第五章酶的作用第二部分

酶原或蛋白质前体激活举例
使蛋白质水解的消化酶，在胃和胰脏中刚合成时是 以酶原的形式存在，分泌到肠胃中被切割后才成为有 活性的酶。 血液凝固系统中许多酶都是以酶原的形式存在，到 需要血液凝固时才被激活。 胰岛素刚合成出来是前胰岛素原（preproinsulin）， 经蛋白酶切割后成为有活性的胰岛素。 不溶性的胶原，是由可溶性的前胶原激活而成的。 在需要时，前胶原酶转变成活性的胶原酶，降解胶 原。如蝌蚪尾巴的消失。
乳酸脱氢酶催化的反应
乳酸脱氢酶同工酶
从 各 种 组 织 中 得 到 的 LDH 分 子 量 都 是
140×103 ，由4个亚基组成，亚基有两种，一种 为肌肉型（M），一种为心肌型（H），这两种 亚基在氨基酸组成上有较大差别，H型富含酸性 氨基酸，M型富含碱性氨基酸，因此很容易利用 电泳分开。
乳酸脱氢酶同工酶酶谱
第五章 酶的改性理论—— 酶的作用机制和调节
一、酶的组成与结构
二、酶的活性部位
三、影响酶催化效率的有关因素
四、酶催化反应机制的实例
五、酶活性的调节控制 六、同工酶
天冬氨酸转氨甲酰酶
（aspartate transcarbamylase，ATCase）
ATCase是嘧啶生物合成途径的第一个酶，底
物对酶的结合有正协同性。该反应途径的终产物
酶修饰反应的例子
Tyr、Ser、Thr、His
Tyr
Tyr
酶修饰反应的例子
Arg 、 Gln 、 Cys 、
白喉酰胺（一种修 饰的His）
Glu
六、同工酶
同工酶就是催化同一反应，但酶分子形式不同
的一组酶。酶分子不同可以表现为肽链的氨基酸序
列不同或寡聚酶的亚基组成不同。最典型的同工酶
是动物体内的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase， LDH），它是亚基组成不同的一组酶。
可逆的共价修饰
有一些酶属于共价调节酶（covalently modulated
enzyme），通过其它酶对它进行可逆的共价修饰而在
活性与非活性之间互变。这种酶常是一些对代谢流量 并且可以级联放大，对输入的信息产生迅速的反应。 有些酶以修饰状态为活性形式，有些酶以脱修饰 状态为活性形式。
起调节作用的关键酶，或是需要迅速产生酶活性的酶，
CTP是ATCase的反馈抑制剂，抑制程度可达90%，
这种抑制是降低酶对底物的亲和力，但不影响最
大反应速度。而ATP是ATCase的激活剂，可增加
酶对底物的亲和力，也不影响最大反应速度。
脱敏反应
ATCase由催化亚基（catalytic subunit）和 调节亚基（regulatory subunit）组成。当用汞
修饰，这样就人工引进了报告基团。这种被修饰
的催化亚基不能与底物结合。
底物结合到ATCase上引起 高度协同的别构转变
用被修饰的催化亚基与正常的催化亚基及正
常的调节亚基重组成全酶（杂交酶），当加入天
冬氨酸的类似物琥珀酸时，琥珀酸结合到正常的
催化亚基上，改变了被修饰催化亚基上硝基酪氨 酸的吸收光谱。说明一个催化亚基与底物结合能 引起另一个催化亚基构象发生变化。
释放的因子Ⅲ（组织凝血激素）来参与因子Ⅹ的
激活的，称为外源性激活途径（extrinxic route），
如创伤出血后发生凝血的情况。
内源性途径
从因子Ⅻ（接触因子）的激活开始。血管
内膜下组织，特别是胶原纤维，与因子Ⅻ接触， 可使因子Ⅻ激活成Ⅻa。Ⅻa可激活激肽释放酶 原使之成为激肽释放酶；后者反过来又能激活 因子Ⅻ，这是一种正反馈，可使因子Ⅻa大量生 成。Ⅻa又激活因子Ⅺ成为Ⅺa。
凝血机制
凝血因子
（blood clotting factors）
编号
因子Ⅰ 因子Ⅱ 因子Ⅲ 因子Ⅳ 因子Ⅴ 因子Ⅶ 因子Ⅷ 因子Ⅸ 因子Ⅹ 因子Ⅺ
同义名
纤维蛋白原（fibrinogen） 凝血酶原(prothrombin) 组织凝血激素(tissue thromboplastin) Ca2+ 前加速素(proaccelerin) 前转变素(proconvertin) 抗血友病因子(antihemophilic factor,AHF) 血浆凝血激酶(plasma thromboplastin component,PTC) Stuart-Prower因子 血浆凝血激酶前质(plasma thromboplastin antecedent,PTA)
化物处理该酶时，则ATCase失去调节活性。用
汞化物处理过的ATCase，ATP和CTP不再影响
其催化活性，而且底物结合变为无协同性。但
并不影响酶的最大反应速率。
ATCase的亚基结合方式
三 维半 结分 构子 的
ATCase
酶与底物结合后的构象变化
底物与酶结合后，导致酶的沉降系数降低
3%，说明酶与底物结合后膨胀了。伴随着酶与 PALA的结合，酶的四级结构发生了大的变化，
外源性途径
由因子Ⅶ与因子Ⅲ组成复合物，在有Ca2+ 存
在的情况下，激活因子Ⅹ生成Ⅹa。因子Ⅲ，原名 组织凝血激酶，广泛存在于血管外组织中，但在 脑、肺和胎盘组织中特别丰富。因子Ⅲ为磷脂蛋 白质。Ca2+ 的作用就是将因子Ⅶ与因子Ⅹ都结合
于因子Ⅲ所提供的磷脂上，以便因子Ⅶ催化因子
Ⅹ的有限水解，形成Ⅹa。
生理止血过程Ⅰ
生理止血过程包括三部分功能活动。首先 是小血管受伤后立即收缩，若破损不大即可使 血管封闭。其次，更重要的是血管内膜损伤，
内膜下组织暴露，可以激活血小板和血浆中的
凝血系统；由于血管收缩使血流暂停或减缓，
有利于激活的血小板粘附于内膜下组织并聚集
成团，成为一个松软的止血栓以堵塞伤口。
生理止血过程Ⅱ
ATP和CTP与酶结合后酶的构象 及硝基Tyr吸收光谱的变化
标记三聚体
标记三聚体
酶原的激活
有些酶在刚合成出来时没有活性，称为酶原
（zymogen或proenzyme）。酶原经蛋白水解酶
在特定位点切割后，产生有活性的酶，这种方式
称为酶原的激活。有一些不是酶的蛋白质，也需 要经特定的蛋白酶水解才有功能，这些蛋白质在 没有活化之前称为前体（precursor）。
胰凝乳蛋白酶原的激活
胰凝乳蛋白酶原是胰腺分泌的、由245个氨基酸
残基组成的单链肽，有5对二硫键。经胰蛋白酶作用，
Arg15与Ile16之间的肽键断裂，才具有酶活性，这种
酶称为π－胰凝乳蛋白酶。π型酶活性最高，但不稳定，
它再作用于其它π型酶分子上，使之失去两个二肽 （Ser14-Arg15和Thr147-Asn148）后成为稳定形式α －胰凝乳蛋白酶。α型酶有3条肽链，A链和B链之间 以及B链和C链之间各有一对二硫键连接。
同工酶存在的意义
同工酶中的不同成员可在不同的组织中表达，
或在不同的发育阶段表达。虽然它们催化相同的反
应，但它们的酶学性质不同，在代谢中发挥着不同
的作用。同工酶还可用于遗传分析。
练习题
• 已知7肽：Gly，Phe（2），Tyr，Met，Asp， Arg。 • 1 胰凝乳蛋白酶 三肽 和 四肽，三肽组成 为Phe，Tyr，Asp • 2溴化氰、阳离子交换树脂洗脱三肽 Arg、 Phe、 Gly 3 胰蛋白酶水解得Phe，FDNP反应得DNPTyr 请写出全序列
胰凝乳蛋白酶原的激活
胃蛋白酶原的激活
胃蛋白酶原是由胃壁细胞分泌的，分子量为 38.9×103，由392个氨基酸残基组成。在胃酸H+的 作用下，低于pH5时，酶原自动激活，从氨基端失 去44个氨基酸残基的碱性片段，成为有活性的胃 蛋白酶。胃蛋白酶的最适反应pH为2，其活性部位 含有2个天冬氨酸残基，一个处于解离状态，一个 处于质子化状态。酶原碱性片段中的Lys与活性部 位的天冬氨酸残基有静电相互作用，使酶不能表 现出活性。去除碱性片段后，暴露出催化基团， 酶才表现出活性。胃蛋白酶还可以催化其它胃蛋 白酶原分子活化。
接着，在局部又迅速出现血凝块，即血浆中可 溶的纤维蛋白原转变成不溶的纤维蛋白分子多聚体， 并形成了由血纤维与血小板一道构成的牢固的止血
栓，有效地制止了出血。与此同时，血浆中也出现
了生理的抗凝血活动与纤维蛋白溶解活性，以防止
血凝块不断增大和凝血过程漫延到这一局部以外。
显然，生理止血主要由血小板和某些血浆成分共同 完成。
琥珀酸与杂交酶结合后硝基 Tyr吸收光谱的变化
天然三聚体
标记三聚体
NT：硝基酪氨酸 S：底物
别构剂对酶构象的影响
给杂交酶加ATP，硝基酪氨酸430nm的光吸 收增加，与加琥珀酸情况相同；而给杂交酶加
CTP，430nm的光吸收减少。此实验说明别构激
活剂和别构抑制剂都能引起构象变化，但变化的 结果不同。ATP的结合使酶的构象平衡向R型转 变，而CTP的结合使酶的构象平衡向T型转变。
胰蛋白酶原的激活
胰蛋白酶原由胰脏分泌，进入小肠后，在有
Ca2+ 的环境中受到肠一个6肽，成为
有活性的胰蛋白酶。活性的胰蛋白酶还可以激活 其它胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、弹性蛋白酶 原及羧肽酶原等。
胰蛋白酶原的激活
胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶原 的激活作用
因子Ⅻ
接触因子(contact factor)
因子ⅩⅢ 纤维蛋白稳定因子(fibrin-stabilizing factor)
因子X激活的两种途径
因子Ⅹ（Stuart-Prower因子）的激活可以通
过两种途径。如果只是损伤血管内膜或抽出血液 置于玻璃管内，完全依靠血浆内的凝血因子逐步 使因子Ⅹ激活从而发生凝血的，称为内源性激活 途径（intrinsic route）；如果是依靠血管外组织
两个催化三聚体分开了1.2nm，并转动了10°。
此外，每一调节亚基也绕其对称轴旋转了15°。