酶的作用机制和酶的调节课件.ppt

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1、第三部分酶的作用机制和酶的调节一、酶的活性部位二、酶催化反应的独特性质三、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、同工酶一、酶的活性部位在酶蛋白分子上，酶的特殊催化能力只局限在酶分子的一定区域，也就是说，只有少数一些特异的氨基酸残基与酶的催化能力直接相关。这些氨基酸残基比较集中的区域，也就是酶分子中与酶活力直接相关的区域称为酶的活性中心（活性部位）。（一）酶活性部位的特点(P384)底物结合部位（决定酶的专一性）活性部位催化部位（决定酶所催化反应的性质）酶活性部位的特点（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，往往只占整个酶分子

2、体积的1%-2%；（6）活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表现出一定的柔性和运动性。（2）酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。活性部位在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上相互靠近;（3）酶的活性部位并非与底物恰好互补，而是需要通过诱导契合酶和底物结合；（4）酶的活性部位是位于酶表面的一个裂隙内，裂隙内是一个相对疏水的环境，从而有利于同底物的结合；（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上;（二）研究酶活性部位的方法(P385)1.酶分子侧链基团的化学修饰法：①非特异性共价修饰：某些化学试剂能和酶蛋白中AA残基的侧链基团反应而引起共价结合、氧化还原

3、等修饰反应，使基团结构任意改变。如引起酶活力变化-－此基团为必需(基团)；不引起酶活力变化--此基团为非必需。③亲和标记法：合成与底物结构相似的共价修饰剂（活性部位指示试剂）。②特异性共价修饰：某化学试剂专一性地修饰酶活性部位的某一AA残基，使酶失活。2.动力学参数测定法：酶活性部位氨基酸残基的解离状态与酶的活性直接相关。3.X射线晶体结构分析法：通过解析酶分子三维结构，了解酶活性部位AA残基所处相对位置与实际状态，以及与活性部位有关的其它基团。4.定点诱变法（分子生物学方法）：现已有几百个酶的基因被克隆。根据蛋白质结构研究的结果，利用定点诱变技术，改变编码蛋白质基

4、因中的DNA顺序，研究酶活性部位氨基酸。（二）研究酶活性部位的方法1.酶分子侧链基团的化学修饰法：二、酶催化反应的独特性质（1）酶反应分为两类：仅涉及电子转移和涉及电子和质子两者或者其他基团的转移。活性部位存在1个以上催化基团---协同催化。存在结合部位。多底物反应存在多个结合部位。底物由于与酶的结合，分子中间产生张力，易形成过渡态复合物。（5）除具有进行催化反应所必需的活性基团外，还有别的特性，使更复杂的多底物反应顺利进行。（2）催化作用是以氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介。（3）酶催化反应的最适pH范围通常狭小。（4）酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些

5、，一个巨大的酶结构对稳定活性部位的构象是必要的。酶催化反应的独特性质(P388)三、影响酶催化效率的有关因素（一）底物和酶的邻近效应与定向效应(P388)1.邻近效应(approximation)：指酶与底物结合成ES后，使底物和底物之间(如双分子反应)、酶催化基团与底物之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。2.定向效应(orientation)：指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。（一）底物和酶的邻近效应与定向效应邻近效应和定向效应的共同作用可使酶促反应速度升高108倍。邻近和定向效

6、应共同提高酶促反应速率的机制：酶把底物分子从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。3.邻近效应与定向效应对反应速度的影响：①使底物浓度在活性中心附近很高。②酶对底物分子的电子轨道具有导向作用。③酶使分子间反应转变成分子内反应。④邻近效应和定向效应对底物起固定作用。（二）底物的形变(distortion)和诱导契合(inducedfit)当酶遇到专一性底物时，酶中某些基团或离子可使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增加或降低，产生“电子张力”，使敏感键的一端更加敏感，降低了底物的活化

7、能，使底物接近过渡态，更易发生改变。（二）底物的形变和诱导契合①酶从低活性形式转变为高活性形式，利于催化。②底物形变，利于形成ES复合物。③底物构象变化为过渡态结构，大大降低活化能。图１０－３ZnZnGlu270Tyr248Arg145底物羧肽酶结合底物前后构象变化结合底物之后的羧肽酶未结合底物的羧肽酶酸碱催化：是通过瞬间的向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态加速反应的一类催化机制。（三）酸碱催化（acid-basecatalysis）分两类狭义的（专一的）酸碱催化：在水溶液中通过高反应性的H+、OH-进行催化。广义（总）酸碱催化：通过H+、OH-以及