第一章5-7节酶组成、结构和作用机制20121113.pptVIP

一、酶在生物体内的分布 生物体自身需要决定了酶的生物合成，酶的生物合成机制决定了酶在生物体内的分布和所处环境状态； 所以： ?它们或定位于某亚细胞结构上处于“溶解”状态； ?不同生物体细胞内酶的数量和种类不同； ?同一生物体内的不同部位或不同生长发育 阶段的细胞内酶的数量、种类不同； 对微生物酶来说，合成后分泌有两种情况： 1、胞外酶（分泌型酶） 是指可以穿过质膜的任何酶，大多数 是水解酶，大多数工业用酶是胞外酶。 优点：它比胞内酶容易回收、纯化，不必 将细胞破碎，也不用去核酸，容易获得高产。 基因工程中外源蛋白最终在周质中表达的情况，常给工作带来许多麻烦。用基因工程手段获得的微生物高产外源酶常会被宿主本身的蛋白酶迅速降解。因此，尽可能的使产生的外源酶分泌到细胞质膜外，是稳定外源酶的有效措施之一。 关于胞外酶分泌机制现在有一种信号肽假说。 2、胞内酶 是指合成后仍然在细胞内发挥作用的酶。 ? 细胞本身结构的非均一性决定了酶分布和所 处状态非均一，或处于“溶解”状态，或定位 结合于某一特定的亚细胞结构中； ? 由于细胞器的分工，某些酶对特定细胞来说 是独有或主要的；各细胞器上往往集中了具 各自特征的酶系统（标记酶）。 对于标记酶,有以下几例： 质膜： 主要两种：Na+、K+-ATP酶、腺甘酸环化酶； 细胞核：主要是担负DNA与RNA合成的酶。如：RNA甲基转 移酶、乳酸脱氢酶等； 线粒体：主要集中了参与三羧酸循环、脂肪酸氧化、呼吸 链、氧化磷酸化等与能量代谢有关的酶和酶系。 如：NADH脱氢酶、己糖激酶等； 溶酶体：各种水解酶（约60种左右）； 内质网：蛋白质合成、脂类合成、药物转化的酶。 如：细胞色素还原酶、胆固醇酰基转移酶； 二、酶的组成和结构特点 虽然少数有催化活性的RNA分子已经鉴定，但几乎所有的酶都是蛋白质，因而酶必然有四级空间结构形式， 一级结构是指具有一定氨基酸顺序的多肽链的共价骨架， 二级结构为在一级结构中相近的氨基酸残基间由氢键的相互作用而形成的带有螺旋、折叠、转角、卷曲等细微结构， 三级结构系在二级结构基础上进一步进行分子盘曲以形成包括主侧链的专一性三维排列， 四级结构是指低聚蛋白中各折叠多肽链在空间的专一性三维排列。 具有低聚蛋白结构的酶(寡聚酶)必须具有正确的四级结构才有活性。具有活性的酶都是球蛋白，即被广泛折叠、结构紧密的多肽链，其氨基酸亲水基团在外表，而疏水基团向内。 1、酶的活性部位 酶的特殊催化能力只局限在大分子的一定区域，只有少数特异的氨基酸残基参与底部结合及催化作用。这些与酶活力直接相关的区域称为酶的活性部位(active site)或活性中心(active center)。 （1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的 1%～2%。 （2）酶的活性部分是由在线性多肽链中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。 （3）酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而是在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子，有时是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，这时催化基团的位置也正好在所催化底物键的断裂和即将生成键的适当位置。 （4）酶的活性部位通常在酶的表面空隙或裂缝处，形成促进底物结合的优越的非极性环境。 （5）底物通过次级键较弱的力结合到键上。 （6）酶活性部位具有柔性或可运动性。 结合部位 Binding site 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部位。 催化部位 catalytic site 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。 通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。 结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反应的性质。 酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。 必需基团分类 ? 主要包括： 亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。 酸碱性基团： 门冬氨酸和谷氨酸的羧基， 赖氨酸的氨基， 酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基 半胱氨酸的巯基等。 3、 研究酶活性部位的方法 （1）酶的专一性研究 （2）酶分子侧链基团的化学修饰法 非特异性共价修饰 特异性共价修饰 亲和标记（affinity labeling