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第6章 蛋白質的行為：酵素、機制與控制 The Behavior of Proteins: Enzymes, Mechanism, and Control C A T L O G 6.1 Michaelis-Menten 模式無法說明異位酵素的行為 6.2 異位酵素的行為模式 6.3 特定殘基的磷酸化會調節酵素活性 6.4 酶原：酵素作用中另一種控制機制的基礎 6.5 酵素活性部位的事項：檢視反應機制 6.6 催化機制的型式 6.7 活性部位與過渡狀態 6.8 輔酶 (輔酵素) Figure Table Chemical Formula 重要訊息 生化關聯 • 6.1Michaelis-Menten模式無法說明異位酵 素的行為 • Michaelis-Menten模式可適用於很多酵素， 但異位酵素(allosteric enzyme)則否。 • 異位酵素除了有協同效應(cooperative effect)外，對抑制劑亦出現不同的作用模式。 • ※影響異位酵素的控制機制 • 以ATCase為例： p.181 Chemical Formula List * ATCase 催化的反應最後會 導致 CTP 的生成 • CTP為ATCase之抑制劑，其作用模式為回 饋抑制(feedback inhibition)→Fig.6.1 • ATCase之催化反應模式→Fig.6.2 • ATCase之結構→Fig.6.3 6.1 Michaelis-Menten 模式無法說明異位酵素的行為 影響異位酵素的控制機制 Chemical Formula List p.183 *當 ATCase 在 ATP，而非 CTP 的存在下進行反應時，情況會變 得更為奇妙。 • • • • • 6.2異位酵素的行為模式 異位酵素的特徵可用 1.一致模式(concertrd model) 2.序列模式(sequential model) 來描述 6.2 異位酵素的行為模式 P.185 • ※異位行為之一致模式 • 由Jacques Monod等人在1965年提出。 • 無受質存在時大部分之酵素以T型存在，並 與小部分之R型處於平衡狀態→Fig.6.4(a) • 受質存在時平衡移動至形成更多R型的方向 • 酵素結合上第一個受質後加速次單位結合 另一個受質→Fig.6.4(b) • 一致模式→Fig.6.5 • 當抑制劑或活化劑存在時→Fig.6.6 • ※異位行為的序列模式 • 由Daniel Koshland在1966年提出 • 此模式之特徵為基於受質與酵素之誘導嵌 合理論，由於受質之結合使T型轉變為R型。 • 某一次單位由T型轉變為R型刺激另一次單 位更容易進行同一轉變→Fig.6.7(a) • 抑制劑及活化劑之作用機制亦可用誘導嵌 合模式解釋→Fig.6.7(b) • 6.3特定殘基的磷酸化會調節酵素活性 • 側鏈具羥基之胺基酸可形成磷酸酯 6.3 p.189 特定殘基的磷酸化會調節酵素活性 Chemical Formula List * 絲胺酸，蘇胺酸及酪胺酸 之側鏈烴基皆可形成磷酸 酯。 • 磷酸的存在可將非活性的前驅物轉變為具 活性之酵素。 • 以細胞膜內外傳輸為例→Fig.6.8 • 催化蛋白質磷酸化反應的酵素稱為蛋白質 激酶(protein kinase) • 以醣代謝為例→Fig.6.9 • 6.4酶原：酵素作用中另一種控制機制的基 礎 • 酶原(zymogen)之定義：不具活性之酵素前 驅物 • 以胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)之形成為例 →Fig.6.10 • 以血液凝固為例： p.192 Chemical Formula List * 血液凝固的蛋白質參與 的活化分解過程 • 6.5酵素活性部位事項：檢視反應機制 • 關於酵素作用模式之問題： • 1.酵素分子上那些胺基酸會出現在活性部位 及參與催化反應 • 2.位於活性部位上的必需胺基酸殘基的空間 相關性如何 • 3.必需胺基酸殘基催化反應的機制如何 • 以胰凝乳蛋白酶之催化反應為例： Chemical Formula List * 對-硝基苯醋酸的水解。可分為二個階段： p.193 • ※決定必需胺基酸殘基 • 第195個絲胺酸為絲胺酸蛋白酶類活性所需： Chemical Formula List * 胰凝乳蛋白 酶的活性中 心被二異丙 基磷氟酸標 幟 • 組織胺57是胰凝乳蛋白酶的另一個必需胺 基酸 p.195 Chemical Formula List * 胰凝乳蛋白酶的活性的 組胺酸被 TPCK 標幟 • ※活性部位的架構 p.196 Chemical Formula List * 甲醯基-L-色胺酸 • ※胰凝乳蛋白酶作用的機制 p.199-1 p.199-2 酵素催化熟悉的有機化學反應 • 6.6催化機制的型式 • 親核性取代反應 * 親核基是一種富含電子的原子能夠攻擊電 子不足的原子。此型反應的通式是： Z 是親核基，X 被稱為離開基團。 p.198 Chemical Formula List • 通用酸-鹼催化作用 * 親核基是一種富含電子的原子能夠攻擊電子不足的原子。 p.200 此型反應的通式是： 此部份稱為通用鹼催化作用。 Chemical Formula List * 鋅離子及羰基胜肽酶的三個側鏈基及受質的羰基形成複合體 p.201-1 p.201-2 • 酵素之反應特異性 • 絕對特異性：只催化一種受質之反應，具 有堅固之活性中心，適用於鎖-鑰匙模式 • 相對特異性：催化具相關構造受質至相關 產物之反應，活性中心具柔軟性，適用誘 導-嵌合模式 • 立體特異性 p.202-1 p.202-2 酵素家族之一：蛋白酶 • 活性部位與過渡狀態 p.205-1 p.205-2 針對古柯鹼的催化性抗體 • 6.8輔酶 • 輔因子(cofactor): metal ion • 輔酶(coenzyme): vitamine