酶作用机制及酶调节
酶的作用机制和酶的调节
别构激活剂 别构抑制剂
（2）别构酶的动力学
S形曲线（正协同） 表观双曲线（负协同效应）
（二）酶原的激活
酶原(zymogen)：酶的无活性的前体
酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活性 的酶的过程。酶原激活的实质是酶活性部位 的形成或暴露至分子的表面。
酶原激活的意义：在特定的环境和条件下发 挥作用；避免细胞自身消化；也可保证某些 特殊生理过程的正常进行，如凝血作用；有 的酶原可以视为酶的储存形式。
溶菌酶催化底物C1-O键裂解
五、酶活性的调节控制
（一）别构调控（allosteric regulation）
定义 别构调节：酶分子的非催化部位与某些
化合物可逆地非共价结合后发生构象的 改变，进而改变酶活性状态。 别构酶：具有别构现象的酶。 别构剂：能使酶分子发生别构作用的物
质。通常为小分子代谢物或辅因子
白
S
酶
SS
胰蛋白酶原
肠激酶
胰凝乳蛋白酶原
α-胰凝乳蛋白酶 +两个二肽
自
六肽
身 催
+
化
胰蛋白酶
弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 + 碎片
羧基肽酶原A
羧基肽酶A + 碎片
肠激酶启动的酶原激活
出血性胰腺炎发病机制？
凝血机制：1、受伤血管收缩减少血流；2、血小板粘聚成
栓堵住伤口；3、凝血相关因子的级联激活作用
蛋白激酶，磷酸化
酶
磷酸酶，脱磷酸化
酶-P
由核苷三磷酸（ATP）提供磷酸基，都需Mg2+。
酶的活性形式： 可能是磷酸化也可能是脱磷酸化
底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基有两类： （1）“P-O”键连接，如Thr, Ser, Tyr, Asp, Glu…… （2）“P-N”键连接，如Lys, Arg, His……
第10章酶的作用机制和酶的调节
第10章酶的作用机制和酶的调节第10章酶的作用机制和酶的调节教学目的：掌握酶的活性部位结构与功能、酶活性的别构调节、酶原激活，了解酶高效性原因教学重点：酶活性部位的结构与功能及酶的活性的别构调节教学难点：酶活性的别构调节教学方法：多媒体教学内容：一、酶的活性部位及确定方法（一）酶活性部位概念及特点1、酶的活性中心(活性部位):指酶分子中的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定空间结构的微小区域。
酶活性中心的基团,按其功能可分为结合基团和催化基团。
活性中心的基团都是维持酶活性的必需基团，2、酶活性部位的共同点：（1）酶活性部位仅占酶体积的很小一部分，通常只占整个酶分子体积的1~2%，酶分子是大分子物质，由很多氨基酸构成，而活性部位仅由几个氨基酸残基组成催化部位一般由2~3个氨基酸残基组成。
结合部位氨基酸残基数目，不同的酶有所不同。
可能是一个，也可能是多个。
（2）酶的活性部位具有三维结构，构成酶活性中心的基团，可位于同一条肽链上，也可位于不同的肽链上，在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上位置必须相互靠近；酶的空间结构受物理或化学因素影响时，酶的活性部位可能会遭破坏，酶会失活。
（3）活性中心的结合基团与底物专一性结合，这需要活性部位的基团精确排列。
活性部位具有一定的柔韧性,活性部位的结构并不是与底物的结构正好互补。
在酶与底物结合过程中，酶活性中心的构象在底物的诱导下可发生形变，然后嵌合互补形成中间产物，而底物在酶活性中心的诱导下也可发生形变，变的易与酶结合，有时是两者的构象同时发生变化后才互补契合（诱导契合学说）。
（4）酶活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结合到裂缝中，裂缝内的非极性基团较多，形成一个疏水环境，提高与底物的结合能力，也有极性的氨基酸残基，以便与底物结合并催化底物发生反应。
（5）底物通过较弱的次级键与酶结合。
组成酶活性中心的氨基酸残基，常见的有：组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、半胱氨酸和酪氨酸3、研究酶活性部位的方法（1）共价修饰（2）亲和标记法（3）切除法（4）X射线晶体结构分析法二、酶促反应机制（一）基元催化的分子机制：酶的催化作用包括若干基元催化。
酶的作用和调控
酶的作用和调控酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的速率，而且在反应过程中自身不发生改变。
酶在生物体内起着极其重要的作用，参与了几乎所有的生物反应，包括新陈代谢的调节、信号传导、DNA复制等等。
本文将重点讨论酶的作用和调控机制。
一、酶的作用酶具有高度特异性，只能催化特定的底物。
它们通过在底物分子上形成暂时的键合，降低活化能，从而使反应速率增加。
酶的作用主要可以从以下几个方面来理解。
1. 催化底物转化酶可以催化底物转化为产物，如淀粉酶能将淀粉分解为葡萄糖单元，蛋白酶能加速蛋白质的降解，而核酸酶能剪切DNA链。
这些反应都是通过酶与底物的特定结合来实现的。
2. 降低活化能酶可以通过形成酶-底物复合物来降低反应的活化能。
这是因为酶能够在底物的特定位置形成特定的电荷分布或空间结构，从而使底物分子更容易发生化学反应。
3. 提高反应速率由于降低了反应的活化能，酶可以使反应速率大大增加。
一般来说，酶催化的反应速率比非酶催化的速率快几百到几百万倍。
二、酶的调控为了维持生物体内的稳态，酶的活性需要得到严格调控。
酶的调控可以分为两类：遗传调控和非遗传调控。
1. 遗传调控遗传调控是通过改变酶的基因表达水平来调控酶的活性。
这可以通过以下几种方式实现。
a. 转录调控转录调控是通过调控酶基因的转录来控制酶的产量。
这可以通过激活或抑制酶基因的转录因子来实现。
转录因子是一类能够结合到基因启动子上的蛋白质，它们可以增强或抑制酶基因的转录，从而影响酶的产量。
b. 翻译调控翻译调控是通过调控酶基因的转录产物的翻译过程来调控酶的产量。
这可以通过调控转录产物的稳定性或翻译速率来实现。
例如，一些miRNA可以与转录产物相互作用，从而降解转录产物或阻止其翻译。
c. RNA剪接调控RNA剪接调控是通过调控基因转录产物的剪接方式来调控酶的活性。
不同的剪接方式会生成不同的转录产物，从而影响酶的功能。
2. 非遗传调控非遗传调控是通过调控已存在的酶分子的活性、稳定性或定位来调控酶的活性。
第三节 酶的作用机理和酶的调节
（4）基因定点诱变法
例： PCR定点突变技术 胰蛋白酶：Asp102→Asn102, 水解效率降低5000倍。
二、酶的作用机理
酶反应的独特性质：
• 酶反应包括两类：①电子转移；②电子+质子以及 其它基团转移。 • 催化作用涉及氨基酸侧链基团和辅因子。 • 巨大酶的结构对于稳定活性部位的构象是必需的。 • 活性中心具有一个以上的催化基团，有利于协同 催化；结合部位可使底物以固定方位结合。
2. 底物的形变(distortion) 含义：
酶使底物敏感键产生‚电子张力‛或变形，从 而促使敏感键更易断裂。
例：溶菌酶的催化机制
129aa, 活性中心含Asp52, Glu35，催化某些 细菌细胞壁多糖的水解。
25% 螺旋 还具折叠
Fig. 2-22 The structure of lysozyme（溶菌酶）. Glu35 and Asp52 are shown in while.
肽键断裂，肽键氨基部分从His57获得一个H+，氨基部 分释放；肽键羧基部分与Ser195相连，形成酰基化酶。
酰基化酶
② 脱酰阶段：水分子攻击酰基化酶， His57 吸收一个H+，OH-攻击羰基C； His57供出一个H+给Ser195，释放C末端产 物。酶恢复原状。
Fig.2-30 A detailed mechanism for the chymotrypsin reaction.
专一性底物的结构特点 活性中心结构
竞争性抑制剂的必需结构
（2）酶分子侧链基团的化学修饰法
DFP(二异丙基氟磷酸) 与胰凝乳蛋白酶Ser195共价结合
酶作用机制和酶调节方式
3 酶原激活举例
胰脏分泌的胰蛋白酶原进入小肠后，可 被肠液中的肠激酶激活或自身激活，自N端 切下一个6肽后，肽链重新折叠而形成有活 性的胰蛋白酶。
酶作用机制和酶调节方式
四、 酶促反应动力学
1 酶促反应速度 用单位时间内底物的减少量或产物的增
加量来表示。
酶作用机制和酶调节方式
如：
每小时催化1克底物 每小时催化1ml某浓度溶液 每分钟催化1ug底物
一定时间 一定量底物
酶作用机制和酶调节方式
（1）国际单位（IU）
在标准条件下（25 ℃ ，最适pH和最适底物 浓度）一分钟内催化1微摩尔底物转化为产 物所需的酶量。 1 IU= 1 mol / min
——酶活力单位标准化
酶作用机制和酶调节方式
终态 活化过程
酶促反应降低活化能
（一）底物和酶的邻近效应和定向效应
定
靠近
向
静电吸引
疏水作用
底物
酶
（二）底物的形变和诱导契合
诱导 互补性 结构变化
契合
能否契合— 专一性的由来
• 产物脱离
酶复原－催化剂
酶作用机制和酶调节方式
羧肽酶 A
羧肽酶催化中的电子云形变
＋
电子云形变
＋
注 意
C＋=O－
靠近
酶的结构与功能
酶作用机制和酶调节方式
一、酶的活性部位 ( active site ） 活性中心（active center)
——与酶活性直接相关的区域
局限在酶分子的特定部位
酶作用机制和酶调节方式
结合部位：与S结合
活性中心
决定酶促反应的专一性
催化部位：促进S发生化学变化 决定酶促反应的性质
酶作用机制与调节
胰凝乳蛋白酶 的晶体结构显 示，Ser195的异 常反应性与催 化三联体有关。 3个极性残基： His57、Asp102 和Ser195在活 性部位形成催 化三联体。
胰凝乳蛋 白酶中的 催化三联 体。
胰蛋白酶的催化机制
丝氨酸蛋 白酶的催 化机制
The Oxyanion Hole. The
（二）酶活性部位的特点
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往 往只占整个酶分子体积的1%-2%。 2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间 结构。 3.酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的， 而是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶 分子、有时是两者的构象同时发生了一定的变 化后才互补的，此时催化基团的位臵正好处在 所催化底物键的断裂和即将生成键的适当位臵， 这个动态辨认过程称为诱导契合（inducedfit）.
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。 广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部 分质子,或是通过质子碱接受部分质子的 作用，达到降低反应活化能的过程。 酸-碱催化是催化有机反应的最普遍有效 的催化剂
酶分子中可作为酸碱催化的功能基团
V
别构激 活 别构抑 制 底物敏感 区
0
[S]
CTP在不影响酶的Vmax的情况下，通过降低酶与底物的 亲和性来抑制ATCase；ATP可增强酶与底物的亲和性， 也不影响Vmax。这种非底物分子的调节物对酶的调节 作用，称为异促效应。
V
别构激 活 别构抑 制 底物敏感 区
0
[S]
Two views of the regulatory enzyme aspartate transcarbamoylase. (Derived from PDB ID 2AT2.) This allosteric regulatory enzyme has two stacked catalytic clusters, each with three catalytic polypeptide chains (in shades of blue and purple), and three regulatory clusters, each with two regulatory polypeptide chains (in red and yellow). The regulatory clusters form the points of a triangle surrounding the catalytic subunits. Binding sites for allosteric modulators are on the regulatory subunits. Modulator binding produces large changes in enzyme conformation and activity.
酶的作用与调控
酶的作用与调控酶是在生物体内存在的一类特殊蛋白质，它能够加速生物体内化学反应的速率，同时还能够在反应结束后恢复原状，继续进行下一次反应。
酶在生物体内起到了非常重要的作用，不仅参与了新陈代谢、物质转化等基本生命过程，还参与了许多疾病的发生和发展。
本文将主要介绍酶的作用和调控机制。
一、酶的作用酶通过降低反应的活化能，使得反应能够在生物体内的温度和压力条件下快速进行。
酶作为催化剂，与参与反应的底物分子发生特异性结合，形成酶底物复合物，通过调整化学键的断裂和形成来加速反应速率。
酶能够提高反应速率的原因有以下几点：1. 酶的结构适应性：酶具有特定的空间构象，与底物之间能够形成亲和力较强的特异性结合，从而加速反应的进行。
2. 酶的活性位点：酶分子上存在特定的活性位点，底物分子与酶的活性位点之间能够发生物理或者化学相互作用，使得反应的过渡态能够更容易地形成。
3. 酶的催化机制：酶可以通过调整反应的化学键，使得反应途径发生改变，从而加速反应的进行。
二、酶的调控机制为了满足生物体内不同环境和生理状态下的需要，酶的活性需要受到精密的调控。
酶的调控机制主要包括以下几个方面：1. 底物浓度调控：当反应物的浓度升高时，酶与底物之间的碰撞频率增加，反应速率也会增加。
反之，当反应物的浓度降低时，酶与底物的碰撞频率减少，反应速率也会降低。
2. pH值调控：酶的活性往往受到环境pH值的影响。
不同的酶对pH值的要求也不同，一些酶在酸性环境中活性较高，而另一些酶在碱性环境中活性较高。
通过调控环境pH值，可以调节酶的活性。
3. 温度调控：酶的活性也受到温度的影响，通常酶在适宜的温度范围内活性较高。
高于或低于适宜温度范围，酶的构象可能发生改变，导致其活性下降。
4. 反馈抑制：许多酶在反应结束后，生成的产物能够通过负反馈机制抑制酶的活性。
这种调控机制能够确保反应产物的浓度维持在一定的范围内，避免过度积累。
5. 合成与降解调控：酶的合成与降解速率也会影响其活性。
生物体内的酶的作用与调节
生物体内的酶的作用与调节生物体内的酶在许多生化过程中扮演着至关重要的角色。
酶是生物体内的催化剂，能够加速生化反应的进行，并且能够在合适的时机被调节和控制。
本文将探讨生物体内酶的作用以及对其功能进行调节的机制。
一、酶的作用酶在生物体内完成了许多不同种类的反应。
它们能够加速食物消化、能量代谢以及细胞生物合成等重要的生化过程。
酶能够在温和的条件下催化化学反应，使反应速度提高数百到数百万倍。
举例来说，消化系统中的酶，如唾液中的淀粉酶和胃液中的蛋白酶，能够将复杂的食物分子分解为小分子，以便肠道中的吸收。
另外，细胞内的各种代谢酶能够将营养物质转化为能量，并调节细胞代谢的平衡。
二、酶的调节尽管酶在各种生化反应中扮演重要角色，但它们的活性需要根据不同的环境和需求进行调节。
酶的调节包括遗传调节和非遗传调节两种方式。
1. 遗传调节遗传调节主要通过调控酶的基因表达来实现。
在细胞分裂和新陈代谢过程中，某些基因会被激活或抑制，从而控制酶的合成和降解。
这种遗传调节确保了在不同生物过程中酶的适当表达。
2. 非遗传调节非遗传调节通过多种机制调控酶的活性，以适应外界环境的变化。
这些机制包括反馈抑制、蛋白磷酸化和辅因子参与等。
反馈抑制是一种常见的非遗传调节机制。
当反应产物积累到一定浓度时，它们可以与酶结合，从而抑制酶的活性，以维持反应速率的平衡。
这种调节方式可以防止产品过度积累并保持适当的代谢通路。
蛋白磷酸化也是一种常见的酶调节方式。
通过激酶或磷酸酶的作用，酶分子上的磷酸基团可以被添加或去除，进而改变酶的构象和活性。
这种方式可以快速响应细胞内的信号传导，控制酶的活性。
此外，许多酶在催化反应中需要特定的辅因子参与，如辅酶和金属离子。
这些辅因子能够与酶形成稳定的复合物，提供必要的催化环境以增强酶的催化能力。
三、酶的重要性与应用生物体内酶的作用与调节不仅仅在生命活动中扮演着关键角色，还被广泛应用于医药和工业领域。
在医药领域，了解酶在疾病进程中的作用和调节机制对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
酶的作用与调节
酶的作用与调节酶是生物体内一种特殊的蛋白质，具有催化化学反应的功能。
酶在生物体内起着至关重要的作用，参与了代谢过程中几乎所有的生化反应。
本文将探讨酶的作用机制以及它们是如何被调节的。
一、酶的作用机制酶能够催化化学反应的原因是因为它们具有一种特殊的结构，称为活性中心。
活性中心是酶分子中的一个小结构，与底物分子结合，促进其转化成产物。
酶与底物之间的结合是非常具体和高度选择性的，这是因为活性中心中的氨基酸残基与底物之间能够形成氢键、离子键和范德华力等相互作用。
酶催化反应的过程可以分为两步：底物结合和催化反应。
在底物结合阶段，底物与酶的活性中心发生相互作用，形成酶底物复合物。
在催化反应阶段，酶改变了底物的化学键，使其转化成产物。
酶并不参与反应本身，因此，在反应完成后，酶可以再次被使用。
二、酶的调节方式酶的活性受多种因素的调节，这些调节机制有助于维持生物体内化学反应的平衡，使代谢过程能够适应外部环境的变化。
1. 温度调节酶的活性受温度的影响。
随着温度的升高，酶的活性增加，因此在生物体内，温度的变化会影响酶催化反应的速率。
然而，当温度超过酶的特定温度范围时，酶的结构可能会受到破坏，导致其失去活性。
这种现象被称为酶的热变性。
2. pH值调节酶的活性还受pH值的调节。
不同的酶对pH值的依赖程度不同，有些酶对酸性环境敏感，而另一些酶则对碱性环境敏感。
这是因为不同的pH值能够改变酶的活性中心的电离状态，从而影响酶底物复合物的形成。
3. 底物浓度调节酶的活性还受底物浓度的调节。
当底物浓度较低时，酶与底物之间的碰撞几率较小，限制了酶催化反应的速率。
随着底物浓度的增加，酶与底物之间的碰撞次数增加，酶催化反应的速率也随之增加。
然而，当底物浓度过高时，酶活性可能达到饱和状态，酶催化反应速率停止增加。
4. 抑制剂与激活剂抑制剂和激活剂是调节酶活性的重要因素。
抑制剂能够结合到酶的活性中心，阻止底物与酶的结合，从而降低酶活性。
激活剂则能够增加酶与底物的亲和力，促进酶活性。
酶的功能与调控机制解析
酶的功能与调控机制解析酶是一类生物催化剂，能够促进化学反应的进行。
它们在生物体内起着至关重要的作用，可以加速细胞内的代谢过程，从而维持生命的正常运行。
本文将介绍酶的功能及其调控机制，以加深对酶的理解。
1. 酶的功能酶具有多种功能，其中最主要的是催化化学反应。
酶可以降低化学反应的活化能，提高反应速率。
通过降低反应所需的能量，酶使得细胞内许多代谢反应可以在温和的条件下进行，从而避免了高温对细胞的伤害。
除了催化反应外，酶还可以具有其他功能。
例如，一些酶可以作为信号分子，调控细胞内的信号转导通路。
还有一些酶可以参与细胞的DNA复制和修复，维护基因的完整性。
此外，酶还可以参与免疫反应，加强机体的抵抗力。
2. 酶的调控机制酶的活性可以通过多种机制进行调控，以适应细胞内外环境的变化。
以下是几种常见的酶的调控机制：2.1 底物浓度调控一些酶的活性可以受到底物浓度的调节。
当底物浓度较低时，酶的活性较低；而当底物浓度增加时，酶的活性也会随之增加。
这种调控机制可以帮助细胞根据底物的供需平衡来控制代谢反应的进行。
2.2 酶的结构调控酶的活性还可以通过酶的结构调控来实现。
酶的结构可以受到磷酸化、乙酰化等修饰作用的影响，从而改变其构象和活性。
这些修饰作用可以通过激活或抑制相关酶的催化活性，从而对代谢通路进行调控。
2.3 酶的反馈抑制酶的活性还可以受到产物的反馈抑制作用。
当代谢通路中的产物浓度超过一定阈值时，产物就可以与酶结合，抑制酶的活性。
这种反馈抑制可以帮助细胞维持代谢通路的平衡，避免过度积累产物的负面影响。
2.4 酶的内源性调控有些酶的活性可以通过细胞内其他分子的调控来实现。
例如，一些代谢酶的活性可以受到细胞内的辅酶或激素的影响。
这些辅酶或激素可以与酶结合，改变酶的构象，从而影响酶的催化活性。
总结：酶在生物体内起着重要的作用，能够加速化学反应的进行。
酶的功能多样，除了催化反应外，还可以参与信号传递、DNA修复等过程。
酶的活性可以通过底物浓度调控、酶的结构调控、反馈抑制和内源性调控等机制来实现。
酶的作用机制和酶的活性部位调节.ppt
上述加速酶促反应的诸因素，不是同时在一种酶中起作用。 不同的酶，起作用的主要因素是不一样的，每种酶都有自己
的特点。
三、酶活性的别构调节
酶的调节
酶活性的调节（细调）
–别构调节 –酶原激活 –共价调节
酶数量的调节（粗调）
控制酶的合成和降解速度
（一） 酶的别构效应和别构酶
第11章 酶作用机制和酶活性调节
主要内容
酶的活性部位 酶促反应机制 酶活性的别构调节 酶活性的共价调节 同工酶
一、酶的活性部位
1.酶的活性部位（active site，活性中心active center）:
是指酶分子的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定的空 间结构的微小区域，在这里必需基团参与和底物结合并完成 把底物转变成产物的化学反应。
暂时性地向底物提供质子或从底物接纳质子以稳定过渡态 的一种催化机制。
特殊的酸碱催化 （或狭义） ：
一般的酸碱催化
√ （或广义） ：
H+和OH-的催化作用
质子酸提供质子,或是质子碱 接受质子的作用。
2.共价催化（covalent catalysis）
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。 包括亲核催化（为主）和亲电催化。
④ 大多数底物都是以相当弱的力与酶活性部位 结合的，这些力与稳定酶（蛋白质）三维结 构的力基本相同。
⑤ 活性部位是酶分子表面的一个空穴或裂沟。 疏水的微环境下有利于极性氨基酸残基发生 结合和催化。
频率最高的活性中心的氨基酸残基： Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。
Ser
Glu
别构效应（allosteric effect）:
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。
酶的作用机制和酶的调节
酶的作用机制和酶的调节重点综述1. 酶作用机制：有专一性机理(锁与钥匙学说和诱导契和假说)和高效性的机理，以后者出现偏多，而且考查的题型上也是多样化(填写、选择、判断、问答等)。
（1)酶作用机理的两种学说，可以只作一般性的了解。
(2)酶作用高效性的机理要重点掌握。
体现在以下5个方面：①靠近与定向；②变形与扭曲；③共价催化；④酸碱催化；⑤酶活性部位的低介电区。
在这一部分中，还要了解某些酶的作用原理：①溶菌酶：活性部位有Clu3，和ASP52典型的酸碱催化。
②胰凝乳蛋白酶：活性部位有ASPl02、His57和Serl95组成的电荷拉力网。
③羧肽酶A：含金属离子zn2＋的酶。
2. 酶的调节：酶调节的类型(共价调节，化学修饰，酶原激活，酶含量在分子水平的调节)。
几个概念也很重要：别构酶，调节酶等。
（一）名词解释1.变构酶（allosteric enzyme）；2．同工酶（isozyme）；3．活性中心（active center）；4. 酶原的激活（activation of zymogen）； 5. 别构效应（allosteric effect）； 6. 正协同效应（positive cooperative effect）（二）选择题（在备选答案中选出1个或多个正确答案）1. 酶原激活的实质是A. 激活剂与酶结合使酶激活B. 酶蛋白的变构效应C. 酶原分子一级结构发生改变从而形成或暴露出酶的活性中心D. 酶原分子的空间构象发生了变化而一级结构不变E. 以上都不对2. 同工酶的特点是A. 催化相同的反应，但分子结构和理化性质不同的一类酶B. 催化相同反应，分子组成相同，但辅酶不同的一类酶C. 催化同一底物起不同反应的酶的总称D. 多酶体系中酶组分的统称E. 催化作用，分子组成及理化性质相同，但组织分布不同的酶3. 乳酸脱氢酶（LDH）是一个由两种不同的亚基组成的四聚体。
假定这些亚基随机结合成四聚体，这种酶有多少种同工酶？A. 两种B. 三种C. 四种D. 五种E. 六种4．下列关于酶活性中心的叙述哪些是正确的A.是由一条多肽链中若干相邻的氨基酸残基以线状排列而成B．对于整个酶分子来说，只是酶的一小部分C．仅通过共价键与作用物结合D．多具三维结构5．已知两种酶互为同工酶：A.它们的Km值一定相同B．它们催化的化学反应相同C．它们的分子结构一定相同D．它们的等电点相同E．它们的辅基一定相同6．在羧肽酶A的活性部位存在一个紧密结合的Zn2＋离子，这个Zn2＋离子的作用是A.诱导酶的构象变化B．共价催化C．提供低介电区D．使底物敏感键产生电子张力E.直接催化底物转变为底物7．构成胰凝乳蛋白酶活性中心的电荷中继网，有三个氨基酸残基组成，他们是A．His，Arg，Glu B．His，Ser，AspC．Arg，Ser，Asp n Asp，Glu，Ser8．V—[S]曲线可以用来描述酶的动力学特性，在下列几种酶中，V一[S]曲线为双曲线的酶是①，V一[S]曲线可以为S形曲线的酶是②。
第11章 酶作用机制和酶活性调节
胰蛋白酶激活系统
2）凝血系统蛋白酶原的激活
四、同工酶
同工酶：能催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化
性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。
乳酸脱氢酶（LDH）催化的反应
CH3 C O + NADH + H COOH +
LDH
CH3 CHOH + NAD COOH +
不同组织中LDH同工酶的电泳图谱
逆的非共价结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性的现 象。 正别构效应：因别构导致酶活性增加 别构效应 负别构效应：因别构导致酶活性降低
具有别构效应的酶，也称变构酶（allosteric enzyme）。
变构抑制效应
2、变构调节的机制
变构效应剂 + 酶的调节亚基 疏松或紧密 亚基聚合或亚基解聚 形成酶分子多聚体
（2）一般由相距较远的2-3个氨基酸残基组成
（3）通过诱导契合和底物形变实现酶和底物的结合
诱导契合：酶与底物相互接近时，酶在底物的诱导下发生构象变 化的过程。这一学说称为诱导契合假说(induced-fit hypothesis)。 底物形变：当酶与一旦底物结合，酶就能使底物发生形变。其本 质是酶中某些基团使底物分子中某些基团的电子云密度重新分配而 产生电子张力，造成底物发生形变，使底物更加接近它的过渡态， 促使旧键弱化新键形成，使反应易于发生。
（4）底物通过次级键结合到酶上
（5）底物通过次级键结合到酶上
二）酶活性中心的鉴定方法
1、切除法 对小分子且结构已知的酶多用此法。用专一性的
酶切除一段肽链后剩余的肽链仍有活性，说明切除的
肽链与活性无关，反之，切除的肽链与活性有关。
2、化学修饰法 选用适当的化学试剂与酶蛋白中的氨基酸残 基的侧链基团发生反应引起共价结合、氧化或还原
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
胰核糖核酸酶A
胰核糖核酸酶A
胰核糖核酸酶 A
胰 核 糖 核 酸 酶
A
羧肽酶A
丝氨酸蛋白酶族
消化作用的丝氨酸蛋白酶
• 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶是一组 密切相关的水解酶类，它们的作用是水解肽链。
• 在胰脏内合成的是它们没有活性的酶原，然后 被分泌到消化道，并且仅仅在使用前被活化。 这3种酶各有分工，每种酶在不同类型氨基酸 侧链相邻的肽键处水解蛋白质链。
位点被10%饱和时的底物浓度 Rs≈81 米氏酶 Rs>>81 别构酶，负协同效应 Rs<<81 别构酶，正协同效应
通过n值（协同系数）
n≈1 米氏酶 n>>1 别构酶，正协同效应 n<<1 别构酶，负协同效应
别构效应的生理意义：酶对底物量的变化十分敏 感。
比如：对米氏酶而言，［S］90％Vm/［S］10％ Vm＝81，意思是［S］提高了81倍，v才提高9 倍，说明酶对［S］的变化很迟钝。 而对于一般的别构酶而言，［S］90％Vm/［S］ 10％Vm＝3，意思是［S］只要提高了3倍，v 就能提高9倍，说明酶对［S］的变化很敏感。
变构抑制剂
别构酶(Allosteric enzyme)的特点：
➢ 1）寡聚酶，由多亚基组成，包括催化部位和调节 （别构）部位；
➢ 2）具有别构效应。别构中心结合了效应物（效应 物）后，导致酶的构象发生改变，影响了活性中 心对底物的催化作用
根据别构物性质
相同（均为底物）：同促效应（homotropic effect） 不同（效应调节物）：异促效应
(1)临近定向效应
在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方 面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，另一方面， 由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作 用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严 格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。
邻近效应 (proximity effect)与定向排列 (orientation
➢酶活性的调节控制 ➢ （一）别构调节 (allosteric regulation)
一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的 某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变 酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。 • 变构酶 (allosteric enzyme)
• 变构部位 (allosteric site) • 变构效应剂 (allosteric effector) 变构激活剂
• 胰蛋白酶在碱性氮基酸，即赖氨酸或精氨酸的 羰基后侧切开肽链。胰凝乳蛋白酶在芳香氨基 酸后侧切开肽链。弹性蛋白酶在它的水解位点 上几乎没有选择，但是它趋向于优先切开与小 的不带电荷的侧链相邻的肽键。
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
根据别构物结
（heterotropic effect）
合后对后继 正协同效应（positive cooperative effect）
别构物的影 负协同效应（negative cooperative effect） 响
别构酶举例（1）天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
（1）天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）
别构效应的机制--序变模型（KNF）
• 别构酶中的一条亚基结合了效应物之后，构象发生改 变，并导致其相邻的亚基的构象发生改变，这种构象 变化依次传递，从而影响酶的催化活性。此模型适应 于活性中心和别构中心同处于一条亚基上的别构酶。
酶活性的调节控制--别构调节
酶活性的调节控制--别构调节
糖酵解
别构调节
酶活性的调节控制--别构调节
• 由于变构酶动力学不符合米氏酶的动力学，所以当反 应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用Km 表示，而代之以K 0.5表示。
判断米氏酶和别构酶的简单方法
通过Rs值（饱和比值）
Rs＝位点被90%饱和时的底物浓度＝ 81 1/n
1）是由确定数目的亚基组成的寡聚酶，有一个对称轴
2）每一个亚基对一种配体（或调节物）只有一个结合位 点
3）每种亚基有两种构象状态，R型和T型。构象的转变采 取同步协同方式。如果一亚基从T态变为R态，则其它 亚基几乎同时转变成R态，不存在TR杂合态
4）当蛋白质由一构象状态转变为另一构象状态时，其分 子对称性保持不变
广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通 过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能 的过程。
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。
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。
酸碱催化
+
-COOH3,,
-N -SHH,
+
OHHN NH
一.酶的活性部位(active site)
• 存在于酶分子表面的具有结合和催化底物形成产物的 空间区域
• 活性中心=结合基团+催化基团 • 必须基团=结合基团+催化基团+活性中心外必须基团
（维持活性中心存在的基团） • 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。 • 通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位
（4）酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内。
（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。
（6）酶活性部位具有柔性或可运动性。
活性中心以外 的必需基团结合基团底物 催化基团 活性中心
➢催化部位(Catalytic site): 酶分子中促使底 物发生化学变化的部位 称为催化部位。
通常将酶的结合部位 和催化部位总称为酶的 活性部位或活性中心。
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）
• 动力学特征：双底物反应，固定氨甲酰磷酸， 变化［Asp］，其s-v图为S形，是别构酶。 效应物：S（同促）、ATP（正协同，异促）、 CTP（负协同，异促）。
（2）3-磷酸甘油醛脱氢酶
• 共四个亚基，Km1和Km2都较小，易与 NAD＋结合，即在低底物浓度时反应较 快；而Km3则增大了100倍，很难与NAD ＋反应。这是由构象变化引起的。在生物 体内，当NAD＋不足时可以保证酵解的 进行，而当NAD＋过多时则供给其它反 应，避免造成酸中毒。
（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。
（3）酶催化反应的最适pH范围通常是狭小的。
（4）与底物相比，酶分子很大，而活性部位通 常只比底物稍大一些。
（5）酶除了具有进行催化反应所必需的活性基 团外，还有别的特性。
三.影响酶催化效率的有关因素
• 多元催化 (multielement catalysis) 酶促反 应通常是几个基元反应协同作用的结果，包括 酸碱催化、共价催化、金属离子催化等。 表面 效应 (surface effect) 酶的活性中心形成疏水 性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。
结合部位决定酶的专 一性，
催化部位决定酶所催 化反应的性质。
胰凝乳蛋白酶
牛的胰蛋白酶
（二）研究酶活性部位的方法
二．酶催化反应的独特性质
（1）酶反应可分成两类，一类反应仅仅涉及到 电子的转移，这类反应的速率或转换数在108
s-1数量级；另一类反应涉及到电子和质子两者或 其他基团的转移，它们的速率在103 s-1 。
别构酶经加热或用化学试剂等处理，可引起别构 酶解离，失去调节活性，称为脱敏作用。脱敏 后的酶表现为米氏酶的动力学双曲线。
生理意义
(1)在变构酶的S形曲线中段，底物浓度稍有 降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代 谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有 升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开， 因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。
（一）酶的活性部位的特点
（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，通 常只占整个酶分子体积的1%-2%。
（2）酶的活性部位是一个三维实体。酶的活性取决于活 性中心的构象。
（3）酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是 在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子，有时 是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，这 是催化基团的位置也正好在所催化底物键断裂和即将 生成键的适当位置。
定向效应
(2)“张力”和“形变”
底物与酶结合诱导酶的分子构象变化， 变化的酶分子又使底物分子的敏感键产 生“张力”甚至“形变” ，从而促使酶 －底物中间产物进入过渡态。
诱导契合
(3)酸碱催化
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。
• 这是嘧啶合成途径的第一个酶，受到CTP的反馈抑制， 可被ATP激活。Asp、氨甲酰磷酸均有正同促效应， CTP有异促效应，可使酶的S形程度增大，即Rs值减小。 ATP使Rs增大，当达到饱和时即成为双曲线。ATP和 CTP都只改变酶的亲和力，而不影响Vm。琥珀酸是天 冬氨酸的类似物，在天冬氨酸浓度高时是竞争性抑制 剂，而当天冬氨酸不足时则可模拟天冬氨酸的正调控 变构作用而成为激活剂。此酶共12个亚基，其中催化 和调节亚基各6个。分子结构为2个C3中间夹着3个R2， 活性中心位于两个催化亚基中间。别构中心位于调节 亚基的远端，通过变构影响催化亚基的活性。
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
丝氨酸蛋白酶族
天冬氨酸蛋白酶族
聚体
天冬氨酸蛋白酶族
天冬氨酸蛋白酶族
天冬氨酸蛋白酶族
酶活性的调节
• 酶活力的改变可以通过增加或减少酶分 子的个数，也可以通过提高或降低每一 个酶分子的催化能力来实现。前者牵扯 到非常复杂的过程（激素 →DNA→RNA→蛋白质），是慢反应。 后者在现成的酶分子上进行加工，是快 反应，是酶活性调节的内容，这种调节 一般有5种方式：别构调节、酶原激活、 共价修饰、反馈调节、级联放大。