酶活性调节方式
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)
第三节 酶活性调节方式知识讲解
胰蛋白酶
胰凝乳蛋白酶原 （无活性）
胰凝乳蛋白酶
π--胰凝乳蛋白酶 （有活性）
Ser14—Arg15 Thr147—Asn148
α--胰
α--胰凝乳蛋白酶 （三链间有二硫键）
胰凝乳蛋白酶原受胰蛋白酶作用后，Arg15-Ile16间的肽键被打断，形成了 新的Ile16末端，这个新末端的氨基再与酶分子内部的Asp194发生静电作用, 触发一系列的构象变化：Met192从酶分子的深层移动到酶分子的表面，第 187及第193残基更加舒展等，这些改变的总结果是造成一个口袋——允
糖原磷酸化酶的活性形式及非活性 形式间的平衡，是磷酸基共价地结 合到酶上或从酶上脱下，从而控制 调节磷酸化酶的活性
糖原磷酸化酶及其他受共价修饰调 节的调节酶可以将化学信号极大的 放大。
如一分子磷酸化酶的激酶可以催化 几千个无活性的磷酸化酶b分子变 为有活性的磷酸化酶a，从而催化 糖原形成几千个分子的1-磷酸葡萄 糖，这就形成了具有两步的级联放 大（amplification cascade）实 际上这两个酶是肾上腺素激素分子 化学信号造成组织中糖原急剧分解 的一个更长的级联放大中的一部分. 见图
都是通过级联系统实现的快速的信号放大过程， 以完成特定功能
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 （ 葡萄糖）n-1+ 1-磷酸-葡萄糖
酶的调节与功能调控
酶的调节与功能调控在生物体内，酶起着至关重要的作用，它们是调控生物体代谢过程的关键分子。
酶的活性和功能可以通过多种途径进行调节和控制，以适应不同环境条件和生物体的需求。
本文将探讨酶的调节机制和功能调控的重要性。
一、酶的调节机制1. 反馈抑制反馈抑制是一种常见的酶调节机制，指的是代谢途径中产物对其合成酶的活性起到负调控作用。
当代谢产物积累到一定程度时，它们会与酶结合，抑制反应的进行。
这种负反馈机制能够维持代谢途径的动态平衡，防止代谢物的过度积累。
2. 底物浓度调节酶的活性还可以通过底物浓度来调节。
当底物浓度较高时，其与酶的结合增加，从而增加酶的活性。
这种调节机制能够确保在底物充足的情况下，反应能够高效进行。
3. 激活与阻遏除了反馈抑制和底物浓度调节，酶的活性还可以通过激活和阻遏来调节。
某些物质可以结合到酶上，增加酶的催化效率，这称为酶的激活。
相反，有些物质可以结合到酶上，阻碍其催化活性，这称为酶的阻遏。
二、功能调控的重要性酶的功能调控是生物体适应环境变化和维持内稳态的关键机制。
通过调节酶的活性和功能，生物体可以在不同生理状态和环境条件下合理利用和调控代谢路径，以满足生物体的需求。
以下是功能调控的几个重要方面：1. 代谢适应性生物体在不同的环境中需要适应不同的代谢途径，以最大限度地利用可获取的能源。
通过调节酶活性，生物体能够在能量供应不足时利用代谢途径以合成和储存能量物质，在能量过剩时利用代谢途径以降解和排除多余的能量物质。
2. 营养摄取与利用酶的功能调控还能够帮助生物体实现营养物质的摄取和利用。
例如，消化系统中的酶能够在食物摄入后启动消化过程，将复杂的营养物质分解成可吸收的形式。
3. 细胞信号传导酶在细胞信号传导过程中起到关键作用。
细胞内的酶可以被信号分子所调节，从而传导外界信号，调节细胞的生理与代谢状态。
这种调控机制对于维持细胞内平衡和响应外界刺激具有重要意义。
4. 疾病发生与治疗酶的功能调控异常与多种疾病的发生和治疗密切相关。
《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
酶的别构调控和可逆共价修饰
酶的别构调控和可逆共价修饰是两种重要的酶活性调节方式，它们在维持细胞内环境稳定、调节代谢流量以及信号转导等方面发挥着重要作用。
1. 别构调控是指小分子化合物与酶蛋白分子活性位点以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而影响酶的活性。
这种调控方式主要是通过影响酶的构象来改变其活性。
例如，有些小分子可以与酶结合，使酶的构象变得更加刚性，从而提高酶的活性；而有些小分子则会使酶的构象变得更加柔韧，从而降低酶的活性。
2. 可逆共价修饰是指酶分子上的某些基团在另一化学基团的作用下发生可逆的共价修饰，进而改变酶的活性。
这种调控方式主要是通过改变酶的化学基团来调节酶的活性。
例如，蛋白质的磷酸化就是一种常见的可逆共价修饰，它可以通过改变蛋白质的磷酸化状态来调节蛋白质的功能。
这两种调控方式都可以快速地响应环境变化，使细胞能够快速地调整代谢和生理功能。
同时，这两种调控方式也是相互协调的，共同调节酶的活性，以确保细胞内环境的稳定和代谢的正常进行。
第六章 酶学三 重要酶类及其活性调节
正协同效应：指效应物分子与变构酶结合后， 本身构象发生变化，有利于后续底物分子或调节 物分子的结合。
负协同效应：指效应物分子与变构酶的结合后， 本身构象发生变化，不利于后续底物分子或调节 物分子的结合。
正、负协同效应别构酶与米氏酶动力学比较
别构酶调节的两种模型
序变模型（KNF）： 1966年由Koshland、Nemethy和Filmer 提出
2）协同效应（cooperative effect）
协同效应：一个效应物分子与变构酶的变构中心 结合，对第二个效应物分子的结合产生影响，称 协同效应 同促效应：配体相同，当一个效应物与酶结合后， 影响另一相同的效应物与酶的另一部位结合。 异促效应：配体不同，当一个效应物与酶结合后， 影响另一不同效应物与酶另一部分结合。
(2) 1992年，Piccirilli等发现L19RNA具有氨 酰酯酶的活性，催化氨酰酯水解。
(3) L19RNA还有限制性内切酶作用： -CpUpCpUpN- + G -CpUpCpU +GpN
(4) 1997年，Zhang和Cech用人造的RNA分子 催化合成了肽链，表明RNA具有肽基转移酶活性。
SS
亚基全部 处于T型
S SS S
依次序变化
SS S SS
S
SS
亚基全部 处于R型
齐变模型（MWC）： 1965年由Monod、 Wyman和Changeux提出。
T状态（对称亚基）
SS
R状态（对称亚基） 对称亚基
S SS S
SS S SS
S
SS
齐步变化
对称亚基
（三）可逆的共价修饰调节
共价修饰(covalent modification) 在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上
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)。
酶的活性调控机制
酶的活性调控机制在我们生命的微观世界里，酶如同一个个忙碌的“小工人”，它们默默无闻地工作着，对各种生物化学反应起着至关重要的催化作用。
而酶的活性并不是一成不变的，它会受到多种机制的精细调控，以确保生物体内的代谢过程能够有条不紊地进行。
酶活性的调控就像是一场精妙的舞蹈，涉及到多个层面的因素。
首先，我们来谈谈酶的别构调控。
想象一下酶就像一个具有多个“手臂”的分子，这些“手臂”能够感知周围环境的变化。
当某些特定的分子与酶的特定部位结合时，酶的构象会发生改变，就好像“手臂”的姿势发生了变化，从而影响酶的活性。
这种结合的分子被称为别构效应剂，它们可以是激活剂，也可以是抑制剂。
比如，在糖酵解过程中的磷酸果糖激酶-1，它受到ATP 的别构抑制，而AMP 则是它的别构激活剂。
这意味着当细胞内能量充足（ATP 浓度高）时，酶的活性受到抑制，糖酵解过程减缓；而当细胞能量不足（AMP 浓度高）时，酶被激活，加速糖酵解产生能量。
除了别构调控，酶的共价修饰也是一种常见的调控方式。
这种修饰就像是给酶穿上了不同的“外衣”，从而改变它的活性。
最常见的共价修饰包括磷酸化、甲基化、乙酰化等。
以磷酸化为例，蛋白激酶可以将 ATP 上的磷酸基团转移到酶蛋白的特定氨基酸残基上，从而改变酶的活性。
相反，磷酸酶则可以去除磷酸基团，使酶恢复原来的活性。
这种可逆的修饰方式能够快速响应细胞内外的信号变化，实现对酶活性的精准调控。
再来说说酶原的激活。
酶原是没有活性的酶的前体。
在特定的条件下，酶原会经过一系列的水解反应，切除一部分肽段，从而形成有活性的酶。
这就好比一把未开封的宝剑，经过磨砺和开刃，才能展现出它的锋芒。
例如，胰腺分泌的胰蛋白酶原在小肠中被肠激酶激活，转变为有活性的胰蛋白酶，进而启动蛋白质的消化过程。
酶原激活的意义在于保护细胞自身不被过早激活的酶所损伤，同时也确保了酶在特定的部位和时间发挥作用。
激素对酶活性的调节也是一个重要的方面。
激素作为细胞间的“信使”，能够通过复杂的信号通路来影响酶的活性。
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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
如：大肠杆菌的葡萄糖效应，即在有葡萄 糖存在时，它不利用乳糖。原理可以 用乳糖操纵子模型来解释。
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)
◆ 酶活性中 心的氨基酸残基 来自B、C二链
胰蛋白酶
胰凝乳蛋白酶原 （无活性）
胰凝乳蛋白酶
π--胰凝乳蛋白酶 （有活性）
Ser14—Arg15 Thr147—Asn148
α--胰凝乳蛋白酶
B链
C链
（有活性,稳定）
α--胰凝乳蛋白酶 （三链间有二硫键）
胰凝乳蛋白酶原受胰蛋白酶作用后，Arg15-Ile16间的肽键被打断，形成了 新的Ile16末端，这个新末端的氨基再与酶分子内部的Asp194发生静电作用, 触发一系列的构象变化：Met192从酶分子的深层移动到酶分子的表面，第 187及第193残基更加舒展等，这些改变的总结果是造成一个口袋——允
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。
抑制作用的类型
不可逆的抑制作用（Inreversible inhibition） 通常以比较牢固的共价键与酶蛋白中的基团结 合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方 法除去抑制剂而恢复酶活性 .
糖原磷酸化酶的活性形式及非活性 形式间的平衡，是磷酸基共价地结 合到酶上或从酶上脱下，从而控制 调节磷酸化酶的活性
糖原磷酸化酶及其他受共价修饰调 节的调节酶可以将化学信号极大的 放大。
如一分子磷酸化酶的激酶可以催化 几千个无活性的磷酸化酶b分子变 为有活性的磷酸化酶a，从而催化 糖原形成几千个分子的1-磷酸葡萄 糖，这就形成了具有两步的级联放 大（amplification cascade）实 际上这两个酶是肾上腺素激素分子 化学信号造成组织中糖原急剧分解 的一个更长的级联放大中的一部分. 见图
◆在酶原激活过程中，酶原分子结构发生了这样的变化： 首先，酶原分子被切去若干小段，即发生一级结构变化、 一级结构变化引起酶分子活性部位构象变化，形成能与 特异性底物相结合的完整的疏水口袋。
◆ α--胰凝乳 蛋白酶为稳定的 形式，A、B两链 及B、C两链间各 通过一对大的二 硫键相连，其活 性只有π--胰凝 A 链 乳蛋白酶的2/5
都是通过级联系统实现的快速的信号放大过程， 以完成特定功能
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 （ 葡萄糖）n-1+ 1-磷酸-葡萄糖
A
UDP-半乳糖 + N-乙酰葡糖胺
N-乙酰半乳糖胺 + UDP
蛋白B本身无催化能力，但其与蛋白A结合，可以 改变蛋白A的底物专一性。
3、共价修饰调节
不可逆共价调节——酶原激活
◆一些酶（主要是消化酶和执行防御功能的酶）在细胞内以 无活性前体形式（即酶原）合成和分泌，然后输送到胞内 外作用部位去，当功能需要时就会被活化而起作用。可以 想象，必须有一种调控机制，使其在胞内合成时处于失活 状态，而在需要时激活；
羧肽酶原A 弹性蛋白酶原
肠激酶 胰凝乳蛋白酶原
胰蛋白酶原
六肽
+
胰蛋白酶
胰凝乳蛋白酶
弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶
羧肽酶
羧肽酶原
胰蛋白酶对各个胰脏蛋白酶原的激活作用
综上所述，酶原激活有两个特点：
是蛋白质肽链的水解过程，不可逆激活后，不能 变为酶原状态，因而这是“一次性”的调节，能 及时地从靶部位通过自身催化或组织蛋白酶的作 用而降解移去
P
P
磷酸化酶a （有活性）
P
磷酸化酶 磷酸酶
4H2O 4ADP 4Pi 4ATP
P
磷酸化酶 激酶
+
磷酸ห้องสมุดไป่ตู้酶b
（无活性）
第二种类型是大肠杆菌谷氨酰胺合成酶及其他一 些酶，它们受ATP转来的酰苷酰基的共价修饰，或 酶促脱酰苷酰基，而调节酶活性：
酶的活性较高形式
酶的活性较低形式
谷氨酰胺合成酶催化下列反应：