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3 酶(enzyme)
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3.6 酶活性的调节 酶原激活 同工酶 多酶复合物和多功能酶 别构酶 共价修饰 酶工程(介绍)
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一、酶原激活
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原
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二、同工酶
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乳酸脱氢酶同工酶形成示意图 – + 乳酸脱氢酶同工酶电泳图谱 a b 结构基因 mRNA 多肽 M4 亚基 M3H M2H2 MH3 H4
点样线 mRNA 多肽 亚基 四聚体
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- 不同组织中LDH同工酶的电泳图谱 + LDH1(H4) LDH2(H3M) LDH3(H2M2) LDH4(HM3) LDH5(M4)
心肌 肾 肝 骨骼肌 血清 - + 原点
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三、多酶复合物和多功能酶 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。
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三、多酶复合物和多功能酶 (一)多酶复合物,如乙酰CoA羧化酶; (二)多功能酶
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★ 多酶体系具有自我调节能力 (1)第一步反应往往是限速步骤,控制着全部反应序列的总速度。 (2)反馈抑制
催化第一步反应的酶,能被全部反应序列的最终产物所抑制,有的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;这种调节方式往往是一种别构调节。
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四、别构酶
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(3)别构酶的结构特性: (1)已发现的都是寡聚酶,具有多个亚基;
(2)酶分子中除了活性中心外,还有别构中心。它们可能位于不同的亚基或相同的亚基的不同部位。 (3)根据别构效应对反应速度的调节可分为正协同效应和负协同效应。
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正协同效应(positive cooperative effect) :可增加反应速度的作用。具有这种效应的物质为正调节物(变构激活剂)。多为别构酶的底物。
负协同效应(negative cooperative effect) :降低反应速度。具有这种效应的物质为负调节物(变构抑制剂)。常为代谢反应序列的终产物。
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(4)别构酶作用的动力学 正调节物与酶结合后,酶构象的变化有利于底物分子与酶结合,使酶促反应速度依赖于底物浓度的变化更为敏感。正调节物使S型曲线左移,饱和量的正调节物可将S形曲线转变为双曲线。 负调节物与变构酶结合后,不利于随后的酶与底物的结合,使酶促反应速度依赖于底物浓度不敏感,而且很难达到最大反应速度。负调节物使S形曲线右移。
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(5)别构酶作用的生理意义 在变构酶的S形曲线中,底物浓度稍有升高,则酶活性迅速上升,使得酶对底物浓度变化非常敏感,因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。 负调节物常是代谢途径的终产物,变构酶常处于代谢通路的开端,通过反馈抑制,可以及早地调节整个代谢通路,减少不必要的底物消耗。
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实例:天冬氨酸转氨甲酰酶 (anspartate transcarbamoylase,ATCase)
大肠杆菌从天冬氨酸和氨甲酰磷酸经过序列反应,最终生成CTP。 ATCase是此序列反应的第一个酶
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ATCase的结构及其催化链的别构过渡作用
有催化活性构象(R-型) C C C 无催化活性构象(T-型) ATP(正效应剂) R R R R R R R R R R R R CTP(负效应剂) C C C C C C
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R型:有利结合底物或调节物,属于松弛型。 T型:不利结合底物或调节物,属于紧张型。 齐变:各亚基在同一时间内均处于相同的构象状态。
亚基之间的联系 别构酶的齐变模型 T状态(对称亚基) R型:有利结合底物或调节物,属于松弛型。 T型:不利结合底物或调节物,属于紧张型。 齐变:各亚基在同一时间内均处于相同的构象状态。 S S S S S S S S R状态(对称亚基) 对称亚基 齐步变化
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当配体不存在时,别构酶只有一种构象状态存在T,只有配体与之
别构酶的序变模型 序变: 当配体不存在时,别构酶只有一种构象状态存在T,只有配体与之 结合才诱导T态向R态转变。当配体与一个亚基结合后,可引起该 亚基构象发生变化,并使领近亚基易于发生同样构象变化,即影 响对下一个配体的亲和力。当第二个配体结合后,又导致第三个 亚基类似变化,直到所有亚基都处于同样的构象。 S S S S S S S S 亚基全部处于R型 亚基全部处于T型 依次序变化TR型
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五、共价修饰
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六 酶工程简介(了解) 一、化学酶工程: 亦称初级酶工程 固定化酶 化学修饰酶 化学人工酶
六 酶工程简介(了解) 将酶学和工程学相结合,产生了酶工程(enzyme engineering)这样一个新的领域。酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。 一、化学酶工程: 亦称初级酶工程 天然酶 固定化酶 化学修饰酶 化学人工酶 二、生物酶工程:从基因水平改造或设计新酶。
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固定化酶 将水溶性酶用物理或化学方法处理,固定于高分子支持物(或载体)上而成为不溶于水,但仍有酶活性的一种酶制剂形式,称固定化酶(immobilized enzyme)。 包埋法 吸附法 共价偶联法 交联法
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溴化氰亚氨碳酸基偶联法 OH O—C —N BrCN OH OH (多羟基载体) H2O O-CONH2 O (惰性) (活泼) C=NH
H2N-E OH O O-CO-NH-E C=N-E O-C-NH-E NH O OH
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戊二醛交联法 OHC(CH2)3CHO 戊二醛 H2N-E N -HC=N-E-N=CH(CH2)3-CH=N- E- CH
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酶的改造和模拟 酶的改造:功能基团的化学修饰酶 酶蛋白侧链的化学修饰 酶分子内或间的交联反应
酶的模拟:根据酶作用的原理摸拟酶的活性中心和催化机理,用化学方法制备结构较简单,高效、高选择性、稳定性能好的新型催化剂,可以是无机化合物、有机化合物或小肽。
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催化侧链连接到环糊精上,可模拟胰凝乳蛋白酶
人工模拟酶-benzyme 环糊精分子结构 环糊精结构模型 催化侧链 环糊精 催化侧链连接到环糊精上,可模拟胰凝乳蛋白酶
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生物酶工程示意图 产品 遗传设计 酶的蛋白质结构功能 新酶分子蓝图 选择性修饰方案 DNA重组技术 新酶 遗传修饰 克隆酶 突变酶 效用
发展 DNA重组技术 酶基因 产品
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Summary 酶的基本性质和特点 酶的组成 酶的分类和命名
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