C-酶的催化活性和调节机制-1

二、酶的结构与催化功能
2.1 酶的一级结构与催化活性 活性中心： 活性中心：酶分子上参与底物结合与催化作用的少 数特殊的氨基酸残基较集中的区域。 数特殊的氨基酸残基较集中的区域。 一般认为活性中心有两个功能部位： 一般认为活性中心有两个功能部位： A. 催化部位：底物的键在此处被打断或形成新键； 催化部位：底物的键在此处被打断或形成新键； B. 结合部位：底物分子靠此部位结合到酶分子上。 结合部位：底物分子靠此部位结合到酶分子上。 肽键：蛋白质酶一级结构的主键，断裂后酶失活。 肽键：蛋白质酶一级结构的主键，断裂后酶失活。 二硫键：断裂后影响酶的空间结构及活性。 二硫键：断裂后影响酶的空间结构及活性。
2.2 酶的二、三级结构与催化活性 酶的二、
酶活性中心的 空间构型在底物的作用下能发生 改变以行使催化功能。如羧肽酶A， 改变以行使催化功能。如羧肽酶 ，由307个氨 个氨 基酸组成的单一肽链，当和底物Gly-Tyr结合 基酸组成的单一肽链，当和底物 结合 的酚羟基移动1.2nm，与酰胺键的 时，Tyr248的酚羟基移动 的酚羟基移动 ， N原子形成氢键；Arg145移动 原子形成氢键； 移动2nm与底物羧基 原子形成氢键 移动 与底物羧基 形成氢键； 移动0.2nm, 通过水分子与底 形成氢键；Glu270移动 移动 氨基形成氢键。 物α氨基形成氢键。 氨基形成氢键 但若底物换成Lys-Tyr时，酶不会发生构象变 时 但若底物换成 化。
1.3
类型 辅酶和辅基
辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅酶 辅基 辅基 辅基
酶的组成
转移基团
H、电子（与VPP有关） 、电子（ 有关） 有关 H、电子 、 醛类 酰类 烷类 二氧化碳 氨基 甲基、亚甲基、甲酰基、 甲基、亚甲基、甲酰基、亚氨甲基 H（与VB2有关） （ 有关） H（与VB2有关） （ 有关） 电子
常见的非金属辅助因子
有关） 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) H、电子（与VPP有关） 、电子（ 有关 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 辅酶Q 辅酶 焦磷酸硫胺素 辅酶A、 辅酶 、硫锌酰胺 钴胺酰胺辅酶类 生物胞素 磷酸吡哆醛 四氢叶酸辅酶类 黄素单核苷酸（ 黄素单核苷酸（FMN） ） 黄素腺嘌呤二核苷酸（ 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） ） 铁卟啉
1.3 酶Байду номын сангаас组成
常见的金属辅助因子
酶
醇脱氢酶、碳酸苷酶、 醇脱氢酶、碳酸苷酶、羧肽酶 磷酸转移酶、精氨酸酶 磷酸转移酶、
金属辅助因子
Zn2+ Mn2+
细胞色素酶、过氧化物酶、过氧 Fe2+、Fe3+ 细胞色素酶、过氧化物酶、 化氢酶、 化氢酶、铁氧环蛋白 酪氨酸酶、 Cu2+、Cu+ 酪氨酸酶、细胞色素氧化酶 磷酸水解酶类、 磷酸水解酶类、磷酸转移酶类 质膜ATP酶 酶 质膜 丙酮酸激酶 Mg2+ Na+、K+、Mg2+ K+、Mg2+
1.2 酶的特性
酶和一般催化剂的共性：
用量少而催化效率高； 1.用量少而催化效率高； 2.能加快化学反应的速度， 2.能加快化学反应的速度，而其本身在反应 能加快化学反应的速度 前后没有结构和性质的改变； 前后没有结构和性质的改变； 3.催化剂只能缩短反应达到平衡所需的时间， 3.催化剂只能缩短反应达到平衡所需的时间， 催化剂只能缩短反应达到平衡所需的时间 而不能改变反应的平衡点，酶亦如此。 而不能改变反应的平衡点，酶亦如此。 4.降低反应的活化能 4.降低反应的活化能。
1.3
酶的组成
根据酶蛋白分子的特点，将酶分为： 根据酶蛋白分子的特点，将酶分为：
单体酶：由一条多肽链构成, 单体酶：由一条多肽链构成,一般为催化水解反应 的酶, 胰蛋白酶、溶菌酶等, 的酶,如胰蛋白酶、溶菌酶等 Mr为13~35KDa。 为 。 寡聚酶：有多条相同或不同的多肽链组成， 寡聚酶：有多条相同或不同的多肽链组成，可能为 别构酶， 为 几百万道尔顿。 别构酶，Mr为35~几百万道尔顿。 几百万道尔顿 多酶体系：由多种酶嵌合形成的复合体， 多酶体系：由多种酶嵌合形成的复合体，分子量巨 往往上一个酶产物是下一个酶底物。 大，往往上一个酶产物是下一个酶底物。有三种形 游离状态、固定于膜上或组成复合体（ 式：游离状态、固定于膜上或组成复合体（反应中 间物一般不离开酶复合体）。 间物一般不离开酶复合体）。
1.1 酶的研究历史
1946年Sumner和Northrop因酶的结晶和对酶的研究获得 年 和 因酶的结晶和对酶的研究获得 诺贝尔化学奖； 诺贝尔化学奖； 1965年Blake对溶菌酶结晶进行了 光衍射分析，使该酶 年 对溶菌酶结晶进行了X光衍射分析， 对溶菌酶结晶进行了 光衍射分析 活性中心的催化反应机制获得直接证据； 活性中心的催化反应机制获得直接证据； 1969年，Gutte和Merrifield用有机合成方法制得核糖核 年 和 用有机合成方法制得核糖核 酸酶，并证明酶与无机催化剂作用相同； 酸酶，并证明酶与无机催化剂作用相同； 1982年Cech发现个别 年 发现个别RNA具有酶的催化活性，更新了 具有酶的催化活性， 发现个别 具有酶的催化活性 酶是蛋白质”的概念； “酶是蛋白质”的概念； 1983年Altman和Pace证明 年 证明RNase P中RNA具催化活性。 具催化活性。 和 证明 中 具催化活性
1.1 酶的研究历史
1897年Buchner用酵母菌提取液完成发酵，证明了发 年 用酵母菌提取液完成发酵， 用酵母菌提取液完成发酵 酵是酶作用的化学本质； 酵是酶作用的化学本质； 1903年Henri提出酶与底物作用的中间复合物学说； 提出酶与底物作用的中间复合物学说； 年 提出酶与底物作用的中间复合物学说 1913年Michaelis和Menten提出酶动力学原理和米氏 年 和 提出酶动力学原理和米氏 方程式； 方程式； 1925年Briggs和Handane对米氏方程作了修正； 对米氏方程作了修正； 年 和 对米氏方程作了修正 1926年Sumner从刀豆中结晶了脲酶，并证明酶是蛋 从刀豆中结晶了脲酶， 年 从刀豆中结晶了脲酶 白质，提出“所有的酶都是蛋白质”； 白质，提出“所有的酶都是蛋白质” 1930年Northrop结晶了胃蛋白酶和胰蛋白酶，确定 结晶了胃蛋白酶和胰蛋白酶， 年 结晶了胃蛋白酶和胰蛋白酶 了酶的蛋白质本质； 了酶的蛋白质本质；
2.1 酶的一级结构与催化活性
与酶活性紧密相关的序列：是酶活性的关键， 与酶活性紧密相关的序列：是酶活性的关键，在 进化中具高度保守性。 进化中具高度保守性。如磷酸甘油醛脱氢酶在不 同的生物中，一活性Cys前后的 个氨基酸相同： 前后的17个氨基酸相同： 同的生物中，一活性 前后的
Val-Ser-Asn-Ala-Ser-Cys*-Thr-Thr-Asn-Cys-Leu-Ala-Pro-Leu-Ala-Lys-Val
1.1 酶的研究历史
1986年Lerner首次研制成功了水解羧酸酯的抗 年 首次研制成功了水解羧酸酯的抗 体酶（ 体酶（Proc Natl Acad Sci USA, 1986, 83: 6736； ； Science, 1986, 234(4783): 1566). 1994年Joyce发现 年 发现DNA具有催化活性（chem 具有催化活性（ 发现 具有催化活性 biol 1994, 1(4): 223-9)。 。 酶的新概念： 酶的新概念： 酶是生物体内一类具有催化活性和特殊空 酶是生物体内一类具有催化活性和特殊空 间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。
2.2 酶的二、三级结构与催化活性 酶的二、
酶的结构特点： 酶的结构特点： 酶分子中的肽链通常都紧凑包装呈球状或椭圆 状；球表面有几个凹槽。 球表面有几个凹槽。 酶的活性中心位于蛋白分子表面的凹槽， 酶的活性中心位于蛋白分子表面的凹槽，凹槽 内为疏水性氨基酸构成的疏水环境； 内为疏水性氨基酸构成的疏水环境； 肽链所形成的二级结构和三级结构， 肽链所形成的二级结构和三级结构，在酶发生 催化作用时，空间位点相近的氨基酸会发生位 催化作用时， 引起酶的构象变化。 移，引起酶的构象变化。
1.3
酶的组成
全酶： 全酶：酶蛋白与酶活力所需的任何形式辅助因 子所组成的完整功能的复合体。 子所组成的完整功能的复合体。 辅酶：在酶的催化过程中一类小分子化合物， 辅酶：在酶的催化过程中一类小分子化合物， 负责运载底物的电子或基团， 负责运载底物的电子或基团，与酶蛋白结合松 可作为多种酶蛋白的辅助因子， 弛，可作为多种酶蛋白的辅助因子，如NAD+、 NADP+等。 辅基：与辅酶的作用相同， 辅基：与辅酶的作用相同，只是与酶蛋白结合 紧密，从不与酶蛋白分离，如血红素、 紧密，从不与酶蛋白分离，如血红素、黄素腺 嘌呤二核苷酸等 嘌呤二核苷酸等。
1.2 酶的特性
酶作为生物催化剂，还具有以下特点： 酶作为生物催化剂，还具有以下特点： 催化效率高：酶催化反应的速率比非酶催 催化效率高： 化反应的速率高10 化反应的速率高 8~1020，比一般催化剂高 107~1013。 催化作用有高度专一性： 催化作用有高度专一性：一种酶只能催化 一种或一类反应，作用于一种或一类物质。 一种或一类反应，
活性氨基酸：活性中心中常见的氨基酸如 活性氨基酸：活性中心中常见的氨基酸如Cys, His, Ser 等。来源于不同酶的活性氨基酸功能相 如胰蛋白酶中的活性Ser和菠萝蛋白酶中的活 同，如胰蛋白酶中的活性 和菠萝蛋白酶中的活 功能相同。 性Cys功能相同。 功能相同
2.2 酶的二、三级结构与催化活性 酶的二、
酶的催化活性和调节机制(1) 酶的催化活性和调节机制
主要内容介绍
1. 2. 3. 4. 5.
酶是生物催化剂 酶的结构与催化功能 酶促反应机制 酶的调节作用 酶活性分析
一、酶是生物催化剂
1.1 酶的研究历史
18世纪初，人们注意到胃液能对肉类进行消化，唾 世纪初，人们注意到胃液能对肉类进行消化， 世纪初 液及植物提取物能将淀粉转变为糖； 液及植物提取物能将淀粉转变为糖； 1837年，Berzelius认为发酵活动由活细胞造成的， 年 认为发酵活动由活细胞造成的， 认为发酵活动由活细胞造成的 首先想到了催化作用； 首先想到了催化作用； 1857年 Pasteur认为酒发酵是酵素催化作用的结果； 年 认为酒发酵是酵素催化作用的结果； 认为酒发酵是酵素催化作用的结果 1878年Kuhne提出 年 提出enzyme一词； 一词； 提出 一词 1894年Fisher提出酶与底物作用的“锁与钥匙”学 年 提出酶与底物作用的“ 提出酶与底物作用的 锁与钥匙” 作用的专一性。 说，用以解释酶 作用的专一性。