[理学]第六章酶活性调控.pptVIP

第六章:酶活性的调控及化学修饰 6.1 引言 酶作为生物催化剂，其活性在体内是受到调控的。 调控方式：1）酶活性调控　2）酶浓度调控 活性调控1）通过配体的可逆结合，引起酶分子构象改变来调控酶的活性。2）通过酶分子共价结合可逆或不可逆改变来调控酶的活性。 化学修饰的必要性 (1)稳定性 (2)作用的最适条件 酶反应是在基本接近中性，与室温相差不大的水溶液中进行的。但在工业应用上，由于产物、底物的影响，作用时的pH常常不在中性范围内。温度升高，酶促反应速度加快，但酶往往不稳定，如果降低温度，不但影响反应速度，还会导致微生物的污染．遇到底物不溶于水时，酶就更难发挥作用了． (3)酶的主要动力学性质的不适应米氏常数(Km)值过大，通常使反应不能在低底物浓度下进行。 (4)临床应用的特殊要求 当前应用中的绝大多数酶皆来自动、植物及微生物，对人体来说这些酶都是外源蛋白质，具有抗原性，都台可能引起人体的过敏反应。 6.2 活性调控 －、通过配体诱导酶构象改变的活性调节 酶分子与配体可逆非共价结合导致构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的变构调节，这类酶称为变构酶。 单配体结合 正协同：配体与酶的结合增强了酶结合底物的能力，使酶的活性增加。 负协同：配体与酶的结合减弱了酶结合底物的能力，使酶的活性减少。 多配体结合 协同性：两个以上配体存在时,彼此存在相互作用。 正协同性：先结合的配体，增强了后结合配体的结合能力。 负协同性：先结合的配体，减弱了后结合配体的结合能力。 同种协同性：先结合的配体影响的是同种配体的结合能力。 异种协同性：先结合的配体影响的是其它配体的结合能力。 二、通过酶共价结构改变的活性调节 共价结构不可逆改变的活性调节：酶原?活性酶 共价结构可逆改变的活性调节 许多酶以2种不同催化性能的形式存在，在其它酶的作用下能互相转变。 研究酶活性调控的意义 例端粒酶的研究 　　真核生物的染色体末端具有DNA 2蛋白质复合的复杂结构, 即端粒。在脊椎动物, 端粒( telom ere) 包括(TTA GGG) n 的重复序列。此重复序列的合成是由一种逆转录酶—端粒酶( telom erase) 完成的。 如果缺乏端粒酶活性, 由于DNA 聚合酶不能完整复制线型的DNA 末端, 端粒将会在每次细胞分裂后丧失一部分5′DNA; 累积的端粒缩短会造成细胞增殖速度的减慢, 乃至衰老。 转染端粒酶催化亚基至人正常体细胞, 则其端粒长度的维持作用使细胞保持表型的年轻状态。 抑癌基因突变的细胞中, 若端粒酶过度激活, 则可能导致肿瘤发展。 6.3 化学修饰 一、核酸水平 利用基因操作技术对DNA或mRNA进行改造或修饰，以期获得化学结构(一级结构和空间结构)更为合理的酶蛋白。 二、蛋白质水平 这个水平的工作比核酸水平更为直接，因此研究得也比较 多。人们用化学法或酶法对酶的一级结构进行改造，这包括酶的一级结构中氨基酸的置换，包括用酶将肽链切断或部分切除、使酶的空间构象变得更为稳定。另一方面是对酶分子中氨基酸残基的修饰，即酶的化学修饰。 6.3.1 简述 定义：在分子水平上对酶进行改造，即在体外将酶的侧链基团通过人工方法与一些化学基团，特别是具有生物相容性的大分子进行共价连接，从而改变酶的酶学性质的技术。 Lansteiner和Van der Scheer及Sela为了消除某些蛋白质的抗原性，用聚氨基酸修饰了这些蛋白质，结果发现其抗原性显著降低。 50年代末到60年代，人们致力于用小分子化合物修饰酶分子中的氨基酸侧链基团来研究一些酶的活性基团的情况。 较早用大分子物质修饰酶的是Katchalsko等。他们先后用多肽、乙烯二酸酐共聚体和DEAE—右旋糖酐等修饰了酶，使酶的性质得到了改善。 从70年代开始，研究的普遍开展. 6.3.2酶化学修饰的基本原理 一、增强酶天然构象的稳定性与耐热性 酶多肽链通过一定的方式互相折叠形成了高级结构即天然构象。这种天然构象的稳定性与酶分子上许多基团间相互作用所产生的能量(焓)和酶分子的无序程度(熵)有关。 酶失活主要是因为酶分子内基团间的相互作用在受热情况下发生了变化，原先的平衡力受到了破坏于是酶分子天然构象就向热力学上熵位高方向变化，即从紧密有序趋于随机松散，折叠结构打开，最终导致了酶催化功能的丧失。 酶化学修饰通过路酶与修饰剂交联后，就可能使酶的天然构象产生“刚性”，不易伸展打开，并同时减小酶分子内部基团的热振动，从而增强酶的热稳定性． 二、保护酶活性部位与抗抑制剂 酶一般是分子量1万以上的大分子物质，而发挥催化功能的活性部位只是整个酶分子结构中的一部分。组成活性部位的氨基酸残基在酶分子的天然构象中十分接近，能够直接与底物结合，并有利于基团间的化学键发生变化，生成产物。酶活性