云南大学 生化 上册 第五章.docx

第五章 酶作用机理一、酶的活性中心 必 需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团 常见的必需基团Ser-OH His-咪唑基 Cys-SH Asp、Glu-COOH酶的活性中心或称活性部位(active site),指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特 定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物活性中心内的必需基团 结合基团 催化基团(catalytic group) (binding group)催化底物转变成产物 与底物相结合活性中心外的必需基团 :位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所 必需1. 酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的很小区域 组成酶活性中心的必需基团在一级结构上可能相距很远，但在形成三级结构时相 互接近，形成具有三维结构的区域，且多是酶分子中的裂隙或凹陷所形成的疏水 口袋2 酶的活性中心对底物具有高度的特异性 酶活性中心与底物结合时，发生构象改变，相互诱导契合，增加与底物的互补性3. 大多数情况下底物与酶活性中心最初的结合是非共价性的 酶与底物结合的力 氢键 离子键 疏水键 van der Waals 力二、 酶促反应的独特性质1. 酶反应分两类：仅仅是电子的转移，反应速率在 108.S-1 数量级；既有电子 转移又有基团转移，反应速率在 103.S-1 数量级.2. 通过侧链基团和辅酶为媒介。

3. 酶分子比底物分子大，这个巨大的酶分子对于稳定酶的活性部位是必要的4. 酶催化的最适pH范围是比较小的5. 除活性中心的基团外，酶的其它 特性对酶的催化作用也是重要的三、 影响酶催化效率的有关因素——酶促反应的机理1. 邻近效应(approximation,proximity)和定向效应(orientation) 由于在酶的作用下，底物与底物分子的反应基团在空间上靠近，在方向上适合， 使反应更易于进行邻近效应、定向排列和表面效应有利于底物形成过渡态▲为反应部位邻近效应(proximity effect)和定向排列(orientat ion arrange)将分子间的反应变成类似分子内的反应，使反应速率 显著提高趋近和定向效应 在酶反应体系中：底物与酶随机碰撞 趋近和定向效应2•底物的形变(dis tort ion)和诱导契合效应(induce fit)底物在酶的作用下，构象发生改变，导致电子张力的产生，使得活化能降 低，反应易于进行酶-底物相互作用在过渡态达到最优化 酶与底物结合时相互诱导发生构象改变 酶-底物复合物 酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。

这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 3.酸碱催化效应(acid-base catalysis) 酸碱催化是靠向反应底物瞬时提供质子或接受质子，使反应加速的一种 作用机制在酶催化的反应中，不是由纯H+或OH-的数目决定的狭义酸碱催化，而 是广义的酸碱催化，这种广义酸碱催化需要提供质子和接受质子的基团，在酶分 子中存在着多种这样的基团广义酸碱催化与基团的解离常数有关 质子转移反应都包含广义酸-碱催化反应 酶是两性解离的蛋白质，酶活性中心上有些基团是质子供体(酸)，有些是质子 接受体(碱)这些基团在酶活性中心的准确定位有利于质子的转移 ，这种广义酸 -碱催化 (general acid-base catalysis)可以使反应速率提高 102~105 倍酶分子中具有酸-碱催化作用的基团氨基酸残基酸(质子供体)碱(质子接受体)谷氨酸、天冬氨酸R-COOHR-COO-赖氨酸、精氨酸半胱氨酸R-SHR-S-组氨酸丝氨酸R-OHR-O-酪氨酸组氨酸的咪唑基在酸碱催化中的作用和意义：1. 解离常数 6.0；在接近生物生理 pH 的条件下，既可以作为质子供体，也可 以作为质子 受体;2. 给出质子和接受质子的速度较快。

酶能在近于中性的 pH 下进行催化, 提高酶反应速度 组氨酸在蛋白质中含量少, 但作用大.4•共价催化(covalent catalysis) 酶分子中的亲核基团进攻底物中的亲电基团,形成共价中间物——产物5. 金属离子催化6. 活性部位微环境的影响——活性中心的低介电常数效应表面效应在疏水环境中进行 酶反应有很大 的优越性，此 现象称为表面 效应( surface effect )酶的活性中心多位于其分子内部的疏水“口袋”中，酶反应在酶分子内部的疏水 环境中进行疏水环境可使底物分子脱溶剂化(desolvation)排除水分子的干扰，防止酶和 底物分子之间形成水化膜7. 多元催化和协同效应酶活性中心催化基团通过多种途径催化产物的生成1．质子转移反应都包含广义酸-碱催化反应 2．酶可与底物形成瞬时共价键(共价催化) 3．酶可通过亲核催化或亲电子催化加速反应三、酶促反应机制实例1. 溶菌酶作用机制 1. ——底物构象变化2— 酸碱催化原理3— 活性中心的微环境2. 胰核糖核酸酶 A3. 羧肽酶 A作用机制 1—酶分子的构象变化2—酸碱催化4. 丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶是一类以丝氨酸残基为活性中心作用基团的一类酶。

包括 消化系统的蛋白酶，凝血酶系统，纤溶酶系统，甚至乙酰胆碱酯酶消化系统蛋白酶类是一类经典的丝氨酸蛋白酶5. 天冬氨酸蛋白酶主要特点是：在活性中心有 2 个天冬氨酸残基也是一类降解多种蛋白的蛋白酶结构：含有323-340个氨基酸残基，相对分子量35kd•有2个相同的结 构域每个结构域由2个p折叠和2个a螺旋组成2个结构域通过6股反平行 的p折叠片连接起来酶的活性中心是一个深宽的裂缝，在两个并列的结构域之 间大的可容纳 7个氨基酸残基四、酶活性的调节控制—酶量的调节（通过调节基因的表达实现）酶活性—结构的调节别构调节 共价修饰调节 酶原激活调节 蛋白因子的调节。