第10章 酶的作用機制和酶的調(diào)節(jié)

第10章 酶的作用機制和酶的調(diào)節(jié)

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1、第十章酶的作用機制和酶的調(diào)節(jié)第一節(jié)酶的活性部位一、酶活性部位的特點只是酶分子的一小部分;通過誘導契合形成與底物互補的特定三維結(jié)構(gòu);通過次級鍵與底物相互作用;有一定的柔性(鄒承魯?shù)膶Ρ妊芯堪l(fā)現(xiàn)活性部位的柔性比其他部位更強);包括底物結(jié)合基團和催化基團,但二者的區(qū)分有時并不嚴格。二、研究酶活性部位的方法(一)側(cè)鏈基團的化學修飾法非特異性共價修飾(作用于酶分子中某一基團),酶活力喪失與修飾劑濃度成比例,底物或競爭性抑制劑可降低修飾作用。特異性共價修飾(作用于特定酶的特定基團),如二異丙基氟磷酸(DFP)只與胰凝乳蛋白酶活性部位的絲氨酸羥基結(jié)合;親和標記試劑可以與活性部位的特定基團共價定量結(jié)合

2、,如對甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲基酮(TPCK)與胰凝乳蛋白酶活性部位絲氨酸羥基的結(jié)合。(二)動力學參數(shù)測定法(三)X-射線晶體結(jié)構(gòu)分析法(四)定點誘變法第二節(jié)酶催化反應的獨特性質(zhì)第三節(jié)影響酶催化效率的有關因素一、底物和酶的鄰近效應(approximation,proximity)與定向效應(orientation)底物分子結(jié)合到酶的活性中心,使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加,從而加快反應的速度。一個有機化學模型。咪唑催化對硝基苯酯的水解,分子內(nèi)反應比分子間反應快24倍。底物分子中參與反應的基團相互接近,并被嚴格定向定位,使酶促反應具有高效率稱定向效應。鄰羥基苯丙酸內(nèi)脂的形成反應,

3、兩個甲基使羧基和羥基更好的定向,使反應速率提高2.5×1011。二、底物的形變(distortion)和誘導契合(inducednt)脯氨酸消旋酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠大于其底物,說明酶可以引起底物的形變。酵母醛縮酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠大于其底物,說明酶可以引起底物的形變。小牛小腸腺苷脫氨酶的過渡態(tài)類似物與酶的親和力遠大于其底物,說明酶可以引起底物的形變。三、酸堿催化(acid—basecatalysis)專一性(狹義)酸堿催化總酸堿催化或廣義酸堿催化表觀速度常數(shù)依賴于pH和溶液濃度。Brφnsted催化作用定律:Logka=CA?α(pKa)pKa和pKb是總酸堿的解離

4、常數(shù),ka和kb是反應的速度常數(shù)。CA和CB為常數(shù),與反應類型、溫度、溶劑等因素有關。pKa小,則H+濃度高。α和β是Brφnsted系數(shù),范圍在0到1之間,接近于1為專一性酸堿催化,接近于0表示酸堿催化不起作用。咪唑基的pK值接近生理pH值,H+的傳遞速度快,是酸堿催化中最重要的基團。四、共價催化酶與底物形成共價鍵的3個例子,其共同特點是酶的親核中心X進攻底物的親電中心。五、金屬離子催化金屬酶含緊密結(jié)合的金屬離子。金屬激活酶含松散結(jié)合的金屬離子。金屬離子的作用主要有:與結(jié)合底物為反應定向;參與氧化還原反應;穩(wěn)定或屏蔽負電荷;活化水分子;與過渡態(tài)底物形成螯合物。六、多元催化和協(xié)同效應酶

5、的催化過程通常是多種機制同時作用,相互協(xié)同,因而有很高的催化效率。七、活性部位微環(huán)境的影響第四節(jié)酶催化反應機制的實例一、溶菌酶(1ysozyme)二、胰核糖核酸酶A(pancreaticribonucleaseA,RNaseA)四、絲氨酸蛋白酶(serineproteases)胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、彈性蛋白酶氨基酸序列的比較,黑點表示相同的氨基酸,活性部位的氨基酸用符號標出。胰凝乳蛋白酶和水蛭蛋白酶抑制劑(藍色帶狀)的結(jié)構(gòu),His57(藍色),Asp102(紅色),Ser195(黃色)在空間上十分靠近。胰凝乳蛋白酶催化的裂解反應的動力學。乙酸基以共價鍵與酶的Ser195結(jié)合,因而釋放

6、較晚。酰基-酶中間物快速形成,隨后緩慢釋放產(chǎn)物。胰凝乳蛋白酶催化反應的機制:五、天冬氨酸蛋白酶(asparticproteases)若為共價催化,會有兩種中間物之一,兩種中間物均未能找到,說明這一類酶為非共價催化。(a)HIV-1protease,adimer,and(b)pepsin(amonomer).Pepsin′sN-terminalhalfisshowninred;C-terminalhalfisshowninblue.HIV-1proteasecomplexedwiththeinhibitorCrixivanR(red)theflaps(residues46-55frome

7、achsubunit)coveringtheactivesiteareshowningreenandtheactivesiteaspartateresiduesinvolvedincatalysisareshowninwhite.第五節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)控制一、別構(gòu)調(diào)控(allosteriregulation)(一)別構(gòu)酶的性質(zhì)別構(gòu)酶均為寡聚酶,除活性部位外,還有可以同效應物(調(diào)節(jié)物)結(jié)合的調(diào)節(jié)部位。別構(gòu)酶的調(diào)控方式有四類:正協(xié)同效應:酶的一個亞基與

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