第二章下酶的抑制动力学

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1、精选课件Enzyme Engineering酶工程酶工程精选课件第二章第二章 酶催化的基础知识酶催化的基础知识 n第三节第三节 酶的抑制动力学及应用酶的抑制动力学及应用精选课件精选课件去激活作用：去激活作用：如如EDTA去除二阶金属离子，以去除二阶金属离子，以降低酶的活性。降低酶的活性。此作用并非是化学物质对酶蛋白此作用并非是化学物质对酶蛋白或其辅因子的直接作用。或其辅因子的直接作用。精选课件 食品加工过程中由于多酚氧化食品加工过程中由于多酚氧化酶的作用，发生酶促褐变，使果蔬酶的作用，发生酶促褐变，使果蔬类加工食品货架寿期缩短。多酚氧类加工食品货架寿期缩短。多酚氧化酶是含铜金属蛋白，因而许多金

2、化酶是含铜金属蛋白，因而许多金属螯合剂是其抑制剂。属螯合剂是其抑制剂。精选课件精选课件一、可逆抑制一、可逆抑制n按抑制剂与酶的结合方式：按抑制剂与酶的结合方式：同位抑制作用：抑制剂与酶活性中心结合，同位抑制作用：抑制剂与酶活性中心结合，阻断酶分子的结合基团或催化基团，或者阻断酶分子的结合基团或催化基团，或者与与ES复合物相结合，阻止底物形成产物。复合物相结合，阻止底物形成产物。别位抑制作用：抑制剂与酶活性中心以外别位抑制作用：抑制剂与酶活性中心以外的部位结合，通过酶分子构象的改变影响的部位结合，通过酶分子构象的改变影响底物与酶的结合，进而影响催化效率。底物与酶的结合，进而影响催化效率。精选课件

3、n研究酶抑制剂及其抑制作用的意义：研究酶抑制剂及其抑制作用的意义：理论上：理论上：阐明酶活性中心、酶催化机理、代谢途径、阐明酶活性中心、酶催化机理、代谢途径、代谢调节、药物和毒物作用机理。代谢调节、药物和毒物作用机理。应用上：应用上：（1）药物：抑制病原微生物；治疗代谢疾病；保）药物：抑制病原微生物；治疗代谢疾病；保健、美容等功效。健、美容等功效。（2）农业中的杀虫剂和杀菌剂。）农业中的杀虫剂和杀菌剂。（3）食品加工过程中有害酶的活性抑制剂。）食品加工过程中有害酶的活性抑制剂。精选课件（一）竞争性抑制作用的含义（一）竞争性抑制作用的含义精选课件精选课件(1)(1)竟争性抑制竟争性抑制n某些抑制

4、剂的化学结构与底物相似，某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。反应被抑制了。n米氏常数变大米氏常数变大n竟争性抑制通常可以通过增大底物浓竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。度，即提高底物的竞争能力来消除。精选课件竞争性抑制动力学曲线竞争性抑制动力学曲线精选课件精选课件 竞争性抑制的动力学竞争性抑制的动力学经推导可得如下曲线经推导可得如下曲线1 1、K Km m增大增

5、大 即抑制剂与酶结合后，即抑制剂与酶结合后，酶和底物亲和力降低；酶和底物亲和力降低；I I 越高、越高、K Ki i越小，越小，K Km m增大。增大。酶和底物亲和力降低，酶酶和底物亲和力降低，酶反应速度减慢。反应速度减慢。2 2、VmVm不变不变3 3、增大底物浓度，有利于、增大底物浓度，有利于酶和底物结合，可减轻抑酶和底物结合，可减轻抑制作用；反之，增加抑制制作用；反之，增加抑制剂浓度，加深抑制程度。剂浓度，加深抑制程度。精选课件2.竞争性抑制作用的机理竞争性抑制作用的机理 （1）抑制剂与底物在结构上有类似之处）抑制剂与底物在结构上有类似之处 （2）可能结合在底物所结合的位点（如）可能结合

6、在底物所结合的位点（如结合基团）上，从而阻断了底物和酶的结结合基团）上，从而阻断了底物和酶的结合合 （3）降低酶和底物的亲和力。降低酶和底物的亲和力。精选课件3.竞争性抑制作用举例竞争性抑制作用举例精选课件丙二酸是琥珀酸的结构类似物，丙二酸是琥珀酸的结构类似物，可逆抑制琥珀酸脱氢酶活性可逆抑制琥珀酸脱氢酶活性乙醇作为竞争性底物可以抑制乙二醇氧乙醇作为竞争性底物可以抑制乙二醇氧化成乙醛的反应，化成乙醛的反应，（因此乙醇可以用于（因此乙醇可以用于治疗乙二醇中毒）治疗乙二醇中毒）精选课件抑菌剂抑菌剂n二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 转肽基酶转肽基酶精选课件精选课件精选课件n两者结构类似，故可竞争性地抑

7、制转两者结构类似，故可竞争性地抑制转肽酶，导致胞壁合成障碍。肽酶，导致胞壁合成障碍。精选课件 酶抑制剂：酶抑制剂：是一类可以结合酶并降低是一类可以结合酶并降低其活性的分子。由于抑制特定酶的活性可其活性的分子。由于抑制特定酶的活性可以杀死病原体或校正新陈代谢的不平衡，以杀死病原体或校正新陈代谢的不平衡，许多相关药物就是酶抑制剂。一些酶抑制许多相关药物就是酶抑制剂。一些酶抑制剂还被用作除草剂或农药剂还被用作除草剂或农药精选课件 20世纪世纪60年代初，年代初，Umezawa提出了酶抑提出了酶抑制的概念制的概念,从而将从而将抗生素抗生素的研究扩大到酶抑制剂的研究扩大到酶抑制剂的新领域。酶抑制剂新药发

8、现的途径：一是来的新领域。酶抑制剂新药发现的途径：一是来源于天然化合物，包括动植物和各种微生物等，源于天然化合物，包括动植物和各种微生物等，二是化学合成物。在目前上市的药物中，以受二是化学合成物。在目前上市的药物中，以受体为作用靶点的药物占体为作用靶点的药物占52%，以酶为靶点的药，以酶为靶点的药物占物占22%，以离子通道为靶点的药物占，以离子通道为靶点的药物占6%，以，以核酸为靶点的药物占核酸为靶点的药物占3%。因此，酶抑制剂的开。因此，酶抑制剂的开发是新药来源的一个主要途径。以酶为靶点开发是新药来源的一个主要途径。以酶为靶点开发新药存在巨大潜力，今后很长一段时间仍然发新药存在巨大潜力，今后

9、很长一段时间仍然是发现新药的重要着手点。是发现新药的重要着手点。精选课件H7N9新药(帕拉米韦)强效神经氨酸酶抑制剂精选课件精选课件整合酶抑制剂的发现和发展精选课件4过渡态的类似物作为竞争性过渡态的类似物作为竞争性的抑制剂的抑制剂 所谓过渡态底物是指底物和酶结所谓过渡态底物是指底物和酶结合成中间复合体后被活化的过渡形式，合成中间复合体后被活化的过渡形式，一般用一般用S*表示，由于其能障小，和酶表示，由于其能障小，和酶结合就紧密得多。结合就紧密得多。精选课件4过渡态的类似物作为竞争性的抑制剂过渡态的类似物作为竞争性的抑制剂精选课件（二）（二）反竞争性抑制反竞争性抑制精选课件精选课件n反竞争性抑制

10、反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）对酶活性的一种抑制作用，由于对酶活性的一种抑制作用，由于所加入的抑制剂能与酶所加入的抑制剂能与酶-底物复合物结底物复合物结合，而不与游离酶结合，所以其特征合，而不与游离酶结合，所以其特征是反应的最大速度比未加抑制剂时反是反应的最大速度比未加抑制剂时反应的最大速度低，当以速度的倒数相应的最大速度低，当以速度的倒数相对底物浓度的倒数作图，所得图线与对底物浓度的倒数作图，所得图线与未被抑制反应的图线平行。未被抑制反应的图线平行。精选课件反竞争抑制作用反竞争抑制作用 加入加入I时，反而可增加时，反而可增加S对对E的亲和的亲和力，而增加力，

11、而增加S并不能减轻或消除抑制；并不能减轻或消除抑制；有有I时，时，Km减小，说明减小，说明I可使可使E对对S的亲的亲和力增大。和力增大。精选课件 反竞争性抑制动力学曲线反竞争性抑制动力学曲线精选课件精选课件2.反竞争性抑制举例反竞争性抑制举例单底物酶：芳香基硫酸基的肼解单底物酶：芳香基硫酸基的肼解 氰化物抑制芳香硫酸酯酶的作用氰化物抑制芳香硫酸酯酶的作用多底物：如双底物乒乓机制中，任何一多底物：如双底物乒乓机制中，任何一个底物的竞争性抑制剂也是另一底物个底物的竞争性抑制剂也是另一底物的反竞争性抑制剂。的反竞争性抑制剂。精选课件（三）非竞争性抑制（三）非竞争性抑制精选课件精选课件非竞争性抑制（非

12、竞争性抑制（noncompetitive noncompetitive inhibitioninhibition）抑制剂在酶的活性部位以外的部位与酶结合，抑制剂在酶的活性部位以外的部位与酶结合，不对底物与酶的活性产生竞争。不对底物与酶的活性产生竞争。作用：抑制剂不仅与游离酶结合，也可以与作用：抑制剂不仅与游离酶结合，也可以与酶酶-底物复合物结合的一种酶促反应抑制作底物复合物结合的一种酶促反应抑制作用。酶用。酶-底物底物-抑制剂复合物（抑制剂复合物（ESIESI）不能进）不能进一步释放出产物。一步释放出产物。精选课件 非非竞竞争性抑制争性抑制酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子酶可同时与底物及

13、抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物构象变化，并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。以称为非竞争性抑制剂。如某些金属离子（如某些金属离子（CuCu2+2+、AgAg+、HgHg2+2+）以及）以及EDTAEDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH-SH基基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。抑制。精选课件特点：特点：n 非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底非竞争性抑制剂的化学结构不一定与底物的分子结构类似

14、；物的分子结构类似；n 底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；位相结合；n 抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；物浓度的改变对抑制程度无影响；n 动力学参数：动力学参数：KmKm值不变，值不变，VmVm值降低。值降低。精选课件精选课件精选课件非竞争性抑制的动力学非竞争性抑制的动力学可推导得出如下的曲线可推导得出如下的曲线1 1、V Vm m降低降低 即即 I I 越大、越大、K Ki i越小，越小，形成不能转变为形成不能转变为产物的产物的EIEI和和EISEIS越多，越多，V V降低的程度越降

15、低的程度越显著。显著。2 2、KmKm不变不变3 3、增大底物浓度，不能、增大底物浓度，不能减轻抑制作用，无竞争关减轻抑制作用，无竞争关系；系；精选课件2.非竞争性抑制举例非竞争性抑制举例精选课件（四）混合型抑制作用（四）混合型抑制作用 是非竞争性与其他两种类型的混合，是非竞争性与其他两种类型的混合，竞争性与反竞争性抑制二者之间不存竞争性与反竞争性抑制二者之间不存在混合型。在混合型。精选课件精选课件（五）（五）其他可逆抑制其他可逆抑制n1 底物抑制底物抑制n2 产物抑制产物抑制精选课件精选课件精选课件2 产物抑制产物抑制 产物对酶反应的抑制作用在生物体中产物对酶反应的抑制作用在生物体中较为常见

16、，在细胞内，酶反应的产物虽然较为常见，在细胞内，酶反应的产物虽然不断被另外的酶作用，但不断被另外的酶作用，但S和和P总是同时存总是同时存在的，因此，考虑产物对反应速度的影响，在的，因此，考虑产物对反应速度的影响，可能具有一定的意义。可能具有一定的意义。精选课件二、不可逆抑制作用二、不可逆抑制作用不可逆抑制作用：不可逆抑制作用：如果如果E I,则则I只能使部分的酶失活，余下只能使部分的酶失活，余下的酶仍是正常的，可以行使正常的催化功能。的酶仍是正常的，可以行使正常的催化功能。米氏常数不变，而米氏常数不变，而Vmax下降，得到的双倒下降，得到的双倒数图和可逆抑制中的非竞争性抑制非常相似。数图和可逆

17、抑制中的非竞争性抑制非常相似。非专一性：非专一性：专一性专一性精选课件（一）非专一性的不可逆抑制作用（一）非专一性的不可逆抑制作用n1 概念：抑制剂能和酶上的一类或概念：抑制剂能和酶上的一类或几类基团反应。几类基团反应。n2 类型：重金属、酰化剂、烃基化剂、类型：重金属、酰化剂、烃基化剂、含活泼双键的试剂、含活泼双键的试剂、有机磷化合物、有机磷化合物、烷化剂、烷化剂、还原剂还原剂精选课件n农药杀虫的机理农药杀虫的机理-抑制生物体中的靶酶。抑制生物体中的靶酶。乙酰胆碱酯酶（乙酰胆碱酯酶（ACHEACHE）：）：催化乙酰胆碱，催化乙酰胆碱，水解为胆碱和乙酸水解为胆碱和乙酸n例如：有机磷的杀虫原理主

18、要是：例如：有机磷的杀虫原理主要是：有机磷对生物体神经突触后膜上的有机磷对生物体神经突触后膜上的乙酰胆碱酯酶（乙酰胆碱酯酶（ACHEACHE）的抑制，造成突触）的抑制，造成突触间隙乙酰胆碱的积蓄，持续地作用于受体，间隙乙酰胆碱的积蓄，持续地作用于受体，引起一系列反应使病虫神经过度兴奋而死引起一系列反应使病虫神经过度兴奋而死亡亡 精选课件（二）（二）专一性不可逆抑制剂专一性不可逆抑制剂n概念：抑制剂通常只作用于酶蛋白分子中一概念：抑制剂通常只作用于酶蛋白分子中一种氨基酸侧链基团或仅作用于一类酶。种氨基酸侧链基团或仅作用于一类酶。n专一性不可逆抑制剂的类型专一性不可逆抑制剂的类型:1 Ks型结合型

19、不可逆抑制剂型结合型不可逆抑制剂 2 Kcat型催化型不可逆抑制剂（自杀底型催化型不可逆抑制剂（自杀底物）物）精选课件1、Ks型结合型专一性不可逆抑制剂型结合型专一性不可逆抑制剂n抑制剂只能专一地与某种酶结合而引起的抑制剂只能专一地与某种酶结合而引起的不可逆抑制作用不可逆抑制作用 根据底物的化学结构设计，可以和酶根据底物的化学结构设计，可以和酶结合，并对酶的必需基团进行化学修饰，结合，并对酶的必需基团进行化学修饰，从而抑制酶的活性。是利用对酶的亲和力从而抑制酶的活性。是利用对酶的亲和力而对酶进行修饰标记，所以又称亲和标记而对酶进行修饰标记，所以又称亲和标记试剂。试剂。举例：举例：1 对甲苯磺酰

20、对甲苯磺酰-L-苯丙氨酰氯甲酮抑制胰凝苯丙氨酰氯甲酮抑制胰凝乳蛋白酶乳蛋白酶 2 对甲苯磺酰对甲苯磺酰-L-赖氨酰氯甲酮抑制胰蛋白赖氨酰氯甲酮抑制胰蛋白酶酶 精选课件2 Kcat型催化型不可逆抑制剂（自型催化型不可逆抑制剂（自杀底物）杀底物）抑制剂能专一地与某种酶结合并发抑制剂能专一地与某种酶结合并发生催化反应，而反应的产物中含有一个生催化反应，而反应的产物中含有一个基团可以与酶分子活性中心的基团共价基团可以与酶分子活性中心的基团共价结合，导致酶分子不可逆地丧失催化活结合，导致酶分子不可逆地丧失催化活性。性。精选课件Kcat型不可逆抑制剂（自杀底物）型不可逆抑制剂（自杀底物）（1）天然酶的自杀

21、底物天然酶的自杀底物（2）治疗用人工合成的酶自杀底物）治疗用人工合成的酶自杀底物精选课件（2）治疗用人工合成的酶自杀治疗用人工合成的酶自杀底物底物 治疗高血压；癫痫；抗青霉素的菌株；治疗高血压；癫痫；抗青霉素的菌株；在肿瘤治疗上；治疗震颠麻痹症；痛风症在肿瘤治疗上；治疗震颠麻痹症；痛风症的自杀底物疗法。的自杀底物疗法。精选课件例：以例：以FMN或或FAD为辅酶的单胺氧为辅酶的单胺氧化酶的化酶的Kcat型不可逆抑制剂型不可逆抑制剂迫降灵迫降灵精选课件精选课件精选课件酶抑制剂的抑制程度：酶抑制剂的抑制程度：在抑制剂存在下，酶反应速度下降的成在抑制剂存在下，酶反应速度下降的成都，常用有抑制作用的反应

22、速度（都，常用有抑制作用的反应速度（vi）与）与无抑制作用的反应速度（无抑制作用的反应速度（v）。）。a：相对活力分数：相对活力分数 i：抑制分数：抑制分数 i1a精选课件第四节第四节 酶的调节酶的调节n酶活性的调节酶活性的调节n酶浓度的调节酶浓度的调节精选课件酶活性调节的实例：酶活性调节的实例：凝血酶、胰蛋白酶激活凝血酶、胰蛋白酶激活 糖元磷酸化酶活性转化糖元磷酸化酶活性转化 母体分娩后母乳中乳糖合成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苏氨酸到异亮氨酸的代谢途径控制精选课件 说明了说明了n正常情况下生物体并不要求每个酶

23、处于最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。有效的催化状态，而是要求有快有慢。n在长期的进化、选择过程中，生物体为适在长期的进化、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，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的调节和酶结构活性水平上的调节)精选课件 多种调节方式：多种调节方式：浓度调节（浓度调节（合成降解调节合成降解调节)；生理调节生理调节(激素调节激素调节)；共价修饰调节（可逆，不可逆共价修饰调节（可逆，不可逆)；抑制剂调节；抑制剂调节；反馈调

24、节（别构调节）；反馈调节（别构调节）；存在方式调节（多酶体系）；存在方式调节（多酶体系）；寡聚酶的聚合、解聚调节；寡聚酶的聚合、解聚调节；精选课件 1.1.调节酶在细胞内的浓度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。用乳糖操纵子模型来解释。腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 AMP cAMP+H2O 磷酸二脂酶磷酸二脂酶精选课件乳糖操纵子模型精选课件 2.生理调节或激素调节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在特殊生理条件下，分泌某一种激素

25、来调节酶的活性。如：乳腺组织中的乳糖合成酶。节酶的活性。如：乳腺组织中的乳糖合成酶。乳糖合成酶是蛋白乳糖合成酶是蛋白A A和蛋白和蛋白B B两组分构成的两组分构成的复合物，可以催化乳糖合成反应：复合物，可以催化乳糖合成反应：EUDP-半乳糖+葡萄糖 乳糖+UDP精选课件 蛋白蛋白A A不能催化上述反应而能催化下述合成反应：不能催化上述反应而能催化下述合成反应：UDP-UDP-半乳糖半乳糖 +N-+N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺 N-N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 +UDP+UDP 蛋白蛋白B B本身无催化能力，但其与蛋白本身无催化能力，但其与蛋白A A结合，可以结合，可以改变蛋白改变蛋白A A的底物专

26、一性。的底物专一性。A精选课件 3 3、共价修饰调节、共价修饰调节 不可逆共价调节不可逆共价调节酶原激活酶原激活 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；状态，而在需要时激活；在酶原激活过程中，酶原分子结构发生了这样的

27、变化：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、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。特异性底物相结合的完整的疏水口袋。精选课件胰蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶Ser14Arg15Thr147Asn148A 链链 B 链链 C 链链胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原 （无活性）（无活性）-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 （有活性）（有活性）-胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 （有活性（有活性,稳定）稳定）-胰

28、凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（三链间有二硫键）（三链间有二硫键）-胰凝乳胰凝乳蛋白酶为稳定的蛋白酶为稳定的形式，形式，A A、B B两链两链及及B B、C C两链间各两链间各通过一对大的二通过一对大的二硫键相连，其活硫键相连，其活性只有性只有-胰凝胰凝乳蛋白酶的乳蛋白酶的2/52/5 酶活性中酶活性中心的氨基酸残基心的氨基酸残基来自来自B B、C C二链二链精选课件胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶六肽六肽肠激酶肠激酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶+胰蛋白酶对各个胰脏蛋白酶原的激活作用胰蛋白酶对各个胰脏蛋

29、白酶原的激活作用精选课件 综上所述，酶原激活有两个特点综上所述，酶原激活有两个特点：n是蛋白质肽链的水解过程，不可逆激活后，不能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，因而这是变为酶原状态，因而这是“一次性一次性”的调节，能的调节，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用而降解移去n都是通过级联系统实现的快速的信号放大过程，都是通过级联系统实现的快速的信号放大过程，以完成特定功能以完成特定功能精选课件 可逆的共价调节可逆的共价调节 由于其他的酶对其结构进行共价修饰，而使其在由于其他的酶对其结构进行共价修饰，而使其在活性

30、形式与非活性形式之间进行互变活性形式与非活性形式之间进行互变.n第一种类型是磷酸化酶及其他的一些酶，它们通过接受第一种类型是磷酸化酶及其他的一些酶，它们通过接受ATPATP转来转来的磷酸基的共价修饰，或脱下磷酸基，来调节酶活性：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无活性形式 酶的有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：最典型的例子是动物组织中的糖原磷酸化酶：（葡萄糖）（葡萄糖）n n+Pi +Pi （葡萄糖）葡萄糖）n-1n-1+1-+1-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖E精选课件n糖原磷酸化酶的活性形式及非活性糖原磷酸化酶的活性形式及非活性形式间

31、的平衡，是形式间的平衡，是磷酸基磷酸基共价地结共价地结合到酶上或从酶上脱下，从而控制合到酶上或从酶上脱下，从而控制调节磷酸化酶的活性调节磷酸化酶的活性n糖原磷酸化酶及其他受共价修饰调糖原磷酸化酶及其他受共价修饰调节的调节酶节的调节酶可以将化学信号极大的可以将化学信号极大的放大。放大。如一分子磷酸化酶的激酶可以催化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几千个无活性的磷酸化酶b b分子变分子变为有活性的磷酸化酶为有活性的磷酸化酶a a，从而催化，从而催化糖原形成几千个分子的糖原形成几千个分子的1-1-磷酸葡萄磷酸葡萄糖，这就形成了具有两步的级联放糖，这就形成了具有两步的级联放大大（a

32、mplification cascadeamplification cascade）实）实际上这两个酶是肾上腺素激素分子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的一个更长的级联放大中的一部分.见图见图+4H2O 4ADP4Pi 4ATPPPPP磷酸化酶磷酸化酶激酶激酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸酶磷酸酶磷酸化酶磷酸化酶a a（有活性）（有活性）磷酸化酶磷酸化酶b b（无活性）（无活性）精选课件精选课件n第二种类型是大肠杆菌谷氨酰胺合成酶及其他一第二种类型是大肠杆菌谷氨酰胺合成酶及其他一些酶，它们受些酶，它们受ATPATP转

33、来的酰苷酰基的共价修饰转来的酰苷酰基的共价修饰，或，或酶促脱酰苷酰基，而调节酶活性：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高形式 酶的活性较低形式酶的活性较低形式 谷氨酰胺合成酶催化下列反应：谷氨酰胺合成酶催化下列反应：ATP+ATP+谷氨酸谷氨酸 +NH+NH3 3 ADP+ADP+谷氨酰胺谷氨酰胺 +Pi+Pi 它有它有1212个亚基，酰苷酰基从个亚基，酰苷酰基从ATPATP脱下后连接到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形式的酪氨酸酚羟基的酰苷酰衍生物精选课件 4.4.抑制剂的调

34、节抑制剂的调节精选课件 5.5.反馈调节反馈调节(或称或称 别构调节别构调节)早已发现，许多物质合早已发现，许多物质合成代谢途径的一连串反应中，成代谢途径的一连串反应中，催化第一步反应的酶或者是催化第一步反应的酶或者是序列交叉处的酶大多能被全序列交叉处的酶大多能被全部序列的最终产物控制部序列的最终产物控制反馈抑制。反馈抑制。催化第一部反应的酶或催化第一部反应的酶或分叉处的酶即属于分叉处的酶即属于别构酶别构酶。精选课件 什么是别构调节？什么是别构调节？当调节物与酶分子中的别构中心结合当调节物与酶分子中的别构中心结合后诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使后诱导出或稳定住酶分子的某种构象，使酶活性部位

35、对底物的结合与催化受到影响，酶活性部位对底物的结合与催化受到影响，从而调节酶的反应速度及代谢过程，此效从而调节酶的反应速度及代谢过程，此效应称为酶的别构调节或别构效应。应称为酶的别构调节或别构效应。精选课件是通过酶分子构象的变化来改变是通过酶分子构象的变化来改变的活性，又称就变构酶的活性，又称就变构酶具有两个在空间上彼此独立并分具有两个在空间上彼此独立并分开的特异部位：活性部位、调节开的特异部位：活性部位、调节部位部位效应物同调节部位结合效应物同调节部位结合酶构象酶构象改变改变活性改变。活性改变。精选课件精选课件精选课件特性：特性：1均寡聚酶均寡聚酶 2一般位于代谢途经的第一步反应，也称限速一

36、般位于代谢途经的第一步反应，也称限速反应。反应。3效应物（别构剂）一般都是小分子，与别构效应物（别构剂）一般都是小分子，与别构酶的结合是特异的酶的结合是特异的4别构酶促反应不遵循米氏方程别构酶促反应不遵循米氏方程5从动力特征看，正协同别构酶呈从动力特征看，正协同别构酶呈S形曲线形曲线6别构酶具协同效应别构酶具协同效应 协同效应协同效应指一个分子与酶结合后对第二个分指一个分子与酶结合后对第二个分子结合的影响。子结合的影响。精选课件 第一个酶（有活性）第一个酶（无活性）终产物终产物（调节物）结合在调节中心精选课件反反馈馈抑抑制制的的类类型型精选课件 已知已知别构酶别构酶的结构特点：的结构特点：有多

37、个亚基、有四级结构；有多个亚基、有四级结构；除了有可以结合底物的酶的活除了有可以结合底物的酶的活性中心之外，还有可以结合调性中心之外，还有可以结合调节物的别构中心，而且，这两节物的别构中心，而且，这两个中心位于酶蛋白的不同部位个中心位于酶蛋白的不同部位上上,或处在不同的亚基上（如或处在不同的亚基上（如ATCaseATCase），或处在同一个亚基），或处在同一个亚基的不同部位上。的不同部位上。精选课件 别构酶调节酶活性的机理别构酶调节酶活性的机理n 续变模型也称续变模型也称KNFKNF模型模型 这种假说主张酶分子中的亚基结合小分子物质（底这种假说主张酶分子中的亚基结合小分子物质（底物或调节物）后

38、，亚基构象逐个地依次变化，因此亚基有物或调节物）后，亚基构象逐个地依次变化，因此亚基有各种可能的构象状态。各种可能的构象状态。SSSSSSSSSSSSSS亚基全部处亚基全部处于于“关关”型型亚基全部处亚基全部处于于“开开”型型 按次序变化按次序变化精选课件 齐变模型或对称模型齐变模型或对称模型 T状态 R状态 主张所有别构酶的所有亚基，或者全部成不利于结合底物的主张所有别构酶的所有亚基，或者全部成不利于结合底物的T T状态，或者全部是有利于结合底物的状态，或者全部是有利于结合底物的R R状态，这两种状态间的状态，这两种状态间的转变对于每个亚基都是同时的、齐步发生的。转变对于每个亚基都是同时的、

39、齐步发生的。精选课件别构调节动力学别构调节动力学n 大部分变构酶的初速度大部分变构酶的初速度-底物浓度的关底物浓度的关系不符合典型的米氏方程，即不是简单的系不符合典型的米氏方程，即不是简单的双曲线，而是呈双曲线，而是呈S S型的型的v-Sv-S曲线。曲线。精选课件n这种这种S S型的反应体现为当底物浓度发生较小变化时，型的反应体现为当底物浓度发生较小变化时，别构酶可以极大程度的控制着反应速度，这就是别构酶可以极大程度的控制着反应速度，这就是别构酶可以灵敏地调节酶反应速度的原因所在，别构酶可以灵敏地调节酶反应速度的原因所在，即即正协同效应使得酶的反应速度对底物浓度的变正协同效应使得酶的反应速度对

40、底物浓度的变化极为敏感化极为敏感n另有一类具有负协同效应的酶，在这种曲线中，另有一类具有负协同效应的酶，在这种曲线中，在底物浓度较低的范围内酶活力上升很快，但继在底物浓度较低的范围内酶活力上升很快，但继续下去，底物浓度虽有较大提高，但反应速度升续下去，底物浓度虽有较大提高，但反应速度升高却较小，也就是说高却较小，也就是说负协同效应可以使酶的反应负协同效应可以使酶的反应速度对外界环境中底物浓度的变化不敏感速度对外界环境中底物浓度的变化不敏感精选课件正负协同效应的区别正负协同效应的区别正协同正协同效应效应负协同负协同效应效应精选课件nKoshland Koshland 等人建议，用以下比例式定量的

41、判断与区分三类等人建议，用以下比例式定量的判断与区分三类酶：酶：Rs=Rs=典型的米氏类型的酶典型的米氏类型的酶 Rs=81Rs=81 具有正协同效应的别构酶具有正协同效应的别构酶 Rs81Rs81 Rs81 酶与底物（或配基）结合达酶与底物（或配基）结合达90%饱和度时的底物（或配基）浓度饱和度时的底物（或配基）浓度酶与底物（或配基）结合达酶与底物（或配基）结合达10%饱和度时的底物（或配基）浓度饱和度时的底物（或配基）浓度精选课件 别构酶举例别构酶举例n大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶，简称大肠杆菌的天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCaseATCase（aspartate transcarbamo

42、ylaseaspartate transcarbamoylase）它是嘧啶核苷酸生物它是嘧啶核苷酸生物合成合成CTP-CTP-多酶体系反应序列中的第一个酶多酶体系反应序列中的第一个酶n其正常底物为天冬氨酸及氨甲酰磷酸其正常底物为天冬氨酸及氨甲酰磷酸n它受它受CTPCTP的反馈抑制，的反馈抑制，CTPCTP是其负调节物，其正调节物是是其负调节物，其正调节物是ATPATPn它所催化的反应如下：它所催化的反应如下：氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 +天冬氨酸天冬氨酸 氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸 UMP UTP CTP UMP UTP CTP 精选课件精选课件n CTP CTP在不影响酶的在不影响酶的VmaxV

43、max的情况下通过的情况下通过降低降低酶与底物的酶与底物的亲和性来抑制亲和性来抑制ATCaseATCase；ATPATP则相反，它则相反，它增强增强酶与底物的亲酶与底物的亲和性，也不影响其和性，也不影响其VmaxVmax。n这种调节的生物学意义是：这种调节的生物学意义是：ATPATP作为信号表明有能量供作为信号表明有能量供DNADNA复制使用并引发需求嘧复制使用并引发需求嘧啶核苷酸的生物合成；啶核苷酸的生物合成；CTPCTP则保证在嘧啶核苷酸已丰足时，则保证在嘧啶核苷酸已丰足时，不再进行不必要的氨甲酰天冬氨酸及其他后续中间物的不再进行不必要的氨甲酰天冬氨酸及其他后续中间物的合成。合成。n AT

44、CaseATCase由由C C、R R亚基亚基组成：组成：C C亚基可与底物作用，有活亚基可与底物作用，有活性中心，但活性中心对调节分子性中心，但活性中心对调节分子CTPCTP及及ATPATP没有反应；没有反应；R R亚亚基上有可以结合基上有可以结合CTPCTP及及ATPATP的别构中心，但无催化活性。的别构中心，但无催化活性。精选课件nATCase的三维结构的三维结构汞化物汞化物巯基乙醇巯基乙醇+完整的酶分子完整的酶分子（活性形式）（活性形式）催化亚基催化亚基（三聚体）（三聚体）调节亚基调节亚基（二聚体）（二聚体）C R 精选课件精选课件6 6、多酶复合物（多酶系统）多酶复合物（多酶系统）在

45、一个代谢途径中，有许多彼次偶联、并按在一个代谢途径中，有许多彼次偶联、并按照一定顺序进行的化学反应由不同的酶所催化，照一定顺序进行的化学反应由不同的酶所催化，为了使这些反应能更有效地偶联，催化这些反应为了使这些反应能更有效地偶联，催化这些反应的许多酶按照一定的排布方式构成多酶复合体。的许多酶按照一定的排布方式构成多酶复合体。多酶系统多酶系统有两方面意义：有两方面意义：n 调节功能调节功能n 活性中心邻近化而提高催化效率活性中心邻近化而提高催化效率精选课件丙酮酸脱氢酶复合物丙酮酸脱氢酶复合物三种酶形成复合物三种酶形成复合物精选课件 7 7、通过聚合（结合）解离进行的调节、通过聚合（结合）解离进行

46、的调节 寡聚酶聚合（结合）解离对酶活性的调节作用寡聚酶聚合（结合）解离对酶活性的调节作用 例如：（乙酰例如：（乙酰CoACoA羧化酶）羧化酶）无活性“单体”有活性“多聚体”磷酸盐、柠檬酸盐丙二酰CoA、软脂酰CoA精选课件同工酶（同工酶（isoenzyme or isozyme）一一 概念概念指催化相同的化学反应，但其酶蛋白的指催化相同的化学反应，但其酶蛋白的分子结构组成不同的一种酶。分子结构组成不同的一种酶。是由不同基因或等位基因编码的多肽链，是由不同基因或等位基因编码的多肽链，or由同一基因生成的不同由同一基因生成的不同mRNA产生产生的多链肽组成的蛋白质。的多链肽组成的蛋白质。精选课件精

47、选课件二二 结构与功能结构与功能 结构主要表现：结构主要表现：1.酶的非活性中心部分不同或所含亚基组合情况酶的非活性中心部分不同或所含亚基组合情况不同不同2酶的活性中心相同或极为相似。酶的活性中心相同或极为相似。三三 研究同工酶的意义研究同工酶的意义 1 同工酶具有组织器官特异性和细胞部位特异性。同工酶具有组织器官特异性和细胞部位特异性。2为细胞分化、生态、遗传等的研究提供了分为细胞分化、生态、遗传等的研究提供了分子基础子基础3 同工酶的研究对生产和医疗实践有指导意义如同工酶的研究对生产和医疗实践有指导意义如农业上用于预测杂种优势。农业上用于预测杂种优势。精选课件精选课件n作业：作业：1.列表

48、对比无抑制剂、竞争性抑制剂、反竞列表对比无抑制剂、竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂的米氏方程、争性抑制剂、非竞争性抑制剂的米氏方程、Vmax、Km的变化。并作出各自的的变化。并作出各自的V-S、1/V-1/S图，标出重要的坐标。图，标出重要的坐标。2.在含有相同酶浓度的五个反应物系中，分在含有相同酶浓度的五个反应物系中，分别加入不同浓度的底物并测定其初始速度，别加入不同浓度的底物并测定其初始速度，然后再在同样五个反应物系中分别加入浓度然后再在同样五个反应物系中分别加入浓度为为2.2 10-1mmol/L的抑制剂，并测其初始的抑制剂，并测其初始的反应速率，其数据见下表。的反应速率，其数据见下表。精选课件底物初始浓度（底物初始浓度（S）mmol/L 无 抑 制 时 速 率无 抑 制 时 速 率(Vs)mmol/L min有 抑 制 时 速 率有 抑 制 时 速 率(Vi)mmol/L L min0.128180.1536240.2043300.5063510.707463试根据上述数据决定其抑制类型及动力学参试根据上述数据决定其抑制类型及动力学参数值。数值。