碳酸酐酶II
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碳酸酐酶II
Carbonic Anhydrase II
1.概念
• 碳酸酐酶(carbonic anhydrases，CAs)是一系列含锌的金 属酶，它能可逆性地催化二氧化碳的水合反应．
CO2(g) + H2O → H2CO3
• CAs分布于人体内的肾小管上皮细胞、胃黏膜、胰腺、 红细胞、中枢神经细胞和睫状体上皮细胞等组织中。
• 碳酸酐酶的同工酶其结构、动力学性质、对抑制剂的敏感 性、组织内的布
同工酶
CA-I CA-II CA-III
CA-IV CA-VA CA-VB CA-VI CA-VII CA-IX CA-XII CA-XIII CA-XIV
CA-XV
基因
CA1 CA2 CA3
可缺少的作用
• 碳酸酐酶Ⅱ的活性中心 主要由两部分组成:
• ①三个组氨酸残基(His-94 His-96 和His-119) 和一个 水分子与一个锌原子配
位所形成的一个畸变四
面体结构.
由Val-143 Val-121Trp-209 和Leu-198 所构成的疏水口 袋的功能被认为是将CO2
• ②在固上定述在疏畸水变空四腔面内体以的便 邻近H核i处s进3Z有攻nO。一H对个C由O2L直eu接- 进行亲 198,Val-143,Val-121,Trp-
CA4 CA5A CA5B CA6 CA7 CA9 CA12 CA13 CA14
CA15
分子量
29kDa 29kDa 29kDa
35kDa 34.7kDa 36.4kDa 39-42kDa 29kDa 54,58kDa 44kDa 29kDa 54kDa
34-36kDa
在细胞中位置
细胞质 细胞质
在组织中位置
3.催化机理
有研究表明，在有酶存在的环境下， Lipscomb机理是最佳的异构化途径。
模型化合物的研究历程
Thr-199的重要性
• 但是，最新研究表明中间体中HCO3-的配位方 式不是主要问题，邻近氨基酸残基Thr-199 在 催化过程中发挥更重要的作用。
• 研究表明，Thr-199的催化作用是稳定Lindskog 中间体的结构，有利于质子转移，同时降低 Lipscomb中间体的稳定性 以便H2O取代配位的 HCO3-。
• 碳酸酐酶含一条卷曲的蛋白质链和一个锌（Ⅱ）离子。 分子量约为30000。锌离子处于变形四面体的配位环境。
碳酸酐酶主要功能：
• 在血液及其他组织中维持酸碱平衡。 • 帮助体内组织排除二氧化碳。 • 确保以CO2 和HCO3-为催化底物的酶保持适
度的底物浓度。
2.碳酸酐酶的分类及其分布
• 碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)至少有15种同工酶，到目 前为止所发现的碳酸酐酶主要可以分为α，β，γ，δ 四类， 其中哺乳动物中的碳酸酐酶均属于α类碳酸酐酶；其中研 究最广、与人类关系最密切的是CA-II。
2.9*10^5 9.5*10^5 3.4*10^5 9.5*10^5 1.1*10^6 4.2*10^5 1.5*10^5
细胞外的活性中心
肾脏，心脏，骨骼肌， 大脑
3.1*10^5
细胞外与糖磷脂酰 肌醇相连
肾
4.7*10^5
3.结构
苏氨酸-199是锌结合 水的氢键接受体，对 维持CA的活性起着不
209组成的结合有CO2的
疏水袋和由Thr-199 、
His-64 所组成的一个质
子转移通道。
3.催化机理
3.催化机理
• Lipscomb机理：在Lipscomb机理中, Zn-HCO3-中 间体具有双齿配位结构特征, 即两个羰基氧原 子都可与锌离子配位;
• Lindskog 机理：在Lindskog机理中,Zn-HCO3-中间 体具有单齿配位结构特征, 即只有一个羰基氧 原子与锌离子配位, 另外一个氧原子不与锌离 子配位或仅与锌离子弱配位。
红血细胞和胃肠道 广泛分布
酶的比活性 （human）
2.0*10^5
1.4*10^6
细胞质
8%的可溶性蛋白在肌 肉中
1.3*10^4
细胞外与糖磷脂酰 胃肠道，肾，血管内
肌醇相连
皮细胞
1.1*10^6
线粒体 线粒体 分泌腺 细胞质 相关细胞膜 细胞外的活性中心 细胞质
肝脏 广泛分布 唾液和母乳 广泛分布 胃肠道，某些癌症 肾脏，某些癌症 广泛分布
Carbonic Anhydrase II
1.概念
• 碳酸酐酶(carbonic anhydrases，CAs)是一系列含锌的金 属酶，它能可逆性地催化二氧化碳的水合反应．
CO2(g) + H2O → H2CO3
• CAs分布于人体内的肾小管上皮细胞、胃黏膜、胰腺、 红细胞、中枢神经细胞和睫状体上皮细胞等组织中。
• 碳酸酐酶的同工酶其结构、动力学性质、对抑制剂的敏感 性、组织内的布
同工酶
CA-I CA-II CA-III
CA-IV CA-VA CA-VB CA-VI CA-VII CA-IX CA-XII CA-XIII CA-XIV
CA-XV
基因
CA1 CA2 CA3
可缺少的作用
• 碳酸酐酶Ⅱ的活性中心 主要由两部分组成:
• ①三个组氨酸残基(His-94 His-96 和His-119) 和一个 水分子与一个锌原子配
位所形成的一个畸变四
面体结构.
由Val-143 Val-121Trp-209 和Leu-198 所构成的疏水口 袋的功能被认为是将CO2
• ②在固上定述在疏畸水变空四腔面内体以的便 邻近H核i处s进3Z有攻nO。一H对个C由O2L直eu接- 进行亲 198,Val-143,Val-121,Trp-
CA4 CA5A CA5B CA6 CA7 CA9 CA12 CA13 CA14
CA15
分子量
29kDa 29kDa 29kDa
35kDa 34.7kDa 36.4kDa 39-42kDa 29kDa 54,58kDa 44kDa 29kDa 54kDa
34-36kDa
在细胞中位置
细胞质 细胞质
在组织中位置
3.催化机理
有研究表明，在有酶存在的环境下， Lipscomb机理是最佳的异构化途径。
模型化合物的研究历程
Thr-199的重要性
• 但是，最新研究表明中间体中HCO3-的配位方 式不是主要问题，邻近氨基酸残基Thr-199 在 催化过程中发挥更重要的作用。
• 研究表明，Thr-199的催化作用是稳定Lindskog 中间体的结构，有利于质子转移，同时降低 Lipscomb中间体的稳定性 以便H2O取代配位的 HCO3-。
• 碳酸酐酶含一条卷曲的蛋白质链和一个锌（Ⅱ）离子。 分子量约为30000。锌离子处于变形四面体的配位环境。
碳酸酐酶主要功能：
• 在血液及其他组织中维持酸碱平衡。 • 帮助体内组织排除二氧化碳。 • 确保以CO2 和HCO3-为催化底物的酶保持适
度的底物浓度。
2.碳酸酐酶的分类及其分布
• 碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)至少有15种同工酶，到目 前为止所发现的碳酸酐酶主要可以分为α，β，γ，δ 四类， 其中哺乳动物中的碳酸酐酶均属于α类碳酸酐酶；其中研 究最广、与人类关系最密切的是CA-II。
2.9*10^5 9.5*10^5 3.4*10^5 9.5*10^5 1.1*10^6 4.2*10^5 1.5*10^5
细胞外的活性中心
肾脏，心脏，骨骼肌， 大脑
3.1*10^5
细胞外与糖磷脂酰 肌醇相连
肾
4.7*10^5
3.结构
苏氨酸-199是锌结合 水的氢键接受体，对 维持CA的活性起着不
209组成的结合有CO2的
疏水袋和由Thr-199 、
His-64 所组成的一个质
子转移通道。
3.催化机理
3.催化机理
• Lipscomb机理：在Lipscomb机理中, Zn-HCO3-中 间体具有双齿配位结构特征, 即两个羰基氧原 子都可与锌离子配位;
• Lindskog 机理：在Lindskog机理中,Zn-HCO3-中间 体具有单齿配位结构特征, 即只有一个羰基氧 原子与锌离子配位, 另外一个氧原子不与锌离 子配位或仅与锌离子弱配位。
红血细胞和胃肠道 广泛分布
酶的比活性 （human）
2.0*10^5
1.4*10^6
细胞质
8%的可溶性蛋白在肌 肉中
1.3*10^4
细胞外与糖磷脂酰 胃肠道，肾，血管内
肌醇相连
皮细胞
1.1*10^6
线粒体 线粒体 分泌腺 细胞质 相关细胞膜 细胞外的活性中心 细胞质
肝脏 广泛分布 唾液和母乳 广泛分布 胃肠道，某些癌症 肾脏，某些癌症 广泛分布