C-酶的催化活性和调节机制-2.ppt
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1、酶的催化活性和调节机制(2),3.6 酶促反应动力学,3.6.1 酶与底物之间的作用 酶的中间产物理论 酶分子(E)表面与底物(S)结合形成不稳定中间产物即酶-底物复合物(ES),它较底物需要较少的活化能就可继续反应,分解成产物(P)并释放酶。因此,ES 浓度决定着整个酶促反应速度。,3.6.1 酶与底物之间的作用,米氏方程 当 Km= S 时,则 v = 1/2 Vmax ,即当酶促反应速度达到其最大反应速度的一半时,Km值即为此时的底物浓度,其单位是 mol/L。 当 Km远大于 S 时,分母S不计,则v = Vmax S/Km,初速度与底物浓度呈一级反应。 当 Km远小于 S 时, Km
2、不计,则v = Vmax,初速度与底物浓度呈零级反应。,3.6.1 酶与底物之间的作用,3.6.1 酶与底物之间的作用,米氏常数(Km)的特性 Km与酶的性质有关,与酶浓度无关; Km最小的底物为该酶的最适底物; Km值与温度、pH等环境因素相关; 1/Km近似表示对底物亲和性大小; K3K1和K2时,KmKs Km随不同底物而异(酶专一性判断指标),米氏方程求解方法,Lineweaver-Burk法 (双倒数法) 横轴截距为-1/Km,纵轴截距 1/Vmax,斜率Km/ Vmax。 缺点:点过分集中在直线左下 方,而低浓度S点因倒数后误 差较大,偏离直线,影响结果。,米氏方程求解方法,Han
3、es-Woolf法 横轴截距为-Km,纵轴截 距Km /Vmax,斜率1/ Vmax。,米氏方程求解方法,Woolf-Hofstee法,以vv/S作图, 得一直线。横轴截距为Vmax /Km,纵轴截距Vmax, 斜率 -Km,3.6.2 单底物较复杂的酶反应,多种活性中间产物 底物的抑制:酶分子上有两个底物结合位点,一为高亲和性,另一个为低亲和性。当其完全被底物占据时会抑制高亲和性位点的结合作用,使酶促反应速度降低,如果糖二磷酸酶。 多个活性部位:有多个亚基、多个活性中心,其动力学实验常很复杂,不符合米氏方程。,3.6.3 pH影响下酶促反应动力学,pH对酶构象的影响即对其解离基团的影响,就是
4、H+和解离基团间的结合与解离的变化过程,3.6.4 酶的抑制动力学,(1)不可逆抑制:抑制剂与酶分子中的必要基团发生共价结合,使酶失活。 按其选择性差异,不可逆抑制剂分: 专一性:仅与活性部位有关的基团反应; 非专一性:可与几类基团反应。如有机磷、砷、重金属(Ag、Pb、Hg)、氰化物 (沙林毒气)、CO及青霉素等。,3.6.4 酶的抑制动力学,(2)可逆抑制: 竞争性抑制:,加入 I 后,Vmax不变,Km变大(KmKm),I与S结构相似, 但E不能同时与S和I结合,3.6.4 酶的抑制动力学,(2)可逆抑制: 非竞争性抑制:,加入 I 后,Vmax变小,Km不变(Km=Km),3.6.4
5、酶的抑制动力学,(2)可逆抑制: 反竞争性抑制:,加入 I 后, Km 和Vmax都变小,且KmKm , Vmax Vmax,3.6.5 双底物酶促反应动力学,顺序有序反应 (如NAD+或NADP+的脱氢酶) A B P Q E E EA EAB EPQ EQ 顺序随机反应 (如肌酸激酶使肌酸磷酸化反应) 乒乓反应或双-置换反应 (如氨基酸转移酶) A P B Q E E EA FP F FB EQ,四、酶的调节作用,生命现象调节和控制层次: 整体水平调控:神经系统和激素; 器官、组织和细胞水平调控:体液; 分子水平调控:酶为中心的调控。 酶分子的调控方式:环境因素调控、别构调控、共价调控、酶
6、原激活调控、分子聚合调控。,4.1 酶自身活性的调控,4.1.1 环境因素调控 环境因素改变使酶构象稳定的力的平衡; 环境因素的种类:pH 、温度、金属离子、有机溶剂等; 例如溶菌酶:在细胞内合成后即具有完整的空间结构,但细胞内pH值约为中性,酶的活力很低,当溶菌酶分泌到细胞外偏酸性环境中pH 5时,溶菌酶的活性显著提高。,4.1.2 别构酶的调控,别构酶的特点:一般有多个亚基, 分子量大,结构复杂。有负责调节的别构中心和负责催化的活性中心。两中心位于不同亚基, 或同一亚基的不同部位。 别构效应:调节物或效应物与别构中心结合后,诱导或稳定酶分子的某构象,使酶催化中心的催化作用受到调节,从而调节
7、酶反应速度和代谢过程。 同促效应:酶分子上有两个以上底物结合中心,通过酶上结合底物分子数量而调节其活性。 异促效应:通过非底物分子的结合调节其活性。,4.1.2 别构酶的调控,别构酶的动力学特征:不遵循米氏动力学方程,具有正协同效应和负协同效应。 故有米氏活力酶、负协同效应酶和正协同效应酶的区分(Koshland规则),Rs 为协同指数,n代表协同系数(Hill系数)。Rs=81:米氏方程; Rs 81:正协同; Rs 81:负协同。,4.1.2 别构酶的调控,别构酶机理模型 MWC模型(齐变模型):1965年Monod, Wyman和Changeux提出。,无RT混合态,4.1.2 别构酶的
8、调控,别构酶机理模型 KNF模型(序变模型):1966年Koshland, Nemethy 和Filmer提出,无RT平衡态,存在RT混合态,4.1.2 别构酶的调控,研究得较为清楚的别构酶是E. coli. 天冬氨酸转氨甲酰酶(ATCase), 它催化下列反应: 这个反应是合成CTP的第一步, 它受终产物CTP反馈抑制, 而被ATP激活。酶反应速度与底物浓度的关系曲线为S型, 说明底物有正协同性。加入负效应物CTP,活力降低, S型更明显。加入正效应物ATP, 活力升高, S型趋势变小,接近双曲线。 大多数别构酶均有这种S型曲线。,4.1.2 别构酶的调控,别构酶用加热、化学试剂或其它方法处
9、理后,它仍具有活力,但丧失了酶的调节性质。 如ATC酶经过温和的化学处理, 如用对羟基汞苯甲酸(PCMB)处理可解聚为两个催化亚基(为三聚体)和 3个调节亚基(为二聚体)。催化亚基仍有催化活力, 但不再受效应物影响, 调节亚基无催化活力, 但仍能结合效应物。更剧烈的处理, 如用SDS处理, 则催化亚基和调节亚基都各解聚成6个单体。,4.1.2 别构酶的调控,ATC酶受CTP抑制的生物学意义是避免合成过多的CTP, 而受ATP激活是为了保持嘌呤和嘧啶核苷酸合成的速度相称, 以满足合成核酸的需要。 别构酶在代谢调节中起着重要的作用。在合成代谢中催化第一步反应的酶或分支点的第一个酶往往是别构酶,以避
10、免形成一系列过多的中间体和终产物。在分解代谢途径中,则有一个或几个关键酶为别构酶。,4.1.2 别构酶的调控,如糖酵解途径中的磷酸果糖激酶是一个重要的调节酶,它受ATP抑制,而AMP可逆转 ATP的抑制作用。故当 ATPAMP比值降低时,也就是细胞内能荷降低时,糖酵解被促进,从而提供较多的能量。,4.1.3 共价调节酶,通过在酶蛋白某些氨基酸残基上增、减基团的办法调节酶的活性态与非活性态间的相互转化(可逆)。 有些酶存在两种形式,在其它酶的共价修饰后可以相互转变,如磷酸化酶催化下述反应: 磷酸化酶a: 不依赖AMP即有活性; Ser-14磷酸化; 磷酸化酶b: 依赖AMP才有活性; Ser-1
11、4无磷酸化。 b a 转变需Mg2+、ATP,4.1.3 共价调节酶,A. 共价调节酶的类型 磷酸化/去磷酸化 乙酰化/去乙酰化 腺苷酰化/去腺苷酰化 尿苷酰化/去尿苷酰化 甲基化/去甲基化 S-S/SH 糖基化 脂酰化,B. 常见共价调节酶,4.1.4 酶原的激活,酶原激活的特点: 不可逆的共价修饰调节; 在正常生理条件下,酶原不会过 早地在不适当的地方激活; 激活酶受抑制剂调控; 酶原的激活伴随着信号的放大。,4.1.4 酶原的激活,酶原激活常见的类型: A. 消化酶酶原的激活: 胃蛋白酶:从N端切除42个氨基酸,胃酸或胃蛋白酶; 胰蛋白酶:从N端切除6个氨基酸,肠激酶或胰蛋白酶; 糜蛋白
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- 催化 活性 调节 机制
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