【導(dǎo)讀】酶是一類具有高效率、高度專一性、活性可調(diào)節(jié)的高分子生物催化劑。1957巴斯德提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動(dòng)的結(jié)果。1分子Glc→2分子乙醇+2分子CO2從Glc開始，經(jīng)過12種酶催化，12步反應(yīng)，生成乙醇。1897Buchner兄弟證明發(fā)酵與細(xì)胞的活動(dòng)無關(guān)，不含細(xì)胞的酵母汁也能進(jìn)行乙醇發(fā)酵。1913Michaelis和Menten提出米氏學(xué)說—酶促動(dòng)力學(xué)原理。1926Sumner首次從刀豆中提出脲酶結(jié)晶，并證明具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。1969化學(xué)合成核糖核酸酶。1967-1970從中發(fā)現(xiàn)第I、第II類限制性核酸內(nèi)切酶。1986Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲細(xì)胞大核期間26SrRNA前體具有自我剪接功能。沒有酶，生長、發(fā)育、運(yùn)動(dòng)等等生命活動(dòng)就無法繼續(xù)。酶對反應(yīng)的底物和產(chǎn)物都有極高的專一性，幾乎沒有副反應(yīng)發(fā)生。溫度低于100℃，正常大氣壓，中性pH環(huán)境。③降低反應(yīng)活化能。酶的專一性由酶蛋白的結(jié)構(gòu)決定，輔助因子傳遞電子或某些化學(xué)基團(tuán)。此某些調(diào)節(jié)因子可以比較特異地影響某細(xì)胞組分中的酶活性，而不使其它組分中的酶受影響。

　　

【正文】 與底物的化學(xué)轉(zhuǎn)變，此類 殘基的一個(gè)或幾個(gè)原子與底物分子中一個(gè)或幾個(gè)原子的距離都在一個(gè)鍵距離之內(nèi)（ ）。 它們的側(cè)鏈起與底物結(jié)合作用的稱為結(jié)合基團(tuán)，起催化作用的稱為催化基團(tuán)。 （ 2）輔助殘基 它不與底物接觸，而是在使酶與底物結(jié)合及協(xié)助接觸殘基發(fā)揮作用方面起作用。 上述兩類殘基構(gòu)成酶活性中心。 （ 3）結(jié)構(gòu)殘基 在維持酶分子正常三維構(gòu)象方面起重要作用，它 們與酶活性相關(guān)，但不在酶活性中心范圍內(nèi)，屬于酶活性中心以外的必需殘基 上述三類殘基統(tǒng)稱酶的必需基團(tuán)，若被其它 取代，往往造成酶失活。 （ 4）非貢獻(xiàn)殘基（非必需基團(tuán)） 它們對酶活性的顯示不起作用，可由其它 代替，且在酶分子中占很大比例。 它們可能在免疫，酶活性調(diào)節(jié)，運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，防止降解等方面起作用。 結(jié)合底物作用（結(jié)合殘基） ３１ 接觸殘基 活性中心 催化作用（催化基團(tuán)） 必需基團(tuán) 輔助殘基 活性中心外（結(jié)構(gòu)殘基） 酶蛋白 非必需基團(tuán) 活性中心區(qū)域的一級結(jié)構(gòu) 由于一些酶的活性中心一級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與催化機(jī)理極其相似，可把它們歸為一族。 蛋白水解酶就有幾個(gè)族： （ 1）絲氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶、胰乳蛋白酶、彈性蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶等） （ 2）鋅蛋白酶（羧肽酶等） （ 3）巰基蛋白酶（木瓜蛋 白酶等） （ 4）羧基蛋白酶（胃蛋白酶等） 在同一族酶中，活性中心一級結(jié)構(gòu)的 順序極相似。 酶 順序 胰蛋白酶（牛） AspSerCysGlnGlyAspSerGlyGlyProValValCysSerGlyLys 胰凝乳蛋白酶（牛） SerSerCysMetGlyAspSerGlyGlyProLeuValCysLys LysAsn 彈性蛋白酶（豬） SerGlyCysGlnGlyAspSerGlyGlyProLeuHisCysLeuValAsn 凝血酶（牛） ? AspAlaCysGluGlyAspSerGlyGlyProPheValMetLysSerPro 這 4 個(gè)源于哺乳動(dòng)物的酶活性中心，都含有一個(gè)包括 Ser 在內(nèi)的完全相同的六肽： ? GlyAspSerGlyGlyPro? ? 同源的趨異進(jìn)化 來自胰臟的胰凝乳蛋白酶（ Phe、 Tyr、 Trp、 ）、胰蛋白酶（ Lys、 Arg ）和彈性蛋白酶（疏水殘基），活性中心 Ser 附近的 順序相同，且分子一級結(jié)構(gòu)中有 40% 順序相同，三維結(jié)構(gòu)也相同，表明它們起源于共同的祖先，但是它們的底物專一性不同。 這種來源于共同祖先，經(jīng)基因突變而得出不同專一性的結(jié)果稱為同源的趨異進(jìn)化。 ? 異源的趨同進(jìn)化 來自枯草桿菌的 Ser 蛋白酶的結(jié)構(gòu)與上述三種酶很不同，且活性中心 Ser 附近的 （ GlyThrSerMetAlaSer）。 電荷中繼網(wǎng)的位置也不同： Asp102His57Ser195（胰凝乳 蛋白酶和彈性蛋白酶） Asp32His64Ser221（枯草桿菌蛋白酶） 這表明枯草桿菌蛋白酶與胰凝乳蛋白酶等三個(gè)酶來源不同，但它們的電荷中繼網(wǎng)相同，功能相同，這種情況稱異源的趨同進(jìn)化。 判斷和研究活性中心的主要方法 （ 1）通過酶的專一性（ 2）酶的化學(xué)修飾法（ 3）親合標(biāo)記法（ 4） X 射線晶體衍射法 ３２ （二） 酶作用機(jī)理舉例 胰凝乳蛋白酶的作用機(jī)理： （ 1）、 專一性 圖 該酶需要底物有一個(gè)疏水基團(tuán)結(jié)合于酶上的疏水部位，這個(gè)結(jié)合起定位作用，使底物敏感鍵對準(zhǔn)酶的催化基團(tuán)。 疏水定位基團(tuán)： Phe、 Tyr、 Trp （ 2）、 催化機(jī)理 ① 活性中心： Ser195— His57— Asp102，三者構(gòu)成一個(gè)氫鍵體系， His57 的咪唑基是 Ser195 的羥基和 Asp102 的羧基之間的橋梁，這個(gè)氫鍵體系稱為電荷中繼網(wǎng)（ harge relay work）。通過電荷中繼網(wǎng)，進(jìn)行酸堿催化及共價(jià)催化。 Ser195 由于 His57 和 Asp102 的影響而成為很強(qiáng)的親核基團(tuán)，它是活性中心的底物結(jié)合部位， His57是活性中心的催化部位。 Ｐ P285 圖 427， P287 圖 430 胰凝乳蛋白酶中的電荷中繼網(wǎng) ② 胰凝乳蛋白酶對多肽的水解過 程 P288 圖 4— 31 胰凝乳蛋白酶對多肽的水解過程 第一階段 ?；? Ser195OH 中的氧攻擊肽鍵的羰基碳，形成四聯(lián)體過渡態(tài)（ Ser195—OH、底物的酰基、底物的氨基、 His 的咪唑），敏感肽鍵斷裂，底物中的胺成分通過氫鍵與酶的 His57 咪唑基相連，底物的羧基部分酯化到 Ser195 的羥基上。 第二階段 脫酰 電荷中繼網(wǎng)從水中吸收一個(gè)質(zhì)子，結(jié)果產(chǎn)生的 OH攻擊連在 Ser195上底物的羧基碳原子，形成四聯(lián)體過渡態(tài)，然后 His57 供出一個(gè)質(zhì)子給 Ser195 上的氧原子，結(jié)果底物中 的酸成分從 Ser195 上釋放。 除胰凝乳蛋白酶外，在催化中具有 AspHisSer 電荷中繼網(wǎng)的還有胰蛋白酶，彈性蛋白酶，枯草桿菌蛋白酶等，但它們的底物結(jié)合部位不同，底物專一性也不同。 P288 圖 432 三種胰臟中的蛋白酶的底物結(jié)合部位 ３３ 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 彈性蛋白酶 可供芳香環(huán)及大 可供帶電荷的 只能讓 Ala 等小分子 的非極性側(cè)鏈伸入 Lys.、 Arg進(jìn)入 進(jìn)入 第五節(jié) 多酶體系與酶活性的調(diào)節(jié)控制 一、 多酶體系 （一） 多酶體 系及其分類 細(xì)胞中的許多酶，常常在一個(gè)連續(xù)的反應(yīng)鏈中起作用，前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個(gè)反應(yīng)的底物。 多酶體系： multienzyme system在完整細(xì)胞內(nèi)的某一代謝途徑中，由幾個(gè)酶形成的反應(yīng)鏈體系。 可分為三種類型：可溶性的（分散性的），結(jié)構(gòu)化的（多酶復(fù)合體），在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上有定位關(guān)系的（結(jié)構(gòu)化程度更高）。 P297 圖 4— 42（分散性的多酶體系） 圖 443 （多酶復(fù)合體） （二） 多酶體系的自我調(diào)節(jié) （ 1）大部分具有自我調(diào)節(jié)能力的多酶體系，第一步反應(yīng)就是限速步驟，它控制著全部反應(yīng)序列的總速度。 （ 2）反饋抑制與底物激活 催化第一步反應(yīng)的酶，大多都是別構(gòu)酶，能被全部反應(yīng)序列的最終產(chǎn)物所抑制，有時(shí)則是反應(yīng)序列分叉處的酶受到最終產(chǎn)物的抑制，稱為反饋抑制；有的被底物激活 P299 圖 445 反饋抑制與底物激活 正調(diào)節(jié)物：一般是別構(gòu)酶的底物，可以激活別構(gòu)酶。 負(fù)調(diào)節(jié)物：可以抑制別構(gòu)酶，一般是代謝序列的最終產(chǎn)物。 通過多酶體系的自我調(diào)節(jié)（反饋抑制和底物激活），可使代謝過程得以協(xié)調(diào)地、有條不紊地合理進(jìn)行。 下面討論具體到每個(gè)酶是怎樣調(diào)節(jié)的 二、 酶活性的調(diào)節(jié)控制和調(diào)節(jié)酶 調(diào)節(jié)酶：活性可被調(diào)節(jié)的酶，主要是別構(gòu)酶和共 價(jià)調(diào)節(jié)酶。 （一） 別構(gòu)效應(yīng)的調(diào)控 別構(gòu)效應(yīng)：調(diào)節(jié)物（效應(yīng)物）與別構(gòu)酶分子中的別構(gòu)中心（調(diào)節(jié)中心）結(jié)合后，誘導(dǎo)產(chǎn)生或穩(wěn) ３４ 定住酶分子的某種構(gòu)象，使酶活性中心對底物的結(jié)合催化作用受到影響，從而調(diào)節(jié)酶促反應(yīng)的速度。 （ 1）、 別構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì) （ 1） 已知的別構(gòu)酶都是寡聚酶，含有兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基 （ 2） 具有活性中心和別構(gòu)中心（調(diào)節(jié)中心），活性中心負(fù)責(zé)底物結(jié)合和催化，別構(gòu)中心負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速度?；钚灾行暮蛣e構(gòu)中心處在不同的亞基上或同一亞基的不同部位上。 （ 3） 多數(shù)別構(gòu)酶不止一個(gè)活性中心，活性中心間有同種效應(yīng)，底物就是調(diào)節(jié)物：有的別構(gòu)酶不止一個(gè)別構(gòu) 中心，可以接受不同的代謝物的調(diào)節(jié)。 （ 4） 別構(gòu)酶由于同位效應(yīng)和別構(gòu)效應(yīng)，不遵循米式方程，動(dòng)力學(xué)曲線也不是典型的雙曲線型，而是 S 型（同位效應(yīng)為正協(xié)同效應(yīng)）和壓低的近雙曲線（同位效應(yīng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)）。 （ 2）、 別構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)曲線 ① 同位效應(yīng)為正協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶是 S 型曲線 P303 圖 446 447 這種 S 形曲線體現(xiàn)為，當(dāng)?shù)孜餄舛劝l(fā)生較小變化時(shí)，別構(gòu)酶可以極大程度地控制反應(yīng)速度，這是別構(gòu)酶可以靈活地調(diào)節(jié)反應(yīng)速度的原因。 米氏酶： [S][S]=81 別構(gòu)酶： [S][S]=3 表明當(dāng)?shù)孜餄舛?發(fā)生較小變化時(shí)，如上升 3 倍，別構(gòu)酶的酶促反應(yīng)速度可以從 升至 。 當(dāng)增加正調(diào)節(jié)物濃度時(shí) Km減小，親和力增大，協(xié)同性減?。寒?dāng)增加負(fù)調(diào)節(jié)物的濃度時(shí) Km增加，親和力減小，協(xié)同性增大（對底物濃度的反應(yīng)靈敏度增加）。 ② 同位效應(yīng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)的別構(gòu)酶是近似雙曲線 P304 圖 448 負(fù)協(xié)同效應(yīng)時(shí)酶的反應(yīng)速度對底物濃度的變化不敏感 （ 3）、 別構(gòu)酶調(diào)節(jié)活性的機(jī)理 ① 序變模型： 酶分子中亞基結(jié)合底物后，構(gòu)象逐個(gè)地依次變化。 ② 齊變模型： （ 4）、 別構(gòu)酶的鑒定 ① S 型曲線是必要但不充分條件 ② 脫敏作用 ③ [S]／ [S] Rs=81 米氏酶 ３５ Rs＜ 81 正協(xié)同 Rs＞ 81 負(fù)協(xié)同 ④ Hill 系數(shù)法 （二） 可逆共價(jià)修飾的調(diào)控（共價(jià)調(diào)節(jié)酶） 共價(jià)調(diào)節(jié)酶：酶分子被其它的酶催化進(jìn)行共價(jià)修飾，從而在活性形式與非活性形式之間相互轉(zhuǎn)變。 舉例：糖原磷酸化酶 P313 圖 457 信號的級聯(lián)放大： 1 分子磷酸化酶激酶，活化生成幾千個(gè)磷酶化酶 a 1 分子磷酸化酶 a，催化生成幾千個(gè) 1PG 共價(jià)調(diào)節(jié)酶的兩種常見類型 ①磷酸化 去磷酸化 OH ATP ②腺苷酰化 脫腺苷?；? 腺苷?；?ATP 提供 （三） 酶原的激活 具有不可逆性。屬于此類的有消化系統(tǒng)中的酶（胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋白酶）和血液凝固系統(tǒng)中的酶。 （ 1）、 胰凝乳蛋白酶原的激活（由胰蛋白酶激活） P314 圖 458 （ 2）、 胰蛋白酶對胰臟蛋白酶原的激活 腸激酶 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶原 彈性蛋白酶原 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 彈性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 ３６ （四） 專一性調(diào)控蛋白（調(diào)控因子）對酶活性的調(diào)節(jié)控制 鈣調(diào)蛋白、激素結(jié)合蛋白，促進(jìn)或抑制特異的酶活性 第六節(jié) 酶與抗體 —— 抗體酶 abzyme(antibody enzyme) 參閱 P293 又稱催化性抗體（ catalytic antibody），是一種具有催化功能的抗體分子。 過渡態(tài)理論：酶與底物不是在基態(tài)，而是在過渡態(tài)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，親和力最強(qiáng)，釋放出的結(jié)合能使過渡態(tài)結(jié)合物能級降低，利于反應(yīng)物分子越過能壘，加速反應(yīng)。 而抗體與抗原是基 態(tài)結(jié)合。 第七節(jié) 同工酶、誘導(dǎo)酶 同工酶 能催化同一種化學(xué)反應(yīng)，但其酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)不同的一組酶，存在于生物的同一種屬或同一個(gè)體的不同組織中，甚至同一組織、同一細(xì)胞中。 哺乳動(dòng)物乳酸脫氫酶有 5 種 CH3CHOHCOO+NAD+ LDH CH3COCOO+NADH+H+ 均由 4 個(gè)亞基組成 HHHH 在心肌中占優(yōu)勢 HHHM HHMM HMMM MMMM 在骨骼肌中占優(yōu)勢 誘導(dǎo)酶 酶可相對地區(qū)分為結(jié)構(gòu)酶和誘導(dǎo)酶。 結(jié)構(gòu)酶：指正常細(xì)胞內(nèi)存在的酶，它的含量較穩(wěn)定，受外界因素影響很小。 誘 導(dǎo)酶：在正常細(xì)胞中含量極少或沒有，當(dāng)細(xì)胞中加入特定誘導(dǎo)物后，誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶，含量在誘導(dǎo)物存在下顯著增高，誘導(dǎo)物往往是該酶的底物或底物類似物。 如：大腸桿菌中的β 半乳糖苷酶 在含 Glc 的培養(yǎng)基中 在只含乳糖的培養(yǎng)基中： Glcβ (1→ 4)Gal 苷 ３７ 第八節(jié) 酶工程 計(jì)劃： 8 學(xué)時(shí) 第五章 維生素與輔酶 3 學(xué)時(shí) 定義： 維持生物正常生命過程必需的一類小分子有機(jī)化合物，它在生物體內(nèi)含量極少，大多數(shù)由食物供給，人體自身不能合成它們。 脂溶性： A、 D、 E、 K，單獨(dú)具有生理功能。 水溶性： B B B B1 C 等，輔