酶的结构和作用机制PDF电子书下载

第一章　酶的三维结构 1

A．蛋白质的一级结构 2

B．酶的三维结构 5

1．X射线衍射法 5

2．结构上的组建单元 8

3．由组建单元装配蛋白质 11

4．由一级结构预测三级结构 15

C．酶的多样性 17

1．酶族的分支进化 18

2．趋向进化 22

3．趋向或分支？ 23

4．脱氢酶和结构域［53］ 23

5．根据基因片段的融合决定蛋白质的演变？ 25

D．酶-底物复合物的结构 26

1．关于检验酶-底物复合物的方法 27

2．例1：丝氨酸蛋白酶 28

3．例2：溶菌酶 31

1．酶的晶体结构和溶液结构在实质上是相同的吗？ 33

E．蛋白质的柔性和构象的易变性 33

2．在蛋白质中观察到的柔性和运动模式［100,101］ 34

F．更高级的机构——多酶复合物 40

1．双头酶和不同活性的非共价结合 40

2．丙酮酸脱氢酶复合物 41

3．多重活性和多酶复合物的推论 42

第二章　化学催化 49

A．过渡态理论［1-4］ 49

1．过渡态理论的重要意义和应用 51

2．Hammond假设［5］ 52

B．催化原理 53

1．需要进行催化的地点、原因和方法 53

2．一般酸-碱催化 56

3．分子内催化：酶上某个基团的“有效浓度” 59

4．熵：分子内催化反应和有效浓度的理论基础 62

5．“轨道操纵”［21］ 66

6．静电催化 67

7．金属离子催化［20］ 71

1．通过形成Schiff碱的亲电催化［41］ 73

C．共价催化 73

2．磷酸吡哆醛一亲电催化［41,48］ 75

3．硫胺素焦磷酸——亲电催化 79

4．亲核催化 81

5．酶催化有关的一些因素概要 82

D．结构与反应活性的关系 82

1．在羰基上的亲核攻击 83

2．确定亲核性和离去基团能力的因素 87

3．线性自由能关系曲线在酶反应中的应用 92

E．微观可逆性原理或细致平衡原理 94

F．动力学等价原理 95

G．动力学同位素效应［65］ 97

1．一级同位素效应 97

2．二级同位素效应 100

3．溶剂同位素效应 100

第三章　酶动力学的基本方程式 104

A．稳态动力学 104

1．实验基础：Michaelis-Menten方程式［1］ 104

2．解释单底物反应的动力学现象：Michaelis-Menten机制 106

3．Michaelis-Menten机制的延伸和修正 107

B．Michaelis-Menten参数的意义 110

1．kcat的含义：催化常数 110

2．KM的含义：真实的平衡常数和表观的平衡常数 110

3．kcat/KM的含义：专一性常数 112

C．数据的图解表示法 113

D．抑制作用 114

1．竞争性抑制作用 114

2．非竞争性抑制，反竞争性抑制和混合型抑制 115

E．非生产性结合 117

F．kcat/KM＝k2/Ks 118

G．竞争底物 118

1．Michaelis-Menten方程式的另一种表示公式 118

2．竞争底物的专一性 119

H．可逆性：Haldane方程式 119

1．溶液中的平衡 119

2．酶表面上的平衡 120

1．随机序列机制 121

J．多底物体系 121

I．Michaelis-Menten方程式的失效 121

2．有序机制 122

3．Theorell-Chance机制 122

4．乒乓（或取代酶或双置换）机制 123

K．有效动力学捷径 124

1．净速度常数的计算［18］ 125

2．采用过渡时间代替速度常数 126

A．快速混合和取样技术 130

第一部分　关于测定方法：前稳态动力学导论 130

第四章　酶促反应速度常数的测定和量度 130

B．闪光光解 134

C．松弛法 135

D．前稳态动力学和松弛动力学的分析研究 137

E．酶的绝对浓度 153

第二部分　酶促反应过程速度常数的量度 157

A．速度常数的上限［21］ 157

B．酶促反应速度常数和限速步骤 160

A．简单酸和简单碱的电离作用：基本方程式 167

第五章 酶催化反应与pH的关系 167

1．通过考察方程式以提出pK？值 170

B．酶中电离基团对动力学的影响 171

1．简单理论：Michaelis-Menten机制 171

2．kcat，kcat/KM，KM，和1/KM［1,2］对pH的影响 172

3．关于预测和测定pKa s的一个简单规则 173

C．简单理论的修改和分析 174

1．修改归因于附加中间产物 174

2．简单法则的分析：Briggs-Haldane动力学和限速步骤随着pH而变化：动力学pK？s［4,6-8］ 175

D．酶中表面电荷对其基团pK？s的影响 177

3．动力学和平衡pK？s间的实验区别 177

4．微观pK？s和宏观pK？s 177

E．数据的图解表示法 179

F．解说性的实例和实验证据 180

1．糜蛋白酶活性部位的pKa 181

G．酶中基团的直接滴定 183

1．D2O在pH/pD和pK？中的作用 183

2．方法 183

H．溶液中温度、溶剂极性和离子强度对酶基团的pKa的影响 186

I．酶中高度受扰的pKa s 187

第六章 实用动力学 190

A．动力学方法 190

1．分光光度法 190

2．荧光分光光度法 191

3．自动分光光度法和荧光分光光度法操作步骤 192

4．偶联分析 193

5．酸碱的自动滴定 194

6．放射性分析方法 194

1．指数法 197

B．由动力学数据作图 197

2．二级反应 198

3．Michaelis-Menten动力学 199

C．酶-配体解离常数的测定 199

1．动力学 199

2．平衡透析 200

3．凝胶过滤平衡［8］ 200

4．超速离心 202

6．光谱法 203

5．过滤分析［11］ 203

7．滴定方法 204

D．以结合数据作图 204

1．单一结合部位 204

2．多结合部位 205

附录：两种常用的液闪剂 205

1．BBOT 205

2．pPO/POPOP 206

A．前稳态动力学和稳态动力学的比较 207

第七章 动力学方法检测反应中间物 207

1．中间物的检测：“证据”是什么？ 208

B．胰凝乳蛋白酶：通过停留分光光度法、稳态动力学和分离产物来检测中间物 209

1．从一种“突增”式产物释放中检测中间物 209

2．在单一转换条件下，来自前稳态动力学的形成中间物的证据 210

3．通过稳态动力学和分配实验检测酯水解中的酰化酶 214

4．检测在酰胺和肽水解中的酰化酶［8］ 219

5．分配实验的有效性和某些可能的实验误差 220

1．碱性磷酸酶 223

C．用分配和动力学实验检测中间物的其它实例 223

2．酸性磷酸酶 224

3．β-半乳糖苷酶 225

D．氨基酰化-tRNA合成酶：用淬灭流动、稳态动力学和同位素交换来检测中间物 226

1．反应机制 226

2．校对机制 229

E．检测构象上的变化 233

第八章 酶反应的立体化学 237

A．光学活性和手性 237

1．表示法［1,2］ 238

2．酶促和非酶促反应的立体化学之间的差别 240

3．构象和构型 241

B．立体专一性酶促反应的实例 242

1．需NAD+和NADP+的氧化和还原 242

2．延胡索酸酶催化延胡索酸的水合作用的立体化学 243

3．在醛糖-酮糖异构酶反应中，顺式烯二醇中间产物的论证 244

4．将封闭的底物用于测定磷酸果糖激酶的正位异构体的专一性 245

1．亲核反应的立体化学 246

C．由手性中心构型的停滞或逆转检验中间物 246

2．立体化学论证的合理性 247

3．溶菌酶和β-半乳糖苷酶反应的中间物 248

D．手性甲基 248

1．由次甲基产生的手性甲基与由手性甲基转变的次甲基之间的根本差别 249

2．手性分析 249

3．苹果酸合成酶反应的立体化学［18-21］ 251

E．手性磷酸酯［24-27］ 253

1．磷酰基转移化学的示范 253

3．手性磷酰基转移的实例 256

2．磷酸衍生物的手性 256

4．位置同位素交换 259

5．酶促磷酰基转移的立体化学概况 260

F．酶促反应的立体电子控制 261

1．吡哆醛磷酸的反应活性 261

2．蛋白酶反应中的立体电子效应 262

第九章　活性部位指导的和被酶激活的不可逆抑制剂——“亲和标记”和“自杀抑制剂” 266

A．蛋白质的化学修饰 266

1．氨基酸侧链的化学反应活性 267

B．活性部位指导的不可逆抑制剂 271

C．被酶激活的不可逆抑制剂［12-15］ 276

1．吡哆醛磷酸-连接酶 279

2．单胺氧化酶和黄素蛋白 280

第十章　协同配体结合、变构相互作用和调节 283

A．正协同性 283

B．变构相互作用和协同性的机制 284

1．Monod-Wyman-Changeux（MWC）协调机制［4］ 285

2．Koshland-Némethy-Filmer（KNF）渐变模型［5］ 288

3．综合模型 289

C．负协同性和半部位反应活性［8,9］ 290

D．协同性的定量分析 292

1．Hill方程：协同性的测定 292

2．MWC结合曲线［4］ 292

3．KNF结合曲线 295

4．协同性的特征测验和MWC与KNF机制之比较 296

E．血红蛋白协同结合的分子机制 297

1．氧协同结合的生理学重要性 297

2．血红蛋白在氧结合作用中的一些原子变化［3,23］ 297

F．代谢途径的调节 301

3．血红素的化学模型 301

G．磷酸果糖激酶和酵解的控制 302

1．R态的结构 306

H．糖原磷酸化酶和糖原分解的调节［42-44］ 307

1．磷酸化酶的结构 309

第十一章 分子间作用力和酶-底物结合能 313

A．非键合原子间的相互作用 313

1．静电相互作用 313

2．非极性相互作用（vanderWaals或分散力） 314

3．氢键 318

4．疏水键［7-9］ 319

B．酶和底物的结合能 322

1．从动力学来测定结合能的增加 323

2．为什么酶比有机溶剂具有更多的疏水性？ 327

3．摘要 328

C．熵和结合作用［24］ 328

D．蛋白质-蛋白质的相互作用 330

1．结合能降低kcat/KM的活化能 333

第十二章　催化反应中酶-底物互补和结合能的利用 333

A．催化反应中酶-底物结合能的利用 333

2．结合作用和化学活化能的相互转化 334

3．酶与过渡态的互补含有kcat/KM处于最高值之意 337

B．关于催化反应中酶-过渡态互补中，结合能利用的实验证据 339

1．经典实验：修饰的底物的结构-活性相互关系 339

2．过渡态类似物：互补性探针［5,6］ 339

3．近代研究：酶被修饰后的结构-活性实验 344

C．最大速度的演变：过渡态的强结合和底物的弱结合 346

1．在常数kcat/KM［2］时，KM达到最大值的原理 347

2．关于KM的实验观测 349

D．关于结合能利用的分子机制 353

3．关于达到最大速度的进化完全的酶 354

1．应变 354

2．诱导配合 354

3．非生产性结合 356

4．在专一性上应变、诱导配合及非生产性结合的非重要性 356

5．关于应变、诱导配合过程的存在和性质有关的实验证据 357

6．关于应变性质的结论：应变还是应力？ 363

7．应变、诱导配合和生产性结合之比较 365

E．最适速度对中间产物的累积和酶内部平衡的影响 365

1．中间产物的累积 365

2．被平衡的内部平衡 366

第十三章　专一性和校对机制 369

A．对专一性的限制 370

1．Michaelis-Menten动力学 372

2．一般情况 373

3．相互作用的活性部位 375

4．专一性的立体化学起源 376

B．校正或校对机制 377

1．蛋白质合成中的校对 377

2．在DNA复制中的校对 382

C．精确度的代价 386

1．校正机制的代价-选择性方程式 387

2．单一特征识别：f＝f′f″ 389

3．双特征识别：f′f″＞f 390

第十四章　基因工程和酶学：蛋白质工程 393

A．DNA的结构和性质 394

1．复制DNA：DNA聚合酶 396

2．DNA内的裂缝可以封闭：DNA连接酶［4］ 398

3．双股DNA可在专一的序列处裂解：限制性内切酶［5,6］ 399

4．DNA片段可用酶来连接 400

5．通过互补均聚物末端连接DNA：末端转移酶［7］ 401

6．经过加工的／分布的聚合作用 401

B．为扩大生产而克隆酶基因 402

1．载体 404

2．筛选 405

3．实例 406

C．定位诱变作用 406

1．寡聚核苷酸-定位诱变［22-25］ 407

第十五章　精选酶的结构和机制 414

A．脱氢酶 415

1．醇脱氢酶［7］ 418

2．L-乳酸脱氢酶［6,8,38］ 423

3．苹果酸脱氢酶［9］ 426

4．甘油醛-3-磷酸脱氢酶［59,60］ 427

5．关于脱氢酶的一些概括 430

B．蛋白酶 432

1．丝氧酸蛋白酶 432

2．巯基蛋白酶 441

3．锌蛋白酶 445

4．羧基（天冬氨酰）蛋白酶［168-171］ 452

C．核糖核酸酶 457

1．酶和酶-底物复合物的结构 459

D．葡萄球菌核酸酶［223-225］ 463

E．溶菌酶［231-233］ 465

1．正碳离子 466

2．静电催化和一般酸催化 466

3．亚部位的结合能 467

F．碳酸酐酶［259,260］ 469

G．磷酸丙糖异构酶［280-282］ 472

1．氘和氚示踪实验及醛糖-酮糖异构酶的机制 473

2．酶-底物复合物的结构 475

H．结尾语 477