蛋白激酶催化 磷酸化主要以P-O键或P-N键连接
52
磷酸化 腺苷酰化 尿苷酰化
ADP糖基化
甲基化
53
蛋白质的磷酸化
蛋白质
NTP Pi
NDP 蛋白激酶
蛋白质-Pi
蛋白磷酸酶 H2O
（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu P-O键结合 （2）Lys、Arg、His P-N
如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力 增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同 效应。
44
(4)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。 具有活性中心和调节中心，活性中心和调节中
心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 调节物多为小分子 调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 动力学特点：不遵循米氏方程，动力学曲线是
七 酶的作用机制和调节
1
（一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结合， 并和酶催化作用直接有关 的区域叫酶的活性中心 （active center）或活 性部位（active site)。
2
结合部位(Binding
site)：酶分子中与底物 结合的部位或区域一般 称为结合部位。
24
4、共价催化
酶部分残基侧链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。
酶亲核基团： Ser-OH，Cys-SH，His-N：
底物亲电中心： 磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH）
25
酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
52
磷酸化 腺苷酰化 尿苷酰化
ADP糖基化
甲基化
53
蛋白质的磷酸化
蛋白质
NTP Pi
NDP 蛋白激酶
蛋白质-Pi
蛋白磷酸酶 H2O
（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu P-O键结合 （2）Lys、Arg、His P-N
如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力 增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同 效应。
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(4)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。 具有活性中心和调节中心，活性中心和调节中
心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 调节物多为小分子 调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 动力学特点：不遵循米氏方程，动力学曲线是
七 酶的作用机制和调节
1
（一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结合， 并和酶催化作用直接有关 的区域叫酶的活性中心 （active center）或活 性部位（active site)。
2
结合部位(Binding
site)：酶分子中与底物 结合的部位或区域一般 称为结合部位。
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4、共价催化
酶部分残基侧链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。
酶亲核基团： Ser-OH，Cys-SH，His-N：
底物亲电中心： 磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH）
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酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
酶作用机制和酶活性调节
进结合。 4）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）。
二、 酶促反应机制
酶的催化作用可能来自7个方面：
1、 酸碱催化
➢ 酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体 的作用。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H+与OH-。 广义的酸碱催化剂：是指能供给质子（H+）与接受 质子的物质。
✓ 激酶：将ATP上的Pi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）。
例如：
磷酸化酶激酶
糖原磷酸化酶b ATP
ADP
(无活性)
Pi
H2O
磷酸化酶磷酸酶
糖原磷Байду номын сангаас化酶a
（有活性）
糖原的分解
4. 级联系统（cascade system）：
在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 大。这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。
乳酸脱氢酶同工酶形成示意图
结构基因
a
b
实
mRNA
例
多肽
：
乳
亚基
酸
脱
氢
酶
四聚体
➢ 哺乳动物乳酸脱氢酶有5种
CH3CHOH-COO-+NAD+ LDH
CH3COCOO-+NADH+H+
MMMM （M4） HMMM（HM3） HHMM（H2M2） HHHM （H3M） HHHH （H4）
三、 酶活性的别构调节
别构酶：一般都是寡聚酶，通过次级键由多亚基构 成，这种酶除了有活性中心外，还有一个别构中 心，当调节物结合到别构中心上时，会引起酶分 子构象发生变化而导致酶活性的变化。
二、 酶促反应机制
酶的催化作用可能来自7个方面：
1、 酸碱催化
➢ 酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体 的作用。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H+与OH-。 广义的酸碱催化剂：是指能供给质子（H+）与接受 质子的物质。
✓ 激酶：将ATP上的Pi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）。
例如：
磷酸化酶激酶
糖原磷酸化酶b ATP
ADP
(无活性)
Pi
H2O
磷酸化酶磷酸酶
糖原磷Байду номын сангаас化酶a
（有活性）
糖原的分解
4. 级联系统（cascade system）：
在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 大。这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。
乳酸脱氢酶同工酶形成示意图
结构基因
a
b
实
mRNA
例
多肽
：
乳
亚基
酸
脱
氢
酶
四聚体
➢ 哺乳动物乳酸脱氢酶有5种
CH3CHOH-COO-+NAD+ LDH
CH3COCOO-+NADH+H+
MMMM （M4） HMMM（HM3） HHMM（H2M2） HHHM （H3M） HHHH （H4）
三、 酶活性的别构调节
别构酶：一般都是寡聚酶，通过次级键由多亚基构 成，这种酶除了有活性中心外，还有一个别构中 心，当调节物结合到别构中心上时，会引起酶分 子构象发生变化而导致酶活性的变化。
《酶作用机制》PPT课件
医学PPT
17
邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更 好的定向，使反应速率提高2.5×1011
中富集出来，使它们 固定在活性中心附近， 反应基团相互邻近， 同时使反应基团的分 子轨道以正确方位相 互交叠，反应易于发 生。
医学PPT
19
2、底物的形变与诱导契合
医学PPT
21
3、酸碱催化
酸碱催化是通过瞬时向反应物提供或接受质子以稳定过渡态， 加速反应的一种催化机制。
医学PPT
22
医学PPT
23
✓影响酸碱催化反应速度的因素
⑴酸碱强度(pK值） 组氨酸咪唑基的解离常数为6，在pH6附近给出 质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基 团。
⑵给出质子或结合质子的速度。咪唑基最快， 半寿期小于10-10秒。
形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降
低反应活化能，促进产物生成。
医学PPT
26
5、活性中心金属离子的催化作用
金属酶（metalloenzyme):含紧密结合的金属离子 Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+
金属-激活酶（metal-activated enzyme):含松散 结合的金属离子 Na+、K+、Mg2+、Ca2+
医学PPT
8
2. 酶活性中心的必需基团
O
➢ 酶表现催化活性不可
H 2N
CH
C
OH
缺少的基团。
CH 2
➢ 亲核性基团：丝氨酸
OH O
的羟基，半胱氨酸的 H 2 N CH C OH
巯基和组氨酸的咪唑
CH 2
基。
酶的作用机制和调节
酶的作用机制和调节酶是一类生物催化剂，它在生物体内起着至关重要的作用。
酶能够加速化学反应的进行，降低活化能，使生物体内的代谢过程更加高效。
本文将探讨酶的作用机制以及调节机制。
一、酶的作用机制酶的催化作用主要通过两个机理实现，即酶与底物的结合和酶催化反应。
1. 酶与底物的结合酶与底物之间的结合是通过酶的活性位点来完成的。
活性位点是酶分子上具有特定结构和氨基酸残基的区域，与底物结构相互吻合。
酶与底物结合的特异性是酶高效催化的基础。
酶与底物的结合可以通过“钥匙-锁”模型来描述。
即酶的活性位点（“锁孔”）与底物的结构（“钥匙”）相互适配，形成酶底物复合物。
这种结合使得底物的活化能降低，从而促进酶催化反应的进行。
2. 酶催化反应酶催化反应是指酶通过调整反应路径、提供催化剂或者转移化学基团而加速化学反应的过程。
酶能够调整底物的构象，使得底物更容易进行特定的化学转化。
此外，酶还可以提供催化剂，如辅因子或金属离子，来促进反应的进行。
同时，酶还可以通过转移化学基团的方式来调节反应，例如酶可以将底物中的氢离子或者电子转移给另一个底物分子。
这些机制使得酶能够高效地催化反应，提高反应速率。
二、酶的调节机制为了适应生物体内不同的环境和代谢需求，酶的活性需要被调节。
酶的调节机制主要分为两种类型：可逆性调节和不可逆性调节。
1. 可逆性调节可逆性调节是指酶的活性可以在不同条件下被逆转或者恢复的调节机制。
可逆性调节主要包括以下几种形式。
（1）反馈抑制：产物在代谢途径中的积累可以抑制酶的活性，从而调节代谢途径的进行。
这种调节机制可以保证代谢途径的稳定性和平衡性。
（2）物质的结合：某些物质（如激活剂或抑制剂）可以结合到酶上，通过改变酶的构象或者酶与底物的结合能力来调节酶的活性。
（3）共价修饰：酶可以通过化学修饰（如磷酸化、乙酰化等）来调节自身的活性。
这种修饰可以通过激酶和磷酸酶等酶的协同作用来实现。
2. 不可逆性调节不可逆性调节是指酶的活性受到不可逆的结构变化或者修饰的调节机制。
2019酶作用机制
(effector)。
(2)别构酶
别构酶一般是多亚基构成 的聚合体，一些亚基为催 化亚基，另一些亚基为调 节亚基。
当调节亚基或调节部位与 变构剂结合后，就可导致 酶的空间构象发生改变， 从而导致酶的催化活性中 心的构象发生改变而致酶 活性的改变。
(3)协同效应
当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂） 结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对 配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶 的协同效应。
半椅式：C5、C1、C2 和 O在同一平面上
溶菌酶底物D糖环变形模型图
溶菌酶的活性中 心的氨基酸残基 与底物敏感键既 靠近又定向。
NAG
NAG
EO
Glu
OH
C
35
O
EO
C4 H
O
-O
C1 H C
O
D
O
Asp
52
-
Glu C O
35 O
H C4 H
O
+
C1
O
D
-
HOC
O
Asp
52
+H
OH (NAG) 3
七 酶的作用机制和调节
ห้องสมุดไป่ตู้一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直 接有关的区域叫酶的活 性中心（active center） 或活性部位（active site)。
结合部位(Binding
site)：酶分子中与底物 结合的部位或区域一般 称为结合部位。
酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
(2)别构酶
别构酶一般是多亚基构成 的聚合体，一些亚基为催 化亚基，另一些亚基为调 节亚基。
当调节亚基或调节部位与 变构剂结合后，就可导致 酶的空间构象发生改变， 从而导致酶的催化活性中 心的构象发生改变而致酶 活性的改变。
(3)协同效应
当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂） 结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对 配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶 的协同效应。
半椅式：C5、C1、C2 和 O在同一平面上
溶菌酶底物D糖环变形模型图
溶菌酶的活性中 心的氨基酸残基 与底物敏感键既 靠近又定向。
NAG
NAG
EO
Glu
OH
C
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EO
C4 H
O
-O
C1 H C
O
D
O
Asp
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-
Glu C O
35 O
H C4 H
O
+
C1
O
D
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HOC
O
Asp
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+H
OH (NAG) 3
七 酶的作用机制和调节
ห้องสมุดไป่ตู้一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直 接有关的区域叫酶的活 性中心（active center） 或活性部位（active site)。
结合部位(Binding
site)：酶分子中与底物 结合的部位或区域一般 称为结合部位。
酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
【生物化学】第七章 酶的作用机制和酶活性调节
本章纲要
一、酶的活性部位 二、研究酶活性部位的方法 三、酶催化反应的独特性质 四、影响催化效率的有关因素 五、酶催化反应机制的实例 六、酶活性的调节控制
四、影响催化效率的有关因素
探讨酶作用高效率的原因及酶促反应的重要中间步骤
㈠底物和酶的邻近效应与定向效应
普通化学反应—随机碰撞（受浓度、碰撞角度影响） 相当于——社会上的自由恋爱 酶的活性中心—相当于“婚姻介绍所” 邻近效应提高了酶的活性中心（“婚介”）底物的浓度（— 非婚男女集中） 定向效应缩短了底物与催化基团间（“男女”）的距离 酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，使有效浓度得 以提高，从而使反应速度增加（成功率）108倍
二、研究酶活性部位的方法
1.酶分子侧链基团的化学修饰法
-确定被修饰基团与酶活性的关系；
（1）非特异性共价修饰 ——推测某基团是否在活性中心
某基团被修饰后： 酶活力改变：为必需基团
（2）特异性共价修饰——试剂专一修饰活性部位某AA，
使酶失活
（3）亲和标记法——与S结构相似的共价修饰剂，如：
TPCK与胰凝乳蛋白酶的底物TPE结构相似,TPCK与该酶保温 后，酶活性部位残基被烷化，活性丧失。
本章纲要
一、酶的活性部位 二、研究酶活性部位的方法 三、酶催化反应的独特性质 四、影响催化效率的有关因素 五、酶催化反应机制的实例 六、酶活性的调节控制
三、酶催化反应的独特性质
⒈ 酶反应分为两大类：一类仅涉及电子转移；另一类涉 及到电子(带负电)和质子(带正电) 两者或者其他基团 的转移
⒉ 催化过程中以活性部位氨基酸侧链上的功能基团和辅 酶为媒介
（4）自杀性底物标记
二、研究酶活性部位的方法
2.动力学参数测定法 -比较底物和抑制剂对酶反应的影响；
酶的作用机制和酶的调节 (2)
合，使两者恢复非离子化形式 。由此完成一次水解反应 。
Asp通过带有负电荷的羧基稳定D环
的正碳离子中间产物
第26页，共58页。
2. 胰凝乳蛋白酶
丝氨酸蛋白酶是一类最有特色的酶家族，包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶 、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂和其他酶类。其中，
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶在胰腺中合成，以非活性形式分泌到消 化道中，并在其中经过去除部分肽段成为活性酶。 这三种酶由同一祖先“趋异进化”，都负责裂解肽键，作用机制相似、专一性不同。 具有His、Asp、Ser组成的“催化三联体”。
酶的亲核基团（如羟基、巯基）对底物的亲电子中心进行攻击。亲核 基团含有可提供电子的原子，向底物亲电子的原子提供电子，由此形 成不稳定的共价中间物。但酶的亲核基团易变，所形成的共价中间物 不稳定，随后会被水分子或第二种底物攻击而给出所需的产物，由此可 加快中间物的分解而释放出产物。
第18页，共58页。
附着到底物敏感肽键的羰基碳原子上，形成共价的酰化中间物，再促进酰化的ES中间 物上的酰基转移到水或其他的酰基受体（如醇，氨基酸等）上。其对多肽底物水解 可分两个阶段：
第31页，共58页。
胰凝乳蛋白酶作用机制
A、水解反应的酰化阶段：Ser195羟基的氧原子对底物敏感键的羰基碳原子进行亲核攻 击，形成了一个为时暂短的四联体过渡态。在这过渡态中，底物的酰基部分与Ser195 的羟基、氨基部分与His57的咪唑基相连接。在此过程中，通过电荷中继网 （丝氨酸向组氨酸提供质子）发生反应，敏感肽键断裂，底物中的胺成分 通过氢键与His57咪唑基相连，底物的羧基部分通过酯键与Ser195的羟基相连。
可以起着广义酸作用，提
供一个质子给糖苷键的氧
Asp通过带有负电荷的羧基稳定D环
的正碳离子中间产物
第26页，共58页。
2. 胰凝乳蛋白酶
丝氨酸蛋白酶是一类最有特色的酶家族，包括胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶 、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组织纤溶酶原激活剂和其他酶类。其中，
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶在胰腺中合成，以非活性形式分泌到消 化道中，并在其中经过去除部分肽段成为活性酶。 这三种酶由同一祖先“趋异进化”，都负责裂解肽键，作用机制相似、专一性不同。 具有His、Asp、Ser组成的“催化三联体”。
酶的亲核基团（如羟基、巯基）对底物的亲电子中心进行攻击。亲核 基团含有可提供电子的原子，向底物亲电子的原子提供电子，由此形 成不稳定的共价中间物。但酶的亲核基团易变，所形成的共价中间物 不稳定，随后会被水分子或第二种底物攻击而给出所需的产物，由此可 加快中间物的分解而释放出产物。
第18页，共58页。
附着到底物敏感肽键的羰基碳原子上，形成共价的酰化中间物，再促进酰化的ES中间 物上的酰基转移到水或其他的酰基受体（如醇，氨基酸等）上。其对多肽底物水解 可分两个阶段：
第31页，共58页。
胰凝乳蛋白酶作用机制
A、水解反应的酰化阶段：Ser195羟基的氧原子对底物敏感键的羰基碳原子进行亲核攻 击，形成了一个为时暂短的四联体过渡态。在这过渡态中，底物的酰基部分与Ser195 的羟基、氨基部分与His57的咪唑基相连接。在此过程中，通过电荷中继网 （丝氨酸向组氨酸提供质子）发生反应，敏感肽键断裂，底物中的胺成分 通过氢键与His57咪唑基相连，底物的羧基部分通过酯键与Ser195的羟基相连。
可以起着广义酸作用，提
供一个质子给糖苷键的氧
酶的作用机制与酶的调节
– 终产物CTP反馈抑制ATCase, 底物(同促效应)和 ATP(异促效应)则激活
– ATCase由催化亚基（有催化活性,不与ATP和CTP 结合）和调节亚基(无催化活性,与ATP和CTP结合) 构成
– ATP和CTP通过改变T态和R态之间的平衡来调节 ATCase的活性
– 3-磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应的别构酶
胰凝乳蛋白酶
医学课件ppt
7
胰蛋白酶
医学课件ppt
8
非极性口袋
医学课件ppt
9
医学课件ppt
10
医学课件ppt
11
医学课件ppt
12
医学课件ppt
13
医学课件ppt
14
医学课件ppt
15
医学课件ppt
16
酶活性的调节控制
别构调控
– 概念：别构调节、效应物、正效应物和负效应物
– 天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）
酶催化实例与酶的调节
1. 酶催化反应实例 2.酶的调节
医学课件ppt
1
酶催化反应实例
1. 溶菌酶
– 催化某些细菌细胞壁多糖的水解，从而溶解 细胞壁；
– Mr=14.6× 103，由129个氨基酸残基组成的 单肽链蛋白质，含4对-S-S-
– 为葡糖苷酶，催化水解NAM的C1与NAG的 C4之间的糖苷键
医学课件ppt
2
1. 溶菌酶
溶菌酶的内部为非极性的，在酶分子表 面有一裂缝，其刚好能容纳多糖底物的6 个单糖（活性中心）
酸碱催化：Glu35以酸的形式提供质子 底物过渡态的形成：正碳离子中间产物
的形成与稳定
医学课件ppt
3
2. 丝氨酸蛋白酶
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶（消化 酶）、凝血酶、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组 织纤溶酶原激活剂等
– ATCase由催化亚基（有催化活性,不与ATP和CTP 结合）和调节亚基(无催化活性,与ATP和CTP结合) 构成
– ATP和CTP通过改变T态和R态之间的平衡来调节 ATCase的活性
– 3-磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应的别构酶
胰凝乳蛋白酶
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7
胰蛋白酶
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8
非极性口袋
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9
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10
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酶活性的调节控制
别构调控
– 概念：别构调节、效应物、正效应物和负效应物
– 天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）
酶催化实例与酶的调节
1. 酶催化反应实例 2.酶的调节
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1
酶催化反应实例
1. 溶菌酶
– 催化某些细菌细胞壁多糖的水解，从而溶解 细胞壁；
– Mr=14.6× 103，由129个氨基酸残基组成的 单肽链蛋白质，含4对-S-S-
– 为葡糖苷酶，催化水解NAM的C1与NAG的 C4之间的糖苷键
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2
1. 溶菌酶
溶菌酶的内部为非极性的，在酶分子表 面有一裂缝，其刚好能容纳多糖底物的6 个单糖（活性中心）
酸碱催化：Glu35以酸的形式提供质子 底物过渡态的形成：正碳离子中间产物
的形成与稳定
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3
2. 丝氨酸蛋白酶
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶（消化 酶）、凝血酶、枯草杆菌蛋白酶、纤溶酶、组 织纤溶酶原激活剂等
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典型的米氏酶Rs=81 ,即符合米氏方程的酶n=1. 具有正协同效应的酶n>1;
具有负协同效应的酶n<1.
11
别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
12
在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一个关键的反 应，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的 一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTP）。
1.酶反应大部分反应涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反应 仅涉及电子的转移(速率103s-1);
2.酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的,主要的是 His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参加反应;
3.酶催化反应的最适pH范围通常很狭小; 4.与底物相比,酶分子很大; 5.生物酶特有的有利条件,使上述反应进行更有利:
某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛 等也可以参与共价催化作用。
5
(五)金属离子催化
(六)多元催化和协同效应 如亲核催化和酸碱催化共同作用.
(七)活性部位微环境 活性部位位于疏水环境的裂缝中. 由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非
极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境 中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用.
（1）已知的别构酶几乎都是寡聚酶，由2个以上的亚基 组装而成，具有四级结构，分子较大，常常表现出 单体酶没有的特殊性质；
（2）一般有两个亚基，催化亚基有活性中心，决定反应 的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改变，属快速调 节，是代谢过程关键步骤中发挥关键作用的关键酶。
（3）别构酶在某些物质（如调节物）的作用下，构象改 变，活力也发生变化，这种现象称别构效应。
6
第二节 酶活性的调节控制和调节酶
(一)别构调控－别构酶调节
特点:（1）别构酶除了有活性中心外，还有别构中心； （2）该酶可在其分子内、不同的空间位置 上的特定位点具有传递改变构象信息的能力； （3）酶的特殊结构具有在不同外界环境条件时， 作出选择，以达到对代谢过程的调节控制。
7
别构酶的结构特征：
（４）别构酶不遵循米氏方程。
8
别构酶的性质
别构酶有和底物结合的活性部位，又有和 调节物或效应物结合的调节部位．调节部位与 活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影 响，通过构相的变化，产生协同效应．可发生 在底物－底物之间，调节物－底物之间，调节 物－调节物之间，可以是正协同，或负协同．
9
． 别构酶动力学
第一节 酶作用的机制
一.酶活性部位的特点
1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%); 2.是一个三维实体; 3.通过诱导契合的动态过程形成; 4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高; 5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上; 6.具有柔性或可运动性.
1
二.酶催化反应的独特性质
3
(三)酸碱催化： 是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子 以稳定过度态,加速反应的机制.
酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱 催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式.是指向反应物提供质子,或是从 反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。
酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸 碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟 基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体. 这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和 焦磷酸参与的反应.
(1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进行协同催化; (2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近; (3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反应; (4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的形成.
2
三.与酶催化高效率有关的因素
(一)底物和酶的临近效应和定向效应： 临近效应是在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，底物在酶
别构酶动力学曲线:正协同效应比较
协同指数 (饱和比值saturation ratio Rs)
协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度
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
n代表协同系数(Hill系数), 常用n判断酶属于哪一种类型.
当酶遇到专一性底物时,酶中某些基团或离子使底物分子内敏感键中 的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“张力”,使敏感键的一端更 加敏感,底物分子发生“形变” ,底物接近过度态,降低了反应活化能,使 反应易于发生.如溶菌酶与底物结合引起D-糖环构象由椅式变为半椅式 等例子,均为X射线晶体结构分析证实.
催化剂通过与底物形成反应活性很高的共 价过渡产物，使反应活化能降低，从而提 高反应速度的过程，称为共价催化。
在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分 别放出电子或吸取电子,作用于底物的缺电 中心或负电中心,迅速形成不稳定的中间复 合物,降低反应活化能,使反应加速.
酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的 咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
酸碱催化可提高反应速率102-105. His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。
+
-COOH3,,
-N -SHH,
-CO - O..2 ,, ---S N,H
+
OHHN NH
O- :N NH
广义酸基团
4 （质子供体）
广义碱基团
（质子受体）
(四)共价催化 (亲核催化或亲电子催化)
活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；
酶和底物复合物的形成是把分子间的反应变为分子内的反应的过程, 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位。定向效应 指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物反应基团之间的正确 取位产生的效应,使酶促反应具有高效率。 科学家认为,如果临近效应和定向效应的促进作用分别达到提高反应速 率104倍,临近效应加定向效应共同作用使反应速率升高108倍,这与酶提 高催化效率计算数据很相近. (二) 底物的“形变” 和诱导契合：
具有负协同效应的酶n<1.
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别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
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在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一个关键的反 应，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的 一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTP）。
1.酶反应大部分反应涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反应 仅涉及电子的转移(速率103s-1);
2.酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的,主要的是 His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参加反应;
3.酶催化反应的最适pH范围通常很狭小; 4.与底物相比,酶分子很大; 5.生物酶特有的有利条件,使上述反应进行更有利:
某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛 等也可以参与共价催化作用。
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(五)金属离子催化
(六)多元催化和协同效应 如亲核催化和酸碱催化共同作用.
(七)活性部位微环境 活性部位位于疏水环境的裂缝中. 由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非
极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境 中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用.
（1）已知的别构酶几乎都是寡聚酶，由2个以上的亚基 组装而成，具有四级结构，分子较大，常常表现出 单体酶没有的特殊性质；
（2）一般有两个亚基，催化亚基有活性中心，决定反应 的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改变，属快速调 节，是代谢过程关键步骤中发挥关键作用的关键酶。
（3）别构酶在某些物质（如调节物）的作用下，构象改 变，活力也发生变化，这种现象称别构效应。
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第二节 酶活性的调节控制和调节酶
(一)别构调控－别构酶调节
特点:（1）别构酶除了有活性中心外，还有别构中心； （2）该酶可在其分子内、不同的空间位置 上的特定位点具有传递改变构象信息的能力； （3）酶的特殊结构具有在不同外界环境条件时， 作出选择，以达到对代谢过程的调节控制。
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别构酶的结构特征：
（４）别构酶不遵循米氏方程。
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别构酶的性质
别构酶有和底物结合的活性部位，又有和 调节物或效应物结合的调节部位．调节部位与 活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影 响，通过构相的变化，产生协同效应．可发生 在底物－底物之间，调节物－底物之间，调节 物－调节物之间，可以是正协同，或负协同．
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． 别构酶动力学
第一节 酶作用的机制
一.酶活性部位的特点
1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%); 2.是一个三维实体; 3.通过诱导契合的动态过程形成; 4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高; 5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上; 6.具有柔性或可运动性.
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二.酶催化反应的独特性质
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(三)酸碱催化： 是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子 以稳定过度态,加速反应的机制.
酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱 催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式.是指向反应物提供质子,或是从 反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。
酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸 碱催化。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟 基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体. 这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和 焦磷酸参与的反应.
(1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进行协同催化; (2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近; (3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反应; (4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的形成.
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三.与酶催化高效率有关的因素
(一)底物和酶的临近效应和定向效应： 临近效应是在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，底物在酶
别构酶动力学曲线:正协同效应比较
协同指数 (饱和比值saturation ratio Rs)
协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度
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
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= 81 n
n代表协同系数(Hill系数), 常用n判断酶属于哪一种类型.
当酶遇到专一性底物时,酶中某些基团或离子使底物分子内敏感键中 的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“张力”,使敏感键的一端更 加敏感,底物分子发生“形变” ,底物接近过度态,降低了反应活化能,使 反应易于发生.如溶菌酶与底物结合引起D-糖环构象由椅式变为半椅式 等例子,均为X射线晶体结构分析证实.
催化剂通过与底物形成反应活性很高的共 价过渡产物，使反应活化能降低，从而提 高反应速度的过程，称为共价催化。
在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分 别放出电子或吸取电子,作用于底物的缺电 中心或负电中心,迅速形成不稳定的中间复 合物,降低反应活化能,使反应加速.
酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的 咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
酸碱催化可提高反应速率102-105. His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。
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-COOH3,,
-N -SHH,
-CO - O..2 ,, ---S N,H
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OHHN NH
O- :N NH
广义酸基团
4 （质子供体）
广义碱基团
（质子受体）
(四)共价催化 (亲核催化或亲电子催化)
活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；
酶和底物复合物的形成是把分子间的反应变为分子内的反应的过程, 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位。定向效应 指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物反应基团之间的正确 取位产生的效应,使酶促反应具有高效率。 科学家认为,如果临近效应和定向效应的促进作用分别达到提高反应速 率104倍,临近效应加定向效应共同作用使反应速率升高108倍,这与酶提 高催化效率计算数据很相近. (二) 底物的“形变” 和诱导契合：