Biochemistry Basics

細胞與分子 ． 胺基酸  ． 蛋白質 ． 酵 素 ． 核 酸

 回首頁

酵 素  幻燈片集成  5 6 7 8

Slide List

到酵素幻燈片  0  1  2  3  4  5  6  7  8  (節)    到 酵素目錄

本目錄列出所有上課用到的幻燈片，除了註明資料來源及出處，並加以簡短說明文字。有些自製的圖片 (標以 ■)，因為沒有版權的問題，可以公開在本網頁，請點選該幻燈片名稱描述即可連結；點選每列左端的 章節號碼，可以回到原講義的相關段落。而 ● 代表自製的動畫。

▲ 到 Enzyme 1 Slide

章節

Reference

頁數

圖表

幻燈片描述

說 明

頁

5

PowerPoint

■

E501

目錄 第 5 節 酵素催化機制

剖析汽車的引擎如何運作

E104

▼

5.1

Lehninger

223

F8-18

Chymotrypsin triad close-up view

立體圖 (一個催化洞穴)

E105

Lehninger

206↑

8-6

Stickase

提供一個催化口袋

E52

Designer

■

E502

5.1 酵素基本反應機制

有三個基本動作

E106

▼

5.2

圖 3

■●

E503

Carboxypeptidase A 機制  (動畫)

五個步驟一起發生 (協同式)

Stryer

220

F9-25

活動的 CPA (1)

有沒有看到一個口袋?

E107

Stryer

220

F9-25

活動的 CPA (2)

抓到一條 peptide (Tyr 移動 20 埃)

E107

▼

5.3

Designer

■↑

E502

酵素基本反應機制 (chymotrypsin)

內切脢與外切脢 (順序式)

E106

G&G

460↑

Problem

Chymotrypsin 分子分成三段

長條構形不正確 (方便比較)

E27

MCB

57

F2-19

Chymotrypsin 構造 (ribbon)

較實際的構形： N, C-端、活性區

E108

Stryer

207

書白

Chymotrypsin 立體構造

最重要的酵素 (構造 機制 演化 抑制)

E109

PowerPoint

■●

E504

Cymotrypsin 活性區  (動畫)

催化鐵三角

E110

MBCell

130

F3-57

Ser triad (1) D-H-S 電子接力

Asp102→His57→Ser195

E111

MBCell

130

F3-57

Ser triad (2) 產生高反應性 OH (O^-)

非一般胺基酸可以提供的

E111

▽

PowerPoint

■↑

E504

Cymotrypsin 活性區 (1)

環境 pH 對活性區的影響

E110

Discover

162

pH 影響活性區

pH 7 活性上升，pH 9 下降

E112

Designer

■

E505

pI 與環境 pH 的關係

pH 會影響分子的帶電性質

E113

Discover

163

His 在 pH 7 下失去 H⁺

Imidazole 在 pH 7 下解離掉 H⁺

E114

Discover

165

Ile-16 可穩定 Asp-194

Ile16 的 N 端在 pH 10 失去正電

E116

Discover

206

Ile-16 穩定 Asp-194 的立體構造圖

Ile16-N 端...(穩定)...Asp194→Ser195

E117

Discover

167

DPF attacking Ser-95 (有專一性)

加入基質可與 DFP 競爭

E119

▽

PowerPoint

●

E504

Cymotrypsin 活性區 (2)  (動畫)

催化機制 acylation-deacylation

E110

Mathews

374

F11.13

Chymotrypsin 催化機制 (1, 2, 3)

接近 → [過渡 1] → 斷裂

E120

Mathews

374

F11.13

Chymotrypsin 催化機制 (4, 5, 6)

加水 → [過渡 2] → 斷裂 (證明？)

E120

PowerPoint

■↑

E304

Abzyme 催化性抗體

Peptide bond [sp²] → [sp³]* 過度狀態

E58

Discover

168

Ester bond vs peptide bond

相類似的反應可以被催化

E121

Discover

168

Enz-acyl complex (step 1)

但反應慢，可分離得中間物

E121

Discover

169

水解 Enz-acyl complex (step 2)

低溫可停格分出 Enz-acyl

E122

▽

PowerPoint

■↑

E504

Cymotrypsin 活性區 (3, 4)

穩定過度狀態；專一性結合區

E110

Discover

179

Cymotrypsin 催化能階圖

如何穩定過渡狀態 (降低活化能)

E125

Discover

197

Cymotrypsin 催化區立體圖

G193, S195 可穩定過度狀態

E126

Stryer

225

F9-35

Cymotrypsin 專一性口袋

是一個 non-polar pocket

E127

▼ 

5.4

PowerPoint

■

E506

專一性的形成 (1)

Trypsin 一族 (Ser protease)

E128

G&G

438

F13.19

3 substrate-binding pockets

大小, charge 不同

E129

PowerPoint

■↑

E506

專一性的形成 (2)

可以人工改變 trypsin 的專一性

E128

Science 255

1249

(1992)

Engineering trypsin to chymotrypsin

改變專一性結合區 D189→S189

E130

Science 255

1249

(1992)

只改變一個胺基酸不夠

還要改變基質口袋附近的 loops

E130

PowerPoint

■↑

E506

專一性的形成 (3)

Trypsin & inhibitor

E128

Stryer

252

F10-24

Trypsin 與 inhibitor 的結合

專一性結合的例子 (抑制劑)

E132

Stryer

250

F10-21

胰臟及十二指腸

Trypsin 的分泌器官

E133

國語大詞典

199

蛋的構造 (蛋清含有 CHOM)

抑制劑 CHOM 可與 trypsin 結合

E134

▽

Designer

■

E507

專一性結合力量：有兩大類

如何造成？ 演化的力量

E135

CMB

42

F2-4

Lock-and-key & induced-fit models

構形互補，亦可誘導生成

E136

MCB

25

F1-8

2 oxygens in vdw contact

保持適當距離可有最大的 vdw 力

E137

MBCell

92

P3-1

凡得瓦爾力的平衡點

保持適當距離的重要

E138

圖 5

■

E508

van der Waal force

由點成面 (兩個互補的面 A, B)

E139

MBCell

91

F3-3

Noncovalent bond → 組成親和力

許多弱鍵集合可形成強吸引力

E140

Roitt

6.1

F6.2

Ab..Ag (二級鍵)

四種二級鍵

E141

Designer

■

E509

親和層析法的作用機理

如釣魚般地進行實驗

E142

▽

圖 6, 7

■

E510

立體專一性

碳原子的 sp³ 軌道是立體關鍵

E143

 ● 

6

PowerPoint

■

E601

目錄 第 6 節 酵素的調節

教你如何開車外要控制方向盤

E144

細胞

■

F1

基因的表現的控制點

酵素在轉譯前後的調節機制

圖 8

■

E602

6 五種酵素活性的調節機制

抑制 裂解 磷酸化 調控 迴饋控制

E145

CMB

47

F2-9

pH 及溫度的效應

人工的控制方法 (37℃)

E146

▼ 

6.1

PowerPoint

■

E603

Protein degradation 例子

不可逆的共價性修飾

E147

MBCell

128

F3-45

Insulin cleavage

Proinsulin 才可正確折疊構形

E148

Mathews

407

F11.41

凝血機制都靠 protease 調控

最後一步： fibrinogen → fibrin

E149

Mathews

408

F11.42

Cascade in blood clotting

受著嚴密控制

E150

Sci Am

92

Apr 98

Self-operating napkin 漫畫

如何擦嘴的 cascade 漫畫

E151

Mathews

405

F11.39

Zymogen activation of protease

切人者，先自切之

E152

MCB

57↑

F2-19

Chymotrypsin 構造 (ribbon)

仍可維持完整立體構形

E108

Stryer

248

F10-18

Zymogen granule

危險的酵素不可放任到處跑

E153

牛頓 164

48-49

鴉片與腦啡都可與接受器結合

都是構形上的相似性所致

E154

Discover

247

3-D structure, morphine vs enkephalin

構形相似 競爭同一 receptor

E156

Discover

246

Enkephalins polyprotein

許多 hormone 都是小 peptide

E157

▽

Designer

■

E604

6.1 蛋白脢種類 (以活性中心分類)

Metal, Ser, Cys, Asp 四大類

E158

MBCell

120

3-38

Ser protease sequence 比較

同類的酵素分子構造極為類似

E159

PowerPoint

■

E605

Genetically engineered subtilsins

Triad 各胺基酸的重要性 (構形有貢獻)

E160

Discover

244

table

Homology Ser protease (part)

分子演化→AchEase 也有 Ser 中心

E161

Discover

238

Nerve cell

神經傳導是生化學現象

E162

Discover

239

Synapse (Ach receptor)

以化學物質傳導 Ach 以酵素降解

E163

Discover

237

Neuromuscle junction (TEM)

電顯：Ach 分子包裹

E164

Discover

240

Acetylcholine synthesis

有五十種以上的傳導物質

E165

Discover

189↑

Ester bond vs peptide bond

類似的反應可以進行

E121

Discover

243

AchEase mechanism

也是用 Ser 機制 (也有 Asp, His)

E166

Discover

244↑

table

Homology (AchEase and protease)

活性區胺基酸 → AchEase (趨同演化)

E160

PowerPoint

■

E606

Molecular evolution 分子演化

AchE vs Ser protease

E167

Nature 383

753

(1996)

平反 Darwin 的漫畫

貫通古今的智者

E168

▽

PowerPoint

■

E607

Protein degradation

很複雜的調控機制

E169

Stryer

252

F10-24

Trypsin and inhibitor 構形互補

裂解是不可逆的，只好用抑制劑

E170

MBCell

215

F5-29

Hsp 70 熱休克蛋白

幫助摺疊成正確構形

E171

MBCell

215

F5-29

Hsp 60 chaperone

再不學好就消滅之→送 proteasome

E171

Renoir

無

印象派名畫

Chaperone 監護人

Science 268

523

(1995)

Proteasome vs GroEL 類似的構造

構形極為相似 (天使與魔鬼)

E173

Science 268

522

(1995)

Regulation function of proteasome

降解的另種方式 (要加 ubiquitin)

E174

▽

PowerPoint

■↑

E607

Protein degradation

Intein & extein

E169

PowerPoint

■

E608

Intein & extein

Intein 被切除後再把 extein 相連接

E175

▼ 

6.2

PowerPoint

■

E609

血糖濃度的調節

小心維持一穩定血糖濃度

E176

Stryer

597

F23-17

Blood glucose vs GP & synthase

GP 是細胞內葡萄糖的感應器

E177

Mathews

300

F9.18

Storage of starch and glycogen

能量貯藏庫 (如何使用之?)

E178

G&G

673

F21.17

GP reaction (動植物都一樣)

磷酸化降解多糖 → Glc-1-P 產能

E179

圖 8

■↑

E602

6 五種酵素活性的調節機制

磷酸化的可逆性調控方法

E145

PowerPoint

■

E610

磷酸化為可逆性共價修飾

三種胺基酸可磷酸化 Ser, Thr, Tyr

E180

Designer

■

E611

6.2 肝醣磷解脢 GP (共價部份)

GP 自身也被磷酸化

E181

Stryer

591

F23-9

GP structure

Ser14 可被磷酸化

E182

Stryer

593

F23-12

Ser-P & Arg 69, 43' 互相結合

像膠帶一樣 把蛋白構造黏起來

E183

MBCell

205

F5-16

Cdk structure (phosphorylation)

另一個例子 (動作很大)

E184

MBCell

202

F5-11

Influence of phosphate group

磷酸化-Ser (Thr) ... Lys, Arg, His 結合

E185

MBCell

741

F15-25

cAMP → glycogen breakdwown

一波接一波的磷酸化

E186

▼ 

6.3

Designer

■↑

E610

左下 PKA 部份

cAMP 可調控磷酸化修飾

E180

BioLab 廣告

■↑

E202

20 種胺基酸 (functional groups)

沒有胺基酸含有磷酸 只好磷酸化

E29

Designer

■↑

E602

6 五種酵素活性的調節機制

信息調控方式

E145

CMB

215

F6-19

cAMP activates PKA (package)

套裝活化組合 (cAMP → PKA)

E187

Mathews

475

F13.18

肝糖降解 cascade 有放大效果

(荷爾蒙) → cAMP → PKA 連接內外

E188

Mathews

432

F12.13

Hormone→receptor→cyclase→cAMP

由幾個傳導的基本動作組成

E189

CMB

217

F6-21

磷酸化→活化或抑制不一定

所造成的種種生理影響極有彈性

E190

Bohinski

237

F6-18

cAMP 的奇特分子構造

也會很快被酵素水解

E191

PowerPoint

■

E612

信息傳導的上中下游整理

(1) 放大效果 (2) 彈性組合

E192

Stryer

349

F13-45

Calmodulin structure

鈣離子借用蛋白質分子做調控

E193

MBCell

751

F15-35

Activation of CaM-kinase II

磷酸化與鈣離子一起協同作用

E194

MBCell

736

F15-18

2 pathways by G-protein

cAMP 或 Ca 離子

E195

▼ 

6.4

Designer

■↑

E602

迴饋控制

異位 = 非催化區

E145

Designer

■

E613

6.4 異位脢 ACTase

催化次體 C 的構形變動

E196

Mathews

403

F11.36

(a) ATCase T state

緊縮的酵素 (基質不易進入)

E197

Mathews

403

F11.36

(b) ATCase R state

放鬆的分子活性比較高

E197

Stryer

241

F10-8

ACTase allosteric transtion T → R

整個分子的變動

E198

PowerPoint

■

E614

異位脢的迴饋控制

ACTase 異位調控的性質整理

E199

圖 9

■

E615

基質控制酵素活性 (分子開關)

察覺環境的基質濃度 → On/Off

E200

Designer

■

E616

異位脢的各種作用模式

整理 homotropic, activator 等

E201

PowerPoint

■

E617

定義各種異位調節的名詞

勿混淆 inhibitor

E202

▽

Designer

■↑

E610

GP (右下角圖) 另一個例子

GP 也有異位控制 (glucose, AMP)

E180

G&G

679

F21.25

GP 的共價及非共價調控

GP 磷酸化後可很快由 T → R

E203

Stryer

592

F23-10

GP dimer 示意圖

Ser-磷酸與 AMP 結合區的大概位置

E204

Lehninger

429

F14-17

GP phosphorylation & AMP sites

修飾位置都在邊界以影響另一分子

E205

Stryer

592↑

F23-11

AMP in GP interface

磷酸或 AMP 與兩個次體均有結合

E204

▽

G&G

395

F12.9

Mb & Hb 的例子

協同作用的範例 (雖非酵素)

E206

PowerPoint

■

E618

血液中氧分子的運送

具有辨別能力的分子 (四元體 Hb)

E207

Mathews

230

F7.16

Bohr effect in Hb (pH shift)

pH↓O₂ 釋出

E208

圖 9

■↑

E615

Hb 像酵素一樣會感受氧濃度

也是一種異位調節作用

E200

Stryer

151

F7-8

Heme structure in Mb

[H8] His...heme-O₂...His [H7]

E209

G&G

401

F12.18

O₂ binding → conformational change

構形改變的發起點 (heme-O₂)

E210

G&G

400

F12.16

Packing contact of Hb dimers

次體間有氫鍵連接點

E211

G&G

400

F12.17

Subunit motion in oxy Hb

通知其它次體改變構形 (→R)

E211

● 

7

PowerPoint

■

E701

酵化講義目錄 第 7 節

開車上路注意紅綠燈與號誌

E212

Campbell

197

F9.19

Alcohol fermentation (Egyptian)

古埃及人釀造葡萄酒

E213

▼ 

7.1

G&G

570↑

書白

代謝圖 類似街道圖 交通規則

Glycolysis → pyruvate → alcohol

E13

MBCell

84

F2-39

回饋控制 inhibition

b. 速率決定步驟 c. 可逆或不可逆

E214

G&G

556

F17.8

控制代謝路徑 平行路線

注意這兩種調控基本原型

E215

G&G

556

F17.8

控制代謝路徑 可逆路線

唸各論時小心辨認之 (調控點)

E215

▽

Designer

■

E702

7.1 先瞭解主要代謝路徑 (切牛排)

六碳糖的分解: 6 3 3 2 1 (碳數減少)

E216

PowerPoint

■

E703

主要代謝路徑整理 (Glycolysis)

如何獲得能量？ 分解 → 氧化

E217

MBCell

65

F2-17

Coupled chemical reaction

把能量轉換成可利用形式 (NADH)

E218

MBCell

662

F14-16

粒線體 (能量獲取中心)

把 NADH 轉成 ATP 的機制

E219

Designer

■↑

E702

主要代謝路徑 (左下方碳氧化)

糖解 → TCA cycle → 氧化磷酸化

E216

G&G

575

F18.4

Glucose-6-P 與細胞膜

防止 glucose 跑出細胞

E220

Mathews

417

F12.2

Overview of metabolism

主要代謝路徑 (Broad Way)

E221

MBCell

67

F2-19

3 stages of catabolism

巨分子→單位分子→小分子→CO₂, 水

E222

Lilly 藥廠

代謝公路 (導遊地圖)

Glycolysis → TCA cycle

E223

Lilly 藥廠

代謝公路

TCA cycle → 氧化磷酸化

E223

▼ 

7.2

PowerPoint

■

E704

細胞如何控制酵素

各層次的調控方式不同

E224

Designer

■

E705

7.2 基因的表現

數個控制點

E225

牛頓 162

59

某特定基因的組織定位

只有在葉片 cab gene 最活躍

E226

G&G

561

F17.15

Inducer 去除 repressor

生合成調控→基因開關 ara operon

E227

MBCell

419

F9-27

Gene activator & repressor

四種調控方式 (2 x 2)

E228

看漫畫

封面

DNA & enzymes

DNA 的表現調控都要靠蛋白質

E229

▽

CMB

203

F6-7

Cell-to-ell signalling

細胞間信息的傳導 (更鉅觀的)

E230

MBCell

722

F15-2

Extraceullar signaling molecules

信息 (hormone) 如何進入細胞

E231

Starr

353

F26.11

Protein hormone action on cell

利用 2nd messenger (cAMP)

E232

▽

CMB

1↑

Cell

擁擠的細胞 (電顯圖 SEM)

E7

MBCell

96

F3-8

Macromolecules in the cell

擁擠的細胞 (想像圖)

E233

MBCell

135

F3-65

Cell compartmentalization

為了效率

E234

Stryer

248↑

F10-18

Zymogen granule

為了安全 (防止危險酵素群)

E152

MBCell

87

F2-42

糖解作用集中在粒線體

演化的理由 (外來的共生胞器)

E235

MBCell

86

F2-41

Structure of pyruvate deHase complex

酵素複合體

E236

G&G

553

F17.6

Multienzyme systems

膜蛋白質集中的好處

E237

▼ 

7.3

Mathews

429

F12.11

不同胞器有不同的表現產物

每種胞器各有何代謝或物質？

E238

G&G

566

F17.20

Organelle fractionation

分離純化胞器

E239

PowerPoint

■

E706

酵素純化方法的原理

利用不同蛋白質性質間的差異

E240

Designer

■

E707

如何分離這些大大小小積木？

假想的例子

E241

Designer

■

E708

酵素純化方法整理

各種純化方法所根據的原理

E242

● 

8

PowerPoint

■

E801

Genome → Proteome

基因座的整體蛋白質表現

E243

Designer

■

E802

2D 電泳 →→→ Mass 定序分析

快速分析表現蛋白質

E244

Reference

▼ 續 Nucleic Acid Slide

▲