生物化学I第9章 酶促反应动力学—第10章 酶的作用机制和酶的调节[可修改版ppt]
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第十章酶的作用机制和酶的调节提要酶的活性部位对于不需要辅酶的酶来说,就是指酶分子中在三维结构上比较靠近的几个氨基酸残基负责与底物的结合与催化作用的部位,对于需要辅酶的酶来说,辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构,往往也是酶活性部位的组成部分。
酶活性部位有6个共同特点。
研究酶活性部位的方法有:酶分子侧链基团的化学修饰法,动力学参数测定法,X射线晶体结构分析法和定点诱变法,这些方法可互相配合以判断某个酶的活性部位。
酶是催化效率很高的生物催化剂,这是由酶分子的特殊结构所决定的。
经研究与酶催化效率的有关因素有7个,即底物和酶的邻近效应与定向效应,底物的形变与诱导契合,酸碱催化,共价催化,金属离子催化,多元催化和协同效应,活性部位微环境的影响。
但这些因素不是同时在一个酶中其作用,也不是一种因素在所有的酶中起作用,对于某一种酶来说,可能分别主要受一种或几种因素的影响。
研究酶催化的反应机制,始终是酶学研究的一个重点,通过大量的研究工作,已经对一些酶的作用机制有深入了解,该章对溶解酶、胰核糖核酸酶A、羧肽酶A、丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等的催化作用机制进行了详尽的讨论。
酶活性是受各种因素调节控制的,除了在第8章中已介绍的几种因素外,主要还有①别构调节,例如ATCase。
②酶原的激活,如消化系统蛋白酶原的激活及凝血系统酶原的激活。
③可逆共价修饰调控,如蛋白质的磷酸化,一系列蛋白激酶的作用。
通过以上作用,使酶能在准确的时间和正确的地点表现出它们的活性。
别构酶一般都是寡聚酶,有催化部位和调节部位,别构酶往往催化多酶体系的第一步反应,受反应序列的终产物抑制,终产物与别构酶的调节部位相结合,由此调节多酶体系的反应速率。
别构酶有协同效应,[S]对υ的动力学曲线呈S形曲线(正协同)或表现双曲线(负协同),两者均不符合米氏方程。
ATCase作为别构酶的典型代表,已经测定了其三维结构,详细研究了别构机制和催化作用机制。
为了解释别构酶协同效应的机制,有两种分子模型受到人们重视,即协同模型和序变模型。
第10章酶的作用机制和酶的调节第10章酶的作用机制和酶的调节教学目的:掌握酶的活性部位结构与功能、酶活性的别构调节、酶原激活,了解酶高效性原因教学重点:酶活性部位的结构与功能及酶的活性的别构调节教学难点:酶活性的别构调节教学方法:多媒体教学内容:一、酶的活性部位及确定方法(一)酶活性部位概念及特点1、酶的活性中心(活性部位):指酶分子中的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定空间结构的微小区域。
酶活性中心的基团,按其功能可分为结合基团和催化基团。
活性中心的基团都是维持酶活性的必需基团,2、酶活性部位的共同点:(1)酶活性部位仅占酶体积的很小一部分,通常只占整个酶分子体积的1~2%,酶分子是大分子物质,由很多氨基酸构成,而活性部位仅由几个氨基酸残基组成催化部位一般由2~3个氨基酸残基组成。
结合部位氨基酸残基数目,不同的酶有所不同。
可能是一个,也可能是多个。
(2)酶的活性部位具有三维结构,构成酶活性中心的基团,可位于同一条肽链上,也可位于不同的肽链上,在一级结构上可能相距甚远,但在空间结构上位置必须相互靠近;酶的空间结构受物理或化学因素影响时,酶的活性部位可能会遭破坏,酶会失活。
(3)活性中心的结合基团与底物专一性结合,这需要活性部位的基团精确排列。
活性部位具有一定的柔韧性,活性部位的结构并不是与底物的结构正好互补。
在酶与底物结合过程中,酶活性中心的构象在底物的诱导下可发生形变,然后嵌合互补形成中间产物,而底物在酶活性中心的诱导下也可发生形变,变的易与酶结合,有时是两者的构象同时发生变化后才互补契合(诱导契合学说)。
(4)酶活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内,底物分子或底物分子的一部分结合到裂缝中,裂缝内的非极性基团较多,形成一个疏水环境,提高与底物的结合能力,也有极性的氨基酸残基,以便与底物结合并催化底物发生反应。
(5)底物通过较弱的次级键与酶结合。
组成酶活性中心的氨基酸残基,常见的有:组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、半胱氨酸和酪氨酸3、研究酶活性部位的方法(1)共价修饰(2)亲和标记法(3)切除法(4)X射线晶体结构分析法二、酶促反应机制(一)基元催化的分子机制:酶的催化作用包括若干基元催化。