《酶的活性调节》
第三节 酶活性调节方式
4. 抑制剂的调节
凡引起酶分子一级结构破坏而使酶活力丧失称 为水解 凡因酶蛋白分子构象改变而引起酶活力丧失的 作用称为变性作用 某些物质，它们并不引起酶蛋白变性或水解， 但能使酶分子活性中心上的某些必需基团位置 发生变化，因而引起酶活力下降，甚至丧失， 致使酶反应速度降低——酶的抑制 抑制---是指抑制剂与酶结合改变了酶活性部位 构象性质， 从而引起酶活力下降的一种效应。
消化系统其它蛋白水解酶原的激活
胃蛋白酶原（pepsinogen）
由胃壁细胞分泌出来，在胃酸H+作用下，低于pH5时， 酶原自动激活，失去44个氨基酸残基，转变为高度酸性的， 有活性的胃蛋白酶
胰蛋白酶原（trypsinogen）
进入小肠后，在有Ca2+的环境中受到肠激酶的激活，赖 氨酸-异亮氨酸之间的肽键被打断，水解失去一个6肽，使 构象发生一定变化后，成为有活性的胰蛋白酶
可逆的共价调节
由于其他的酶对其结构进行共价修饰，而使其在 活性形式与非活性形式之间进行互变.
第一种类型是磷酸化酶及其他的一些酶，它们通过接受ATP转来 的磷酸基的共价修饰，或脱下磷酸基，来调节酶活性： 酶的无活性形式 酶的有活性形式
最典型的例子是动物组织中的糖原磷酸化酶： （葡萄糖）n+ Pi
E
第三节 酶活性调节方式
酶活性调节的实例：
凝血酶、胰蛋白酶激活 糖元磷酸化酶活性转化 母体分娩后母乳中乳糖合成 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶活性 苏氨酸到异亮氨酸的代谢途径控制
说明了——
正常情况下生物体并不要求每个酶处于最有效的催化 状态，而是要求有快有慢。 在长期的进化、选择过程中，生物体为适应外界环境 变化，满足生理功能的需要，形成了一整套调节机制。 （酶合成水平上的调节和酶结构活性水平上的调节)
《酶的活性调节》课件
酶的活性调节重要性
酶的活性调节 是生物体内重 要的生理过程
酶的活性调节 可以维持细胞 内环境的稳定
酶的活性调节 可以调节生物 体的代谢过程
酶的活性调节 可以影响生物 体的生长发育
和疾病发生
酶的活性调节方式
酶的浓度调节：通过改变酶的浓度来调节酶的活性 酶的抑制剂调节：通过抑制剂与酶结合，降低酶的活性 酶的激活剂调节：通过激活剂与酶结合，提高酶的活性 酶的变构调节：通过改变酶的构象，调节酶的活性
酶的活性：磷酸化与去磷酸化会影响酶的活性，从而影响酶的催化效率
细胞环境：细胞内的pH值、温度、离子浓度等环境因素会影响酶的磷酸 化与去磷酸化 信号分子：某些信号分子可以诱导酶的磷酸化与去磷酸化，从而影响酶 的活性
酶的共价修饰调节-2
酶的乙酰化与去乙酰化过程
乙酰化：在酶的特定氨基酸残基上引入乙酰基团，改变酶的活性 去乙酰化：去除酶上的乙酰基团，恢复酶的活性 乙酰化酶：催化乙酰化反应的酶 去乙酰化酶：催化去乙酰化反应的酶 乙酰化与去乙酰化过程：酶活性的动态调节机制
酶的活性调节
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单击输入目录标题 酶的活性调节概述 酶的化学修饰调节 酶的共价修饰调节-1 酶的共价修饰调节-2 酶的变构效应调节
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酶的活性调节概述
酶的活性调节概念
酶的活性调节是指酶的活性在一定范围内可被调节的过程 酶的活性调节包括酶的合成、降解、修饰、激活和抑制等多种方式 酶的活性调节是生物体内代谢调控的重要机制之一 酶的活性调节对于维持生物体内环境的稳定和生理功能的正常发挥具有重要意义
乙酰化：在酶的特定氨基酸残 基上添加乙酰基，改变酶的活 性
去乙酰化：去除酶上的乙酰基， 恢复酶的活性
乙酰化酶：催化乙酰化反应的 酶
生物化学第十二章 酶活性的调节
提纲
一、酶的“量变”
1. 酶的“量变”和“质变”的主要差别 2. 同工酶 3. 酶的合成和降解
二、酶的“质变”
1. 别构调节 2. 共价修饰调节 3. 水解激活 4. 调节蛋白的激活或抑制 5. 聚合与解离
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2
酶需要在正确的时间 和正确的地点有活性
不合适的表达 或激活导致细 胞的癌变或死
12
酶活性的精选别202构1版调课件节
13
具有正协同效应的别构酶
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14
具有正协同效应别构酶
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15
无协同效应的别构酶
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16
别构酶实例——氨甲酰转移酶
天冬氨酸转氨甲酰酶（ATC）是大肠杆菌嘧啶核 苷酸从头合成途径中的限速酶，它催化氨甲酰磷 酸和Asp形成N-氨甲酰天冬氨酸和无机磷酸，其活 性受到严格的调控。
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7
别构调节
别构调节的原理在于一些酶除了活性中心以外，还含有别构中心，该中 心能够结合一些特殊的配体分子（有时为底物）。当别构中心结合配体 以后，酶构象发生改变，从而影响到活性中心与底物的亲和力，并最终 导致酶活性发生变化。
能够进行别构调节的酶称为别构酶，与别构中心结合调节酶活性的配体 分子称为别构效应物。起抑制作用的别构效应物称为别构抑制剂，起激 活作用的别构效应物称为别构激活剂。由底物作为别构效应物产生的别 构效应称为同促效应，否则，就称为异促效应。许多别构酶具有多个别 构中心，能够与不同的别构效应物结合。
酶活性的反馈抑制
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9
解释别构酶别构效应和与底物 结合的协同效应的两个模型
齐变模型（MWC模型） 序变模型（KNF模型）
《酶活性调节方式》课件
01
酶的共价修饰调节
将乙酰基团连接到酶的特定位点上，改变酶的活性或调节酶的功能。
乙酰化
将乙酰基团从酶上移除，恢复酶的原始活性状态。
去乙酰化
将甲基基团连接到酶的特定位点上，调节酶的活性或功能。
将甲基基团从酶上移除，恢复酶的原始活性状态。
去甲基化
甲基化
腺苷化
将腺苷基团连接到酶的特定位点上，改变酶的活性或功能。
效应物对酶活性的影响：效应物是指可以与酶结合并调节其活性的小分子化合物。有些效应物可以增强酶的活性，而有些则可以抑制酶的活性。效应物通常与酶的变构位点结合，从而改变酶的构象，进而影响其催化活性。
抑制剂对酶活性的影响：抑制剂是指可以抑制酶活性的小分子化合物。抑制剂通常与酶的活性位点或变构位点结合，从而干扰底物与酶的结合或影响酶的构象，导致酶活性降低或消失。总结词：抑制剂对酶活性具有抑制作用，干扰底物与酶的结合或影响酶的构象。详细描述：抑制剂通常与酶的活性位点或变构位点结合，通过干扰底物与酶的结合或改变酶的构象来抑制酶的活性。抑制剂可以分为不可逆抑制剂和可逆抑制剂两类。不可逆抑制剂与酶结合后会导致酶永久失活，而可逆抑制剂与酶结合后可以被解除，使酶重新恢复活性。一些重金属离子、有机化合物和生物碱等都可以作为酶的抑制剂。了解抑制剂对酶活性的影响对于药物设计和生物工程等领域具有重要意义。
在底物浓度较低时，随着底物浓度的增加，酶与底物的结合速率加快，酶促反应速率相应提高。这是因为更多的底物与酶结合，增加了反应的碰撞机率。然而，当底物浓度过高时，过多的底物可能会与酶结合并占据酶的活性位点，导致酶活性降低或受到抑制。这种效应称为底物抑制或负协同效应。
底物浓度对酶活性的影响
总结词
详细描述
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
4.5 酶活性的调节
第一个酶
别构调控
非催化部位非共价结合
底物变构激活剂高活性酶-底物复合物
催化
亚基活性激活/抑制剂的结合引发调节亚基的构象变化
1
2
3
B 3 2 1
A
别构酶的齐变模型别构酶的序变模型
R T
R T
高低
反馈抑制
L-苏氨酸L-异亮氨酸苏氨酸脱水酶通过防止中间及终产物的累积而有效节省原材料和能量
酶原激活
活性中心的形成或暴露过程
胰凝乳蛋白酶原（无活性）胰蛋白酶原（无活性）
胰蛋白酶（有活性）π-胰凝乳蛋白酶（有活性）
α-胰凝乳蛋白酶（有活性）肠激酶
断裂赖氨酸和异亮氨酸之间的肽键胰蛋白酶
胰蛋白酶是胰脏蛋白酶原
的共同激活剂
可逆的共价修饰[特点]
◆常见的共价修饰形式
酶修饰反应的例子
共价修饰已知的接受共价修饰的氨基酸残基甲基化
磷酸化酶b （无活性）
磷酸化酶磷酸酶
磷酸化酶激酶蛋白激酶蛋白磷酸酶磷酸化脱磷酸化蛋白激酶ATP 或CTP 有活性的磷酸化酶a 无活性的磷酸化酶b 磷酸化酶a （有活性）。
酶的活性调节机制
酶的活性调节机制酶是生物体内进行化学反应的催化剂，是维持生命活动所必需的蛋白质分子。
它们通过加速化学反应速度来促进代谢。
酶的活性非常关键，因为它们的反应速率直接影响着细胞的生长发育、代谢及其他生物学过程。
然而，一些因素，例如温度、pH值、离子浓度以及化学物质的存在，都可能会影响酶的活性水平。
为此，生物体内运用了多重机制来调节酶的活性，以保证其正常运作。
酶活性的基本原理酶在催化化学反应时，会使化学反应的能垒降低，从而降低反应的激活能，加速反应的发生。
换言之，酶活性的发挥取决于它与底物的相对亲和力以及结合的密切程度。
通常来讲，酶活性的强度可以通过测量催化剂的转化率来评估。
酶活性的调节机制几个关键的调节机制可以影响酶的活性，调节酶活性的机制的主要作用就是在正确的时间和地点对酶进行调节，以确保其正常的功能。
这些调节机制包括以下几种。
1. 反馈抑制反馈抑制是生物体内最常用的酶活性调节机制之一。
这种机制中，酶的反应产物会在合适的时间内抑制其自身。
例如，在细胞合成一定量的某种蛋白质时，产生的大量蛋白质会与酶反应底物结合，降低酶的活性，从而阻止进一步的蛋白质合成。
2. 磷酸化磷酸化是一种重要的酶活性调节机制，即通过加入磷酸分子改变蛋白质结构以及其功能。
磷酸化通常是通过酶的激酶来完成，激酶可以在复杂的信号转导通路中通过传递信号分子来反应一系列的生理和生化过程。
正如其名字所暗示的那样，磷酸化机制在蛋白质结构中加入磷酸分子，从而调节酶的活性。
3. 辅酶结合辅酶结合又称非蛋白质质子结合。
除蛋白质外，辅酶也能与酶结合形成活性，从而影响酶的催化反应。
辅酶能够影响酶活性的原因在于它们可以改变酶的构象，即蛋白质的三维结构，从而影响酶催化化学反应的位置和速率。
4. 竞争性抑制竞争性抑制是一种机制，即某些小分子物质会和酶底物竞争活性位点。
这类抑制物质的自身结构与底物相似，能够与酶在特定区域发生相互作用，从而影响酶活性。
竞争性抑制一般通过结合酶的活性位点来阻止底物的结合，从而抑制酶的正常催化反应。
第六节 酶活性的调节
第六节酶活性的调节酶活性的调节可以通过两种方式来实现。
（1）已有酶活性的调节，即对存在于细胞中的酶，通过分子构象的改变或共价修饰来改变其活性，包括变构调节和共价修饰调节；（2）通过改变酶的浓度和含量进行的调节。
这里仅介绍第一种调节方式，第二种调节方式涉及酶蛋白的生物合成，将在基因表达的调节中讨论。
一、变构调节涉及到一些基本概念，应理解并掌握变构调节：生物体内的一些代谢物(如酶催化的底物、代谢中间物、代谢终产物等)，可以与酶分子的调节部位进行非共价可逆地结合, 改变酶分子构象，进而改变酶的活性。
酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)。
变构酶：受变构调节的酶称为变构酶(allosteric enzyme)，变构效应剂：导致变构效应的代谢物称为变构效应剂(allosteric effector)。
变构激活剂：凡使酶活性增强的效应剂，称为变构激活剂(allosteric activitor)；变构抑制剂：使酶活性减弱的效应剂，称为变构抑制剂(allosteric inhibitor)。
催化部位(catalytic site)：变构酶的分子组成一般是多亚基的。
酶分子中与底物分子相结合的部位称为催化部位(catalytic site)，与效应剂结合的部位称为调节部位(regulatory site)。
这两个部位可以在不同的亚基上，也可以位于同一亚基。
协同效应：一般来说，变构酶分子上有两个以上的底物结合位点。
当底物与一个亚基上的活性中心结合后，通过构象的改变，可增强其他亚基的活性中心与底物的结合，出现正协同效应(positive cooperative effect)，使其底物浓度曲线呈“S”形。
即底物浓度低时，酶活性的增加较慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性迅速加强，很快达到最大值V max，见图3-7。
图3-7 变构酶的动力学曲线多数情况下，底物对其变构酶的作用都表现正协同效应，但有时，一个底物与一个亚基的活性中心结合后，可降低其他亚基的活性中心与底物的结合，表现为负协同效应(negative cooperative effect)。
酶活性调节方式
ATP + 谷氨酸 + NH3
ADP + 谷氨酰胺 + Pi
它有12个亚基，酰苷酰基从ATP脱下后连接到每
一个亚基的专一性酪氨酸残基上，产生低活性形
式的酪氨酸酚羟基的酰苷酰衍生物
4. 抑制剂的调节
凡引起酶分子一级结构破坏而使酶活力丧失称 为水解
凡因酶蛋白分子构象改变而引起酶活力丧失的 作用称为变性作用
腺苷酸环化酶
AMP
cAMP + H2O
磷酸二脂酶
乳糖操纵子模型
2. 生理调节或激素调节
在特殊生理条件下，分泌某一种激素来调 节酶的活性。如：乳腺组织中的乳糖合成酶。
乳糖合成酶是蛋白A和蛋白B两组分构成的 复合物，可以催化乳糖合成反应：
E
UDP-半乳糖 + 葡萄糖
乳糖 + UDP
蛋白A不能催化上述反应而能催化下述合成反应：
许带芳香族的底物或带一个较大的非极性脂肪族链的底物进入专一性部
位
消化系统其它蛋白水解酶原的激活
胃蛋白酶原（pepsinogen）
由胃壁细胞分泌出来，在胃酸H+作用下，低于pH5时， 酶原自动激活，失去44个氨基酸残基，转变为高度酸性的， 有活性的胃蛋白酶
胰蛋白酶原（trypsinogen）
进入小肠后，在有Ca2+的环境中受到肠激酶的激活，赖 氨酸-异亮氨酸之间的肽键被打断，水解失去一个6肽，使 构象发生一定变化后，成为有活性的胰蛋白酶
多种调节方式：
浓度调节（ 合成降解调节)； 生理调节(激素调节)； 共价修饰调节（可逆，不可逆)； 抑制剂调节； 反馈调节（别构调节）； 存在方式调节（多酶体系）； 寡聚酶的聚合、解聚调节；
1. 调节酶在细胞内的浓度
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分解代谢物阻遏作用
定义
分解代谢物阻遏作用是指培养基中某种基质 的存在会减少（阻遏）细胞中其相应酶的合 成速率。
例如： 葡萄糖阻遏β-半乳糖苷酶的生物合成。 果糖阻遏α-淀粉酶的生物合成。
18
B.反馈调节 （1）反馈阻遏
定义： 酶催化作用的产物或代谢途径的末端产 物与细胞内调节蛋白（由调节基因编码产生）结 合而使该酶的生物合成受阻的过程称酶生物合成 的反馈阻遏，又称终产物阻遏作用。
▪ ② 此种酶促反应常表现出级联放大效应。
5
变（别）构调节
▪ 变构调节：生物体内的一些代谢物(如酶催 化的底物、代谢中间物、代谢终产物等)，可 以与酶分子的调节部位进行非共价可逆地结合 , 改变酶分子构象，进而改变酶的活性。酶的 这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)。
10
• 蛋白激酶
磷酸化酶 •
图 磷酸化/脱磷酸修饰机理
11
可逆共价修饰
▪ 蛋白质的磷酸化
▪Байду номын сангаас蛋白激酶 激活磷酸化酶机制
磷酸化酶b—磷酸化酶a
12
不可逆共价修饰
举例
▪ 胰蛋白酶原
13
代谢调节的部位
✓ 养分吸收分泌的通道 载体 ✓ 限制基质与酶的接触 ✓ 代谢途径的通量扩展
14
15
酶合成的调节
▪ 变构酶 变构效应剂 变构激活剂 变构抑制剂
6
▪ 协同效应： 一般来说，变构酶分子上有两个 以上的底物结合位点。当底物与一个亚基上的 活性中心结合后，通过构象的改变，可增强其 他亚基的活性中心与底物的结合，出现正协同 效应(positive cooperative effect)，使其底物浓 度曲线呈“S”形。即底物浓度低时，酶活性的 增加较慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性 迅速加强，很快达到最大值Vmax
C.协调控制
途径中酶的诱导和阻遏常常是平行的。 多个途径的调节作用同时协调作用于一种代 谢；以一定的比例进行。
21
参考文献
▪ 王镜岩 《生物化学》（第三版） ▪ 翟中和 《细胞生物学》（第三版）
▪ 南京林业大学 《生物制品工艺学与原理》
▪ 科学出版社 《生物化学考研精解》
22
23
2
酶活性的调节
▪ 代谢调节的部位 ▪ 调节方式（重点）
共价修饰 别(变)构控制
其他调节方式
3
共价修饰是指蛋白质分子中的一个 或多个氨基酸残基与以化学集基团共价 连接或解开，使其活性改变的作用
可逆共价修饰 不可逆共价修饰 （酶原激活）
4
共价修饰调节的特点
▪ ① 这类酶一般具有无活性(或低活性)与有活性 (或高活性)的两种形式。
指导老师：关现军 组 员：田晶晶 黎超 郑继后 叶富本 陈 博 杨祎 游杰云 陈光辉 乔豪文
1
微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确 的代谢调节（regulation of metabolism）系统， 以确保上千种酶能准确无误、有条不紊和高度 协调地进行极其复杂的新陈代谢反应。 ▪ 微生物的代谢调节 酶活性的调节——活化或钝化 酶合成的调节——诱导或阻遏 酶遗传的控制
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（2）反馈抑制
酶活性的反馈抑制
别构调节最多出现在 代谢途径中的反馈抑 制，它是指一条代谢 途径（通常是合成代 谢途径）的终产物作 为别构抑制剂抑制代 谢途径前面限速酶的 活性，因此也被称为 终产物抑制。
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反馈阻遏与反馈抑制的区别 反馈抑制一般针对紧接代谢途径支点后
的酶；而阻遏往往影响从支点到终点的酶。
A.诱导作用 （1）定义
是指培养基中某种基质的存在会减少（阻 遏）细胞中其相应酶的合成速率。
诱导物： 能引起诱导作用的化合物。可以是基质， 基质衍生物，甚至产物。
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▪ 例如： 乳糖诱导β-半乳糖苷酶的合成；淀粉诱
导α-淀粉酶的合成。 ▪ 注意：
许多分解代谢的酶类，如淀粉酶、蛋白 酶、脂肪酶等都属于诱导酶类。
7
8
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其他调节方式
▪ 缔合与解离
可进行这种转变的蛋白质由多个亚基组成。蛋白质 活化与钝化是通过组成它的亚单位的缔合与解离实 现的。这类互相转变有时是由共价修饰或若干配基 的缔合启动的。
▪ 竞争性抑制
一些蛋白质的生物活性受代谢物的竞争性抑制。如：需要氧化 性NAD+的反应可能被还原性NADH的竞争抑制；需ATP的反应 可能受ADP或AMP的竞争性抑制等等。