《酶工程第五章酶改性的基本理论——酶的结构及其与催化特性的关系.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酶工程第五章酶改性的基本理论——酶的结构及其与催化特性的关系.ppt（128页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、酶工程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering林范学1 1/50/501 1第二篇 酶的改性u酶的改性（enzyme improving）：通过各种方法使通过各种方法使酶的催化特性得以改进酶的催化特性得以改进的技术过程的技术过程u 酶的改性的目的l提高酶的提高酶的催化效率催化效率催化效率催化效率l增加酶的增加酶的稳定性稳定性稳定性稳定性l降低或消除酶的降低或消除酶的抗原性抗原性抗原性抗原性l提高酶的提高酶的使用效率使用效率使用效率使用效率（反复或连续使用酶）（反复或连续使用酶）l扩大酶的扩大酶的使用范围使用范围使用范围使用范围（研究酶在水溶液以外的条件下（研究酶
2、在水溶液以外的条件下进行催化反应的特性和条件）进行催化反应的特性和条件）l酶的结构与功能的关系酶的结构与功能的关系研究研究研究研究2 2u常用的方法:l酶分子修饰（酶分子修饰（enzyme molecule modification）l酶分子定向进化（酶分子定向进化（enzyme molecule directed evolution）l酶固定化（酶固定化（enzyme immobilization）l酶非水相催化（酶非水相催化（enzyme catalysis in non-aqueous phase）3 3第五章 酶改性的基本理论酶的结构及其与催化特性的关系 u第一节 酶的化学组成u第二节
3、 酶的化学结构u第三节 酶的空间结构u第四节 酶的活性中心u第五节 酶的结构与催化特性的关系第一节 酶的化学组成酶酶蛋白类酶蛋白类酶蛋白质蛋白质酶蛋白酶蛋白核酸类酶核酸类酶RNA酶酶RAN氨基酸（氨基酸（20种）种）核苷酸（核苷酸（4种）种）5 5一、蛋白类酶的基本组成单位氨基酸u氨基酸结构u肽键6 67 78 8二、核酸类酶的基本组成单位核苷酸u碱基+核糖+磷酸=核苷酸u3,5-磷酸二酯键9 95AMP5GMP5UMP5CMP1010三、酶的辅因子u单成分酶：仅有蛋白质或核糖核酸组成的酶u双成分酶：除了蛋白质或核糖核酸外，还有其他非生物大分子成分的酶。全酶全酶holoenzyme无催化活性无
4、催化活性有催化活性有催化活性酶蛋白酶蛋白辅因子（辅因子（cofactor）酶酶RNA辅因子（辅因子（cofactor）+决定专一性决定专一性传递电子、原子或传递电子、原子或某些化学基团某些化学基团1111u无机辅助因子主要是指各种金属离子，尤其是各种二价金属离子。（1）镁离子 镁离子是多种酶的辅助因子，在酶的催化中起重要作用。例如，各种激酶、柠檬酸裂合酶、异柠檬酸脱氢酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、各种自我剪接的核酸类酶等都需要镁离子作为辅助因子。1.无机辅因子1313（2）锌离子 锌离子是各种金属蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶等的辅助因子，也是铜锌-超氧化物歧化酶（Cu，Zn-SO
5、D）、碳酸酐酶、羧肽酶、醇脱氢酶、胶原酶等的辅助因子。（3）铁离子 铁离子与卟啉环结合成铁卟啉，是过氧化物酶、过氧化氢酶、色氨酸双加氧酶、细胞色素B等的辅助因子。铁离子也是铁-超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、固氮酶、黄嘌呤氧化酶、琥珀酸脱氢酶、脯氨酸羧化酶的辅助因子。1414（4）铜离子 铜离子是铜锌-超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶、赖氨酸氧化酶、酪氨酸酶等的辅助因子。（5）锰离子 锰离子是锰-超氧化物歧化酶（MnSOD）、丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等的辅助因子。（6）钙离子 钙离子是-淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等的辅助因子。15152.有机辅因子u是指双成分酶中相对分
6、子量较小的有机化合物。它们在酶催化过程中起着传递电子、原子或基团的作用。(1)传递电子体：如 卟啉铁、铁硫簇；(2)传递氢（递氢体）：如FMN/FAD、NAD+/NADP+、CoQ、硫辛酸；(3)传递酰基体：如 CoA、TPP、硫辛酸；(4)传递一碳基团：如 四氢叶酸；(5)传递磷酸基：如 ATP，GTP；(6)其它作用：转氨基，如 磷酸吡哆醛（VB6）；传递CO2，如 生物素。1616(1)烟酰胺核苷酸(NAD+，NADP+)uB族维生素族维生素u许多脱氢酶的辅因子许多脱氢酶的辅因子：乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、异柠：乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶檬酸脱氢酶uNA
7、D+：烟：烟酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷酸，呤二核苷酸，辅辅酶酶Il一般与呼吸链相连，与分解反应偶联：（醇脱氢酶催化伯醇脱氢一般与呼吸链相连，与分解反应偶联：（醇脱氢酶催化伯醇脱氢生成醛）生成醛）lRCH2CH2OH+NAD+=RCH2CHO+NADH+H+uNADP+：烟：烟酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷酸磷酸，呤二核苷酸磷酸，辅辅酶酶。l一般与合成反应相偶联。一般与合成反应相偶联。1717(2)黄素核苷酸(FMN和FAD)u维生素维生素B2(核黄素核黄素)的衍生物的衍生物u各种各种黄素酶黄素酶(氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶等氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶等)的辅助因子的辅助因子uFMN：黄素单核苷酸uFA
8、D：黄素腺嘌呤二核苷酸lFMN和和FAD的主要作用是传递氢。的主要作用是传递氢。1818(3)铁卟啉u铁卟啉是一些氧化酶（如过氧化氢酶、过氧化物酶等）的辅助因子。l它通过共价键与酶蛋白牢固结合。(4)硫辛酸u 硫辛酸全称为6,8-二硫辛酸。它在氧化还原酶的催化作用中，通过氧化型和还原型的互相转变而起传递氢的作用。(5)核苷三磷酸(NTP)u腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)、鸟苷三磷酸(CTP)、胞苷三磷酸(CTP)、尿苷三磷酸(UTP)等。它们是磷酸转移酶的辅助因子。1919(6)鸟苷u鸟苷是含型IVS的自我剪接酶(R-酶)的辅助因子。(7)辅酶Qu辅酶Q是一系列苯醌衍生物u一些氧化还原酶的辅助因子
9、。(8)谷胱甘肽(GSH)uL-GluL-IleL-Gly三肽2020(9)辅酶A（CoA）u辅酶A是各种酰基化酶的辅酶，由一分子腺苷二磷酸、一分子泛酸和一分子巯基乙胺组成。(10)生物素u生物素是维生素B的一种，又称维生素Hu生物素是羧化酶的辅助因子，在酶催化反应中，起CO2的渗入作用。2121(11)硫胺素焦磷酸(TPP)u即维生素B1，是酮酸脱羧酶的辅助因子。(12)磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺u即维生素B6，是各种转氨酶的辅助因子。u在酶催化氨基酸和酮酸的转氨过程中，维生素B6通过磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的互相转变，起到氨基转移作用2222第二节 酶的化学结构一、酶蛋白的化学结构u即一级结构，
10、是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。l氨基酸的种类和数目氨基酸的种类和数目l氨基酸的排列次序氨基酸的排列次序l二硫键的数目和位置二硫键的数目和位置l肽链的数目等。肽链的数目等。u每种蛋白质都由唯一而确定的遗传信息决定氨基酸序列u一级结构决定蛋白质的高级结构2323u氨基酸：20种AA的结构特点的结构特点-AA；除除Gly外外都具有光学性都具有光学性(有有D-和和L-型两种光学异构体型两种光学异构体)。结构通式结构通式:不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式2424l-氨基酸赖氨酸赖氨酸2525lL-型和D-型丙氨酸丙氨酸levoro
11、tatorydextrotatory2626u肽：一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。l肽键（peptide bond）：一个氨基酸的-COOH 和相邻的另一个氨基酸-NH2脱水所形成的共价键。27272828l肽单位：CN，半双键性（半双键性（partialdouble-bondcharacter），），不能旋转不能旋转C C、NC，真正单键（真正单键（puresinglebond），），可以旋转可以旋转2929l二硫键：2个Cys的巯基脱氢联结而成SSSSSS肽链内二硫键肽链内二硫键肽链间二硫键肽链间二硫键3030牛胰核糖核酸牛胰核糖核酸酶一级结构酶一级结构313
12、1胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶chymotrypsin3232u酶蛋白化学结构的测定（1）酶蛋白的分离纯化（纯度97）u沉淀、离心、电泳、层析等等（2）氨基酸种类和数目的确定u蛋白质水解后用层析技术等分离鉴定。氨基酸自动分析仪3434（3）肽链数目的确定u通过末端分析等方法测定肽链的数目u通过还原法打开二硫键l在在8mol/L8mol/L尿素或尿素或6mol/L6mol/L盐酸胍存在下，用过量的盐酸胍存在下，用过量的-巯基巯基乙醇乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保烷基化试剂保护护生成的巯基，防止重新被氧化。生成的巯基，防止重新被氧化。（4）氨基酸顺序测
13、定u酶蛋白不完全水解各种小肽末端分析综合分析3535u末端分析u二硝基氟苯（FDNB）法（N-末端分析）FDNB+肽肽pH8.5-HFDNP肽肽HCl水解水解DNPAA+其他其他AANO2FNO2FDNBNO2NHNO2NO2NHNO2PolypeptideDNBderivativeofPolypeptideDNBderivativeofN-termimalresidueFreeAA6MHCl+HF3636u肼解法（C-末端分析）氨基酸酰肼氨基酸酰肼二亚苄衍生物（不溶于水）二亚苄衍生物（不溶于水）3737二、酶RNA的化学结构u酶RNA的化学结构主要包括组成RNA的核苷酸种类、数目和排列顺序。
14、l4种核苷酸：AMP，GMP，CMP，UMPl3-5磷酸二酯键连接3838u酶RNA化学结构的测定l核酸自动测序仪3939u高通量测序（High-throughput sequencing）又称“下一代”测序技术（“Next-generation”sequencing technology），以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定和一般读长较短等为标志。l大规模平行签名测序（Massively Parallel Signature Sequencing,MPSS)l聚合酶克隆（Polony Sequencing）l454焦磷酸测序（454 pyrosequencing）lIllu
15、mina(Solexa)sequencinglABI SOLiD sequencingl离子半导体测序（Ion semiconductor sequencing）lDNA 纳米球测序（DNA nanoball sequencing）等。40404141l传统方法:(1)酶RNA的分离纯化，得到较纯的RNA样品(2)将RNA水解成各种核苷酸，确定核苷酸的种类和数量(3)用特异性酶切法或双脱氧终止法进行RNA序列测定4242第三节 酶的空间结构u酶蛋白的空间结构：二、三、四级结构u酶RNA的空间结构：二、三级结构4343一、酶蛋白的空间结构u包括二级结构、三级结构、四级结构u基本结构单位：螺旋、折
16、叠、转角、卷曲等结构44441、酶蛋白的副键（1）氢键:肽键中羰基的氧原子等与亚氨基、羟基、氨基等基团中氢原子联结成的副价键（2）盐键：蛋白质分子中氨基与羧基形成，结合力较强4545（3）酯键：蛋白质分子中羧基与氨基酸上的羟基脱水而缩合而成（4）二硫键：由蛋白质分子上两个半胱氨酸残基上巯基通过氧化脱氢而成，对蛋白质稳定性起重要作用R1SSR24646（5）疏水键：蛋白质分子中疏水性较强的侧链基团聚集而成，对稳定蛋白有一定作用；4747（6）范德华力：借助静电引力而形成，键能较小（7）金属键：通过金属离子与蛋白质中基团联结而成，维持蛋白质空间构型有一定作用，在四级结构中联结亚基。Copperch
17、aperoneproteinPcoC铜伴侣蛋白铜伴侣蛋白48482、酶蛋白的二级结构 u主要指多肽键主链原子的局部空间排列，一般不考虑侧链的构象。u包括：l-螺旋结构螺旋结构l-片层结构片层结构l-转角结构转角结构l无规卷曲无规卷曲4949（1）-螺旋结构u-螺旋结构是由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则一圈一圈盘旋而成。l右手螺旋（-helix）螺距为螺距为0.54nm,含含3.6个个AA残基残基两个两个AA之间的距离为之间的距离为0.15nm；AA残基侧链伸向外侧，相邻的残基侧链伸向外侧，相邻的螺圈之间形成螺圈之间形成链内氢键链内氢键；主要靠主要靠氢键氢键维持维持5050-螺旋有左旋和右旋两种，
18、螺旋有左旋和右旋两种，右旋比左旋更加稳定右旋比左旋更加稳定，因此，因此也更常见。也更常见。5151（2）-片层结构(pleated sheet)u又称-折叠，是两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构，通过侧向聚集，形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象。u肽链几乎完全伸展，通过链间的肽链几乎完全伸展，通过链间的氢键交联维持结构氢键交联维持结构；u肽链的主链呈肽链的主链呈锯齿状折叠锯齿状折叠构象，构象，R R基团处于基团处于折叠平面的两侧。折叠平面的两侧。5252平行式反平行式5353（3）-转角结构（turn）u又称转弯或发卡结构，是在球蛋白中发现。u球状蛋白的多肽链经常出现球状蛋白的多肽链经常
19、出现180180的回折的回折，这个回折角就是，这个回折角就是 转角结构；转角结构；u它由它由四个四个AAAA残基残基组成组成;u回折处的回折处的第一个第一个AAAA残基的残基的-C=O C=O 和和第四个第四个AAAA残基的残基的 N-H N-H 之间形成之间形成氢键氢键，形成一个不很稳定的环状结。，形成一个不很稳定的环状结。u-转角结构中常出现的转角结构中常出现的AAAA有有GlyGly、ProPro、AspAsp、AsnAsn、TrpTrp等等54545555（4）无规卷曲（nonregular coil）u又称自由回转（random coil)，是肽链的主链不规则、多向性地随机盘曲所形成
20、构象。5656在同一种蛋白质中，无规卷曲出现的部位和结构完全相同（在同一种蛋白质中，无规卷曲出现的部位和结构完全相同（有规律有规律）不同蛋白质中或同一蛋白中不同肽段中，无规卷曲形式多样（不同蛋白质中或同一蛋白中不同肽段中，无规卷曲形式多样（无规律无规律）通常酶的活性中心常处在这一构象区域里。转角转角折叠折叠 螺旋螺旋无规卷曲无规卷曲57573、超二级结构和结构域u超二级结构(supersecondary structure，Motif)：是指若干相邻的二级结构中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体。u，。5858u结构域（domain）：是在超二级结构基础上进一
21、步卷曲折叠成紧密的近似球状的结构，在空间上彼此分隔，各自具有部分生物功能的结构。6060由由4 4个个组成的组成的/桶结构域桶结构域/桶结构域：丙酮酸激酶桶结构域：丙酮酸激酶 小的蛋白质分子小的蛋白质分子只有一个只有一个 结构域结构域 结构域三级结构结构域三级结构 大的蛋白质分子大的蛋白质分子有数个结有数个结 构域构域6161丙丙酮酮酸酸激激酶酶己糖激酶己糖激酶前清蛋白前清蛋白肌红蛋白肌红蛋白免疫球蛋白免疫球蛋白62624、三级结构（Tertiary Structure）u在二级结构基础上，肽链不同区段的侧链基团相互作用，进一步盘绕、折叠形成的的空间结构。u不考虑亚基和分子间的互相关系u作用力
22、主要有：l氢键、疏水键、离子键、范德华力和二硫键等。6363多肽链多肽链疏水键疏水键氢键氢键二硫键二硫键离子键离子键CHCH2 2OHOH CHCH2 2OHOH范德华力范德华力维维持持三三级级结结构构的的作作用用力力6464u蛋白质三级结构的特征（1）三级结构是具有二级结构的肽链盘绕折叠形成的三维球状结构。（2）分子中的非极性基团集中在分子内部，形成酶分子的骨架，称为疏水核；而极性基团相对集中于酶分子表面，形成亲水区。（3）酶分子表面往往有一个内陷的凹槽，又称为裂隙，酶分子的活性中心就在其中。u由由一个一个具有三级结构的具有三级结构的酶蛋白酶蛋白组成的酶分子称为组成的酶分子称为单体酶单体酶（
23、monomericmonomeric enzyme enzyme）。一般由一条肽链组成，也可由多条肽。一般由一条肽链组成，也可由多条肽链组成。链组成。65656666u人类他克莫司结合蛋白三级结构CrystalstructureofHomo.sapiensFKBP12tertiarystructure人类他克莫司结合蛋白三级结构人类他克莫司结合蛋白三级结构6767u胰凝乳蛋白酶241个个AA3条肽链条肽链68685、四级结构（Quaternary Structure）u由两条或两条以上具有三级结构的肽链聚合而成的特定构象的蛋白质分子叫蛋白质的四级结构；u其中具有独立三级结构的一条肽链叫亚基（s
24、ubunit)，无生物功能；u由几个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白。u四级结构指四级结构指寡聚蛋白寡聚蛋白中中亚基亚基的种类、数目、各亚基的空间的种类、数目、各亚基的空间排布及其相互作用等。排布及其相互作用等。6969u寡聚蛋白中亚基数目相差很大l过氧化氢酶4个亚基l大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶12个亚基u四级结构的稳定性主要靠亚基之间的疏水键维持7070 由由2 2种亚基（种亚基（、）各各2 2个个缔合而成，缔合而成，亚基呈球形亚基呈球形 亚基两两相同，亚基两两相同，分别为分别为 1 1、2 2、1 1、2 2 每个亚基都含有一个每个亚基都含有一个血红血红素辅基素辅基血红蛋白血红蛋白he
25、moglobin7171氨基酸序列大不相氨基酸序列大不相同，但结构（同，但结构（三级三级）相似，功能也相似相似，功能也相似（载氧载氧）结构决定功能。结构决定功能。72727373二、酶RNA的空间结构1、酶RNA的二级结构u指单链酶RNA分子的自身回折、链内互补碱基配对形成的局部双螺旋区及非配对顺序形成的突环之间的空间排布。l双螺旋由双螺旋由RNA中互补碱基配对而成，至少含中互补碱基配对而成，至少含46个对碱个对碱基基，占碱基数量的，占碱基数量的40%-70%。l互补碱基对通常是互补碱基对通常是G-C，A-U，G-U7575u突环：由不互补配对的碱基组成l发夹环（hairpin loop）l膨
26、胀环（expansion loop）l内环（internal loop）l多分枝环（multi branching loop）hairpinloop expansionloopinternalloopmultibranchingloop7676H：hairpinloopI：internalloopB：bulgeloop(expansionloop)M:multibranchingloop7777(1)锤头结构（hammer head structure）u11个保守碱基u3个双螺旋区Cleavagesite7878(2)发卡结构（hairpin structure）u50个左右核苷酸u4个双螺
27、旋u5个突环u两个结构域（螺旋-突环-螺旋）7979(3)多分枝环结构(multi branching loop)ThesequenceandsecondarystructureoftheVS(Varkudsatellite)ribozyme.底物底物剪切位点剪切位点A730loop,animportantcomponentoftheactivesiteoftheribozyme.活性中心活性中心808081812、酶RNA的三级结构u酶RNA的三级结构是在二级结构的基础上，进一步盘绕折叠而成的三维结构。u分成多个结构域，每个结构域又由多个螺旋和突环盘绕折叠而成。8282Tetrahymena
28、GroupIintronsecondaryandtertiarystructures8484第四节 酶的活性中心u酶分子具有催化活性的特殊部位称为酶的活性部位（active site)或活性中心（active center）。8585一、酶活性中心上的氨基酸残基u酶的分子中存在着许多功能基团，例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。u构成酶活性中心的只有少数几个氨基酸残基。8686活性中心的重要残基或基团出现频率最高的氨基酸Ser,His,Cys,Tyr,Asp,Glu,Lys经常出现的氨基酸Arg,Asn,Gln偶尔出现的氨基酸Trp87878888u胰
29、凝乳蛋白酶 chymotrypsin8989Asp102His57Ser195Asp194Gly193Ile16+NH3CatalyticTriadThe The NHNH+3 3 of Ile-16 and the of Ile-16 and the COOCOO-of of Asp-194 form an ion pair when Asp-194 form an ion pair when chymotrypsinogenchymotrypsinogen is activated.is activated.9090u酶分子中的氨基酸残基（1960年，Koshland）（1）接触残基（）接
30、触残基（contactingresidues）直接与底物相接触，直接与底物相接触，并参与底物的化学转变。与底物并参与底物的化学转变。与底物结合的基团称为结合的基团称为结合基团结合基团；起催；起催化作用的基团称为化作用的基团称为催化基团催化基团。（2）辅助残基（）辅助残基（auxiliaryresidues）不直接参与催化作用，）不直接参与催化作用，在酶与底物结合的过程中起作用。在酶与底物结合的过程中起作用。接触残基和辅助残基构成酶的活接触残基和辅助残基构成酶的活性中心。性中心。（3）结构残基（）结构残基（structureresidues）又称为又称为贡献残基贡献残基（contributing
31、residues），维），维持酶蛋白分子的完整极其规则的持酶蛋白分子的完整极其规则的空间构象空间构象（4）非贡献残基（）非贡献残基（non-contributingresidues），对酶，对酶的结构和功能无明显作用的结构和功能无明显作用9292底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 9393酶分子酶分子活性中心活性中心活性中心外（维持空间构象作用）活性中心外（维持空间构象作用）接触残基接触残基协助催化作用协助催化作用结构残基结构残基催化活性催化活性显示作用显示作用其他方面的作用（活性调节、防止降解、运输转移）其他方面的作用（
32、活性调节、防止降解、运输转移）非贡献残基非贡献残基与底物结合、与底物结合、催化作用催化作用辅助残基辅助残基9494uR酶活性中心u酶RNA的某一段核苷酸序列。uL-19 IVS活性中心由第 2227位的六个核苷酸序列：5GGAGGG3u只要将其中的碱基置换一个，就可以使其底物专一性发生改变9595uI类内含子的酶学特性四膜虫L-19IVS的体外催化活性Intervening sequence lacking 19 nucleotide 缺少缺少19个核苷酸的居间序列个核苷酸的居间序列1986年女科学家年女科学家Grabowski,P.J.发现发现L-19可以催化可以催化5聚胞苷（聚胞苷（5Xp
33、C）聚合为多）聚合为多聚胞苷。聚胞苷。9696uL-19IVS催化RNA寡核苷酸链延长97979898二、接触残基附近肽链的一级结构u有些酶的催化机制非常相似，在分类中列为一小类。u相同的接触残基催化基团u在接触残基附近的肽链一级结构也几乎完全相同u酶活性中心在种系进化上存在严格的保守性9999u一些丝氨酸蛋白酶活性中心丝氨酸附近的肽链组成酶酶活性中心附近的氨基酸顺序活性中心附近的氨基酸顺序胰蛋白酶（牛）胰蛋白酶（牛）Asp-Ser-Cys-Gln-Gly-Asp-*Ser-Gly-Gly-Pro-Val-Val-Cys-Ser-Gly-Lys胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（牛）（牛）Ser-Ser
34、-Cys-Met-Gly-Asp-*Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-Val-Cys-Lys-Lys-Asn弹性蛋白酶弹性蛋白酶（猪）（猪）Ser-Gly-Cys-Gln-Gly-Asp-*Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-His-Cys-Leu-Val-Asn凝血酶（牛）凝血酶（牛）Asp-Ala-Cys-Glu-Gly-Asp-*Ser-Gly-Gly-Pro-Phe-Val-Met-Lys-Ser-Pro蛋白酶（蛋白酶（S.griseus）Thr-Cys-Glu-Gly-Asp-*Ser-Gly-Gly-Pro-Met-Phe100100u一些半胱氨酸蛋白酶活性中心的半胱氨酸
35、残基附近的氨基酸顺序酶酶活性中心附近的氨基酸顺序活性中心附近的氨基酸顺序木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶Pro-Val-Lys-Asn-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-*Cys-Trp无花果蛋白无花果蛋白酶酶Pro-Ile-Arg-Gln-Glu-Gly-Gln-Cys-Gly-Ser-*Cys-Trp菠萝蛋白酶菠萝蛋白酶Asn-Gln-Asp-Pro-Cys-Gly-Ala-*Cys-Trp101101第五节 酶的结构与催化特性的关系一、酶的一级结构与催化特性的关系酶的一级结构是酶的酶的一级结构是酶的基本化学结构基本化学结构，决定了酶的，决定了酶的空间结构空间结构、生物学活性生物学活性酶
36、的一级结构的改变包括酶分子酶的一级结构的改变包括酶分子主链的断裂和连接主链的断裂和连接，酶分，酶分子子组成氨基酸的改变组成氨基酸的改变，都可能对酶的催化特性产生影响，都可能对酶的催化特性产生影响1021021、主链断裂的位置远离活性中心，切去部分非贡献残基，一级结构的变化对酶活性几乎没有影响l牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶RNase（124aa）C末端末端3 aalM1 RNA （377nt）3end 122 nt1031032、主链断裂的位置靠近活性中心，切去部分接触残基、辅助残基，引起酶活性丧失l牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶RNase（124aa）C末端末端4 aalM1 RNA （377nt）5e
37、nd 70 nt1041043、对酶的前体或酶原，酶主链特定位置断裂，显示出酶的催化活性(1)胰蛋白酶原（无活性）胰蛋白酶（有活性）105105(2)胰凝乳蛋白酶原活化245aa5对二硫键对二硫键断裂：断裂：Arg15与与Ile16、Leu13与与Ser14、Tyr146与与Thr147、Asn148与与Ala149切除切除2个二肽：个二肽：Ser14-Arg15、Thr147-Asp1481131642581221361461491681821912012212451131516425812213614614916818219120122124511316425812213614614916
38、8182191201221245Trypsin-Chymotrypsin(active)-ChymotrypsinrypsinTwodipeptidesAchainBchainCchain-ChymotrypsinrypsinChymotrypsinogen(inactive)His57Asp102Ser195108108555333G|OHUpstreamexonDownstreamexonIntronGOHGOH+G4143993945353L19RNASplicedexons四膜虫RNA的自我剪接(3)L-19 IVS形成四膜虫四膜虫26SrRNA前体前体线状间隔序列（线状间隔序列（LI
39、VS）L-19IVS自我剪接自我剪接自我剪切自我剪切多功能酶：多功能酶：水解水解RNA、转核苷酸作、转核苷酸作用、转磷酸基作用用、转磷酸基作用109109二、酶的二、三级结构与催化功能的关系u完整的二、三级结构对维持酶的活性中心的空间构象至关重要。u酶的二、三级结构破坏将使酶的催化活性丧失。例如例如:牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶RNaseA124aa,活性中心：活性中心：His12和和His119切开切开N端端120aa(S)肽肽C端端104aa(S)蛋白蛋白无活性无活性混合混合1：1，恢复活性，恢复活性110110RNaseA20aa，S-peptid104aa，S-peptid，inact
40、iveSubtilisin枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶111111u核糖核酸酶变性与复性作用Native ribonucleaseDenative reduced ribonucleaseNative ribonuclease8 M urea and -mercapotoethanolDialysis变性变性复性复性112112三、酶的四级结构与催化功能的关系u酶的四级结构是由多个亚基联结而成的l催化作用l调节作用u四级结构破坏，功能和特性发生变化1141141四级结构与催化作用的关系u有些酶仅有催化作用l多催化部位寡聚酶l多酶复合体u有些酶具有催化部位和调节部位l别构酶115115（1）多催
41、化部位寡聚酶 Oligomeric enzyme u每个亚基都有个催化中心。只有四级结构完整时，酶的催化功能才会充分发挥出来；u当四级结构被破坏时，亚基被分离，一般情况下酶便失去活性。u但若采用的分离方法适当，被分离的亚基仍保留着各自的催化功能。l例如，天冬氨酸转氨酶是由两个相同的具有催化功能的亚基组成，当用温和的方法使四级结构分解、解离时，分离的亚基仍各自保持催化功能；当用强烈的条件如酸、碱、表面活性剂等破坏其四级结构时，得到的亚基便没有催化活性了。116116（2）多酶复合体 Multienzyme system u四级结构破坏时，亚基的酶活性减弱或者消失。u大肠杆菌色氨酸合成酶是一种多酶
42、复合体，有2个亚基和一个2亚基组成。22无催化活性无催化活性催化活性催化活性1%催化活性催化活性1/30催化活性催化活性100%117117TryptophanSynthaseTetramer118118（3）别构酶 allosteric enzymeu四级结构破坏，有些亚基保持催化活性，失去调节功能u天冬氨酸转氨甲酰酶的2个催化亚基（C3）和2个调节亚基（R2）分开后，催化亚基保持催化活性，但是不显示别构酶的S形动力学曲线，而呈现米氏型酶无调节作用的双曲线型动力学曲线。119119ThecompositionofthesubunitsisC6R6,forming2trimersofcatal
43、yticsubunits(34kDa)and3dimersofregulatorysubunits(17kDa).Aspartatecarbamoyltransferase(ATCase)天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶120120变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线变构酶的形曲线1211211221222四级结构与调节作用的关系 u与代谢调节有关的具有四级结构的酶称为调节酶，主要是指别构酶。u别构酶只有在四级结构完整时才显示其调节作用，分开的调节亚基不具有调节功能。123123四、金属离子与酶催化功能的关系有些是酶的构成组分羧肽酶Zn2+脯氨酸羟基化酶Fe2+有些是有机辅助因子的组成部分血红素Fe2+钴胺素Co+有些是酶的激活剂或稳定剂Co+、Mg2+、Ca2+金属离子失去，酶的催化活性将会丧失或者降低用其他金属离子置换原有的金属离子，将对酶的催化活性产生影响124124Structureofactivesiteofcarboxypeptidase（羧肽酶）A.125125Heme亚铁红素亚铁红素Hemoglobin血红蛋白血红蛋白126126Cobalamin钴胺素钴胺素VB12127127思考题uuP139P139128128