当有Kcat抑制剂时,此抑制剂被催化生成连丙二烯结构,连丙二烯易与His咪唑反应,使酶失活。
★以FMN(黄素单核苷酸)、FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)为辅基的单胺氧化酶的Kcat型不可逆抑制剂;炔类化合物。
迫降灵是一种单胺氧化酶的自杀性底物,是治疗高血压的良药。 单胺氧化酶能氧化某些血管舒张剂(如组胺)
由于迫降灵能抑制单胺氧化酶,也就能抑制一些血管舒张剂(如组胺)的氧化,因而有降血压的作用。
竞争性抑制作用小结:
(1) Vmax不变,Km变大。要达到同一个给定的Vmax分数,必须要有比无抑制剂时大得多的底物浓度。
(2) 竞争性抑制剂对酶促反应的抑制程度,决定于'I'、'S'、Km和Ki
A。 'I'一定,增加'S',可减少抑制程度。
B。 'S'一定,增加'I',可增加抑制程度(Km’增加)。
C。 Ki值较低时,任何给定'I'和'S',抑制程度都较大,Ki越大,抑制作用越小。
D。 'I'=Ki时,所作双倒数图直线的斜率加倍。
E。 在一定'S'、'I'下,Km值愈低,抑制程度愈小。
有机介质中的酶促反应(只是一部分酶)传统观点:酶是水溶性生物大分子,只能在水介质中进行催化反应,有机介质会使酶变性。
其实在细胞中,许多生物膜上的酶就是在低极性的微环境中发挥催化功能的。
优点 ①利于疏水性底物的反应。
②可提高酶的热稳定性,提高催化温度。
③能催化在水中不能进行的反应。
④可改变反应平衡移动方向。
⑤可控制底物专一性。
⑥防止由水引起的副反应。
⑦可扩大pH值的适应性等等。
1、 有机介质中酶促反应的条件
(1)、 必需水(结合水) 酶催化活性所必需的构象,是由水分子直接或间接地通过氢键等非共价相互作用来维持的,因此只有与酶分子紧密结合的单层水分子,对酶的催化活性才是至关重要的。 这紧紧吸附在酶分子表面,维持酶催化活性所必需的最少量的水称为必需水(或结合水、束缚水)。 酶的活性由必需水决定,而与溶剂里的水含量无关,只要必需水不丢失,其它大部分水即使都被有机溶剂取代,酶仍然保持其催化活性。
因此,可把有机介质中酶促反应理解为宏观上是在有机介质中,而在微观上仍是水中的酶促反应。正因如此,才能使用有机介质代替水溶液,进行酶促反应。
(2)、 对酶的要求 具有对抗有机介质变性的经能力。
(3)、 合适的溶剂及反应体系
(4)、 合适的pH 保证有机介质中酶的微环境具有最适pH值。酶应从具有最适pH值的缓冲液中冻干或沉淀出来。
2、 有机介质对酶性质的影响
(1)、 稳定性 大多数酶在低水有机介质中比在水介质中更稳定。
a。 热稳定性提高 例如:猪胰脂肪酶在醇和酯中进行催化反应,在100℃半衰期长达12h,其活性比25℃时还高几倍
b。 储存稳定性提高 胰凝乳蛋白酶在20℃时,在水中半衰期只几天。在辛烷中,可放6个月,仍保持全部活性。
(2)、 活性 有两类影响 升高活性 降低活性
酶的超活性:高于水溶液中酶活性值的活性。
(3)、 专一性 某些有机溶剂会使某些酶的专一性发生变化,如脂肪酶在有机介质中有合成肽键的功能。星号活力(第二活力)。
(4)、 反应平衡 有机介质能改变某些酶催化的反应平衡。例如:水解酶类(蛋白水解酶)在水介质中,水的浓度为55。5mol/L,平衡趋向水解方向, 如在含水量极低的有机介质中,平衡向含成方向偏移。
(5)、 分子印迹和pH记忆 酶在冻干前可用配体作印迹。 竞争性抑制剂,可诱导酶活性中心构象发生变化,形成一种高活性构象,而此种构象在除去抑制剂后,因酶在有机介质中的高度刚性而得到保持。
pH记忆:酶在有机介质中能“记住”它最后存在过的水溶液的pH值,因该pH值决定了酶分子上有关基团的解离状态,这种状态在冻干过程和分散到有机介质中之后仍得到保持。
★活性中心区域的一级结构 由于一些酶的活性中心一级结构结构与催化机理极其相似,可把它们归为一族。蛋白水解酶就有几个族:
(1)丝氨酸蛋白酶(胰凝乳蛋白酶、胰乳蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶等)
(2)锌蛋白酶(羧肽酶等)
(3)巯基蛋白酶(木瓜蛋白酶等)
(4)羧基蛋白酶(胃蛋白酶等)
在同一族酶中,活性中心一级结构的a。a顺序极相似。
1同源的趋异进化 胰脏的胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和弹性蛋白酶(疏水残基),活性中心Ser附近的a。a顺序相同,且分子一级结构中有40%a。a顺序相同,三维结构也相同,表明它们起源于共同的祖先,但是它们的底物专一性不同。这种来源于共同祖先,经基因突变而得出不同专一性的结果称为同源的趋异进化。
2异源的趋同进化 枯草杆菌的Ser蛋白酶的结构与上述三种酶很不同,且活性中心Ser附近的a。a顺序也不同
电荷中继网的位置也不同:Asp102…His57…Ser195(胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶)Asp32…His64…Ser221(枯草杆菌蛋白酶)
这表明枯草杆菌蛋白酶与胰凝乳蛋白酶等三个酶来源不同,但它们的电荷中继网相同,功能相同,这种情况称异源的趋同进化。
※ 多酶体系与酶活性的调节控制
(一) 多酶体系及其分类 细胞中的许多酶,常常在一个连续的反应链中起作用,前一个反应的产物是后一个反应的底物。
多酶体系 在完整细胞内的某一代谢途径中,由几个酶形成的反应链体系。
可分为三种类型:可溶性的(分散性的),结构化的(多酶复合体),在细胞结构上有定位关系的(结构化程度更高)。
(二) 多酶体系的自我调节
(1)大部分具有自我调节能力的多酶体系,第一步反应就是限速步骤,它控制着全部反应序列的总速度。
(2)反馈抑制与底物激活 催化第一步反应的酶,大多都是别构酶,能被全部反应序列的最终产物所抑制,有时则是反应序列分叉处的酶受到最终产物的抑制,称为反馈抑制;有的被底物激活
正调节物:一般是别构酶的底物,可以激活别构酶。
负调节物:可以抑制别构酶,一般是代谢序列的最终产物。
二、 酶活性的调节控制和调节酶 调节酶:活性可被调节的酶,主要是别构酶和共价调节酶。
(一) 别构效应的调控 别构效应:调节物(效应物)与别构酶分子中的别构中心(调节中心)结合后,诱导产生或稳定住酶分子的某种构象,使酶活性中心对底物的结合催化作用受到影响,从而调节酶促反应的速度。
★ 别构酶的结构特点和性质
(1) 已知的别构酶都是寡聚酶,含有两个或两个以上亚基
(2) 具有活性中心和别构中心(调节中心),活性中心负责底物结合和催化,别构中心负责调节酶反应速度。活性中心和别构中心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。
(3) 多数别构酶不止一个活性中心,活性中心间有同种效应,底物就是调节物:有的别构酶不止一个别构中心,可以接受不同的代谢物的调节。
(4) 别构酶由于同位效应和别构效应,不遵循米式方程,动力学曲线也不是典型的双曲线型,而是S型(同位效应为正协同效应)和压低的近双曲线(同位效应为负协同效应)。
★别构酶的动力学曲线
① 同位效应为正协同效应的别构酶是S型曲线 这种S形曲线体现为,当底物浓度发生较小变化时,别构酶可以极大程度地控制反应速度,这是别构酶可以灵活地调节反应速度的原因。
米氏酶:'S'0。9/'S'0。1=81
别构酶:'S'0。9/'S'0。1=3
表明当底物浓度发生较小变化时,如上升3倍,别构酶的酶促反应速度可以从0。1Vmax升至0。9Vmax 。
当增加正调节物浓度时Km减小,亲和力增大,协同性减小:当增加负调节物的浓度时Km增加,亲和力减小,协同性增大(对底物浓度的反应灵敏度增加)。
② 同位效应为负协同效应的别构酶是近似双曲线 负协同效应时酶的反应速度对底物浓度的变化不敏感
★ 别构酶调节活性的机理
① 序变模型:酶分子中亚基结合底物后,构象逐个地依次变化。
② 齐变模型:
★ 别构酶的鉴定
① S型曲线是必要但不充分条件
② 脱敏作用
③ 'S'0。9/'S'0。1 Rs=81 米氏酶 Rs<81 正协同 Rs>81 负协同
④ Hill系数法
(二) 可逆共价修饰的调控(共价调节酶)共价调节酶:酶分子被其它的酶催化进行共价修饰,从而在活性形式与非活性形式之间相互转变。举例:糖原磷酸化酶
信号的级联放大:1分子磷酸化酶激酶,活化生成几千个磷酶化酶a 1分子磷酸化酶a,催化生成几千个1…P…G
共价调节酶的两种常见类型
①磷酸化 去磷酸化 …OH ATP
②腺苷酰化 脱腺苷酰化 腺苷酰基由ATP提供
(三) 酶原的激活 具有不可逆性。属于此类的有消化系统中的酶(胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶)和血液凝固系统中的酶。酶原的激活生理意义:保证酶在其特定的部位与环境发挥其催化作用。此外,酶原还可视为酶的贮存 方式,但需要使酶原转化为有活性的酶,发挥对机体的保护作用。
(1)、 胰凝乳蛋白酶原的激活(由胰蛋白酶激活)(2)、 胰蛋白酶对胰脏蛋白酶原的激活
(四) 专一性调控蛋白(调控因子)对酶活性的调节控制 钙调蛋白、激素结合蛋白,促进或抑制特异的酶活性
维生素
一、脂溶性维生素
1、维生素A
作用:与眼视觉有关,合成视紫红质的原料;维持上皮组织结构完整;促进生长发育。
缺乏可引起夜盲症、干眼病等。
2、维生素D
作用:调节钙磷代谢,促进钙磷吸收。
缺乏儿童引起佝偻病,成人引起软骨病。
3、维生素E
作用:体内最重要的抗氧化剂,保护生物膜的结构与功能;促进血红素代谢;动物实验发现与性器官的成熟与胚胎发育有关。
4、维生素K
作用:与肝脏合成凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ有关。
缺乏时可引起凝血时间延长,血块回缩不良。
二、水溶性维生素
1、维生素B1
又名硫胺素,体内的活性型为焦磷酸硫胺素(TPP)
TPP是α…酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅酶,并可抑制胆碱酯酶的活性,缺乏时可引起脚气病和(或)末梢神经炎。
2、维生素B2
又名核黄素,体内的活性型为黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,缺乏时可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、眼睑炎等症。
3、维生素PP
包括尼克酸及尼克酰胺,肝内能将色氨酸转变成维生素PP,体内的活性型包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)。
NAD+和NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶,缺乏时称为癞皮症,主要表现为皮炎、腹泻及痴呆。
4、维生素B6
包括吡�