酶化學(xué) 2013-11-3T21

1、第二章 酶Chapter 2 Enzyme第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能Section 1 Structure and Function of Enzyme 酶作為生物催化劑的特性：酶作為生物催化劑的特性： 酶催化作用的特點（復(fù)習(xí)）酶催化作用的特點（復(fù)習(xí)）1. 酶的催化反應(yīng)條件溫和酶的催化反應(yīng)條件溫和 酶能在常溫常壓和酶能在常溫常壓和pH近中性的條件下起催化作近中性的條件下起催化作用，這是酶作為生物催化劑所必備的條件。用，這是酶作為生物催化劑所必備的條件。2. 酶具有很高的催化效率酶具有很高的催化效率 酶的催化活性比一般催化劑高酶的催化活性比一般催化劑高10620倍。倍。 酶作為生物催化劑的特性：

2、酶作為生物催化劑的特性： 3. 酶具有高度專一性酶具有高度專一性&酶只能作用于酶只能作用于某種物質(zhì)某種物質(zhì)或某或某一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，催化一類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，催化它們進行某種它們進行某種類型類型的反應(yīng)。的反應(yīng)。&即酶對其所催化的反應(yīng)和反即酶對其所催化的反應(yīng)和反應(yīng)物具有嚴(yán)格的選擇性。應(yīng)物具有嚴(yán)格的選擇性。這這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為酶作用的特異性酶作用的特異性(specificity)。 酶作為生物催化劑的特性：酶作為生物催化劑的特性： 3. 酶具有高度專一性（特異性）酶具有高度專一性（特異性）（1）絕對特異性）絕對特異性(absolute specificity)（2）相對特異性）

3、相對特異性(relative specificity)（3）立體異構(gòu)特異性）立體異構(gòu)特異性(stereospecificity) 酶作為生物催化劑的特性：酶作為生物催化劑的特性： 4. 酶的催化活性在體內(nèi)受到多種因素調(diào)節(jié)控制酶的催化活性在體內(nèi)受到多種因素調(diào)節(jié)控制 酶的調(diào)節(jié)方式包括抑制劑調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、酶的調(diào)節(jié)方式包括抑制劑調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、 反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等，這些方式的存在反饋調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等，這些方式的存在使得生物體的代謝過程有條不紊地進行。使得生物體的代謝過程有條不紊地進行。5. 酶的催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)酶的催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)酶的

4、化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成（一）酶的化學(xué)本質(zhì)（一）酶的化學(xué)本質(zhì) 絕大部分酶是由生物細胞產(chǎn)生的，具有絕大部分酶是由生物細胞產(chǎn)生的，具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。因此，催化活性和高度專一性的特殊蛋白質(zhì)。因此，酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。|具有催化功能的核酸是特例。具有催化功能的核酸是特例。 這種具有催化活性的這種具有催化活性的RNA命名為命名為Ribozyme，譯為核酶、核糖酶或酶性譯為核酶、核糖酶或酶性RNA等等&酶可根據(jù)其化學(xué)組成的不同，分為兩類：酶可根據(jù)其化學(xué)組成的不同，分為兩類： 酶酶單純酶單純酶(simple enzyme)結(jié)合酶（全酶）結(jié)合酶（全

5、酶）(conjugated enzyme) 輔基輔基輔酶輔酶金屬離子金屬離子 輔助因子輔助因子酶蛋白酶蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成（二）酶的組成和輔助因子（二）酶的組成和輔助因子（二）酶的組成和輔助因子（二）酶的組成和輔助因子& 全酶全酶 = 酶蛋白酶蛋白 + 輔助因子輔助因子 酶蛋白酶蛋白-不能單獨表現(xiàn)催化活性的蛋白質(zhì)部分不能單獨表現(xiàn)催化活性的蛋白質(zhì)部分。 輔助因子輔助因子-結(jié)合酶中的非蛋白質(zhì)部分（包括輔酶、輔結(jié)合酶中的非蛋白質(zhì)部分（包括輔酶、輔 基和金屬離子）基和金屬離子）。 酶蛋白酶蛋白-與底物結(jié)合，決定與底物結(jié)合，決定反應(yīng)的專一性和高效率反應(yīng)的專一性和高效率。

6、輔助因子輔助因子-直接對電子、原子或某些化學(xué)基團起傳遞直接對電子、原子或某些化學(xué)基團起傳遞 作用，作用，決定反應(yīng)的類型決定反應(yīng)的類型。 （二）酶的組成和輔助因子（二）酶的組成和輔助因子 金屬離子金屬離子u為催化活性中心的組成部分；為催化活性中心的組成部分；u搭橋作用搭橋作用：在酶與底物分子間起橋梁作用；：在酶與底物分子間起橋梁作用；u穩(wěn)定構(gòu)象：穩(wěn)定構(gòu)象：幫助酶分子形成酶活性所必需的構(gòu)象；幫助酶分子形成酶活性所必需的構(gòu)象； 金屬酶金屬酶(metalloenzyme) 金屬激活酶金屬激活酶(metal-activated enzyme) 輔酶輔酶-與酶蛋白與酶蛋白疏松疏松結(jié)合并與催化活性有關(guān)的結(jié)合

7、并與催化活性有關(guān)的 耐熱耐熱 低分子有機化合物稱為低分子有機化合物稱為輔酶輔酶(coenzyme)。用。用 透析方法可除去。透析方法可除去。 輔基輔基-與酶蛋白與酶蛋白牢固牢固結(jié)合并與催化活性有關(guān)的耐熱結(jié)合并與催化活性有關(guān)的耐熱 低分子有機化合物稱為低分子有機化合物稱為輔基輔基(prosthetic group)。用透析的方法不易除去。用透析的方法不易除去。| 酶蛋白與輔酶（基）的結(jié)合有一定專一性酶蛋白與輔酶（基）的結(jié)合有一定專一性。（三）酶的分類（按結(jié)構(gòu)）（三）酶的分類（按結(jié)構(gòu)）單體酶單體酶(monomeric enzyme)寡聚酶寡聚酶(oligomeric enzyme)多酶體系多酶體系

8、多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體(multienzyme complex)？多功能酶？多功能酶(multifunctional enzyme)酶的分類（按結(jié)構(gòu)）酶的分類（按結(jié)構(gòu)）: :單體酶單體酶 由一條肽鏈構(gòu)成的酶由一條肽鏈構(gòu)成的酶寡聚酶寡聚酶 由幾個至幾十個亞基構(gòu)成的酶，分子量由幾個至幾十個亞基構(gòu)成的酶，分子量3.5萬萬幾百萬幾百萬多酶體系多酶體系 由幾種酶彼此嵌合形成復(fù)合體由幾種酶彼此嵌合形成復(fù)合體,有利于一系列反有利于一系列反應(yīng)的進行應(yīng)的進行.如脂肪酸合成酶系如脂肪酸合成酶系.由由7種酶圍饒著小分子種酶圍饒著小分子物質(zhì)物質(zhì)-酰基載體蛋白酰基載體蛋白(ACP)形成球狀形成球狀,其中若其中若1種酶失活

9、種酶失活或解體或解體,則喪失整個活性則喪失整個活性.多功能酶多功能酶多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體HS-ACPw多功能酶多功能酶(multifunctional enzyme)或串聯(lián)酶或串聯(lián)酶(tandem enzyme)：一些多酶體系在進化過程中一些多酶體系在進化過程中由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一由于基因的融合，多種不同催化功能存在于一條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。條多肽鏈中，這類酶稱為多功能酶。 松散排列松散排列v酶在細胞中各自以酶在細胞中各自以可溶的單體可溶的單體形式存在，彼此形式存在，彼此沒有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。沒有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。v反應(yīng)時酶是反應(yīng)時酶是隨機擴散，催化效率不高。隨機擴散，催

10、化效率不高。（如糖（如糖酵解歷程）酵解歷程）酶的聚集方式酶的聚集方式酶1酶2酶3酶4酶5簇式排列簇式排列v幾種酶有機地聚集在一起，精巧的鑲嵌成一定的幾種酶有機地聚集在一起，精巧的鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，定向轉(zhuǎn)移，結(jié)構(gòu)，定向轉(zhuǎn)移，形成多酶復(fù)合體。催化效率高。形成多酶復(fù)合體。催化效率高。【舉例】丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 脂肪酸合成酶復(fù)合體酶2酶3酶1酶4酶6酶5與生物膜結(jié)合與生物膜結(jié)合v 一種結(jié)構(gòu)更高的多酶復(fù)合體，酶整齊的一種結(jié)構(gòu)更高的多酶復(fù)合體，酶整齊的排列在生物膜上。排列在生物膜上。催化效率最高。催化效率最高。（如呼（如呼吸鏈）吸鏈）酶1酶2酶4酶5酶3酶的分類與命名酶的分類與命名大腸桿菌細胞中，大腸桿菌

11、細胞中，30003000種酶種酶高等真核生物細胞中，高等真核生物細胞中，50005000種酶種酶已經(jīng)確認的酶很少已經(jīng)確認的酶很少國際酶學(xué)委員會已知的酶增長統(tǒng)計：國際酶學(xué)委員會已知的酶增長統(tǒng)計：1. 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法推薦名稱推薦名稱2. 系統(tǒng)命名法系統(tǒng)命名法系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱3. 編號命名法編號命名法分類名稱分類名稱酶的分類酶的分類根據(jù)根據(jù)1961年國際酶學(xué)委員會（年國際酶學(xué)委員會（IEC）的分類）的分類法，通常將酶分為六大類：法，通常將酶分為六大類：1.氧化還原酶類氧化還原酶類(oxidoreductases)2.轉(zhuǎn)移酶類轉(zhuǎn)移酶類 (transferases )3.水解酶類水解酶類 (hyd

12、rolases)4.裂解酶類裂解酶類 (lyases)5.異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類( isomerases)6.合成酶類合成酶類 (ligases, synthetases)（三）國際系統(tǒng)分類法及編號（三）國際系統(tǒng)分類法及編號1.1.分類分類根據(jù)酶催化反應(yīng)類型和機制把酶分六大類：根據(jù)酶催化反應(yīng)類型和機制把酶分六大類：(1) (1) 氧化還原酶類氧化還原酶類：催化氧化還原反應(yīng)催化氧化還原反應(yīng)。 AH2+BA+BH2Oxidation = loss of electronsReduction = gain of electronsMust be balancedVery common in biology

13、(2) 轉(zhuǎn)移酶類：轉(zhuǎn)移酶類：催化分子基團從一個分子轉(zhuǎn)移到另一個催化分子基團從一個分子轉(zhuǎn)移到另一個 分子的反應(yīng)。分子的反應(yīng)。 A-R+BA+B-R(3)水解酶類水解酶類：催化加水分解：催化加水分解 A-B+HOHAOH+BH(4)裂合酶類裂合酶類：裂合酶催化一個化合物裂解成為兩個較小化裂合酶催化一個化合物裂解成為兩個較小化合物及其逆反應(yīng)合物及其逆反應(yīng)，其催化反應(yīng)的通式為，其催化反應(yīng)的通式為 ABA+B 這類酶的系統(tǒng)命名為這類酶的系統(tǒng)命名為“底物底物-裂解的基團裂解的基團-裂合酶裂合酶”，如，如檸檬酸裂合酶（檸檬酸合成酶）檸檬酸裂合酶（檸檬酸合成酶） 裂合酶可脫去底物上某一基團而形成一個雙鍵，或可

14、相反裂合酶可脫去底物上某一基團而形成一個雙鍵，或可相反地在雙鍵處加入某一基團，重要的有醛縮酶、水化酶、脫地在雙鍵處加入某一基團，重要的有醛縮酶、水化酶、脫氨酶等。氨酶等。(5)(5)異構(gòu)酶類異構(gòu)酶類：催化分子間重排的有關(guān)反應(yīng)。催化分子間重排的有關(guān)反應(yīng)。 反應(yīng)通式為：反應(yīng)通式為：AB(6)(6)連接酶或合成酶類連接酶或合成酶類：催化把兩個分子連接在一起，催化把兩個分子連接在一起，并由并由ATPATP提供能量的反應(yīng)提供能量的反應(yīng)。 A+B+ATPAB+ADP+磷酸，或磷酸，或AMP+焦磷酸焦磷酸2.系統(tǒng)編號系統(tǒng)編號-EC1111&EC-表示國際酶學(xué)委員會表示國際酶學(xué)委員會 第一個數(shù)字表示酶

15、所屬的大類（第一個數(shù)字表示酶所屬的大類（1 16 6大類大類) ) 第二個數(shù)字表示酶在該大類中所屬的亞類第二個數(shù)字表示酶在該大類中所屬的亞類 第三個數(shù)字表示酶所屬的次亞類第三個數(shù)字表示酶所屬的次亞類 第四個數(shù)字表示酶在所屬次亞類中的流水編號第四個數(shù)字表示酶在所屬次亞類中的流水編號CH3CHCOOHOHNAD+H+CH3CCOOHONADH酶的結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系酶的結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系& 酶的結(jié)構(gòu)特點：酶的結(jié)構(gòu)特點： 一、二、三、四級結(jié)構(gòu)一、二、三、四級結(jié)構(gòu)（一）酶的一級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系（一）酶的一級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系必需基團必需基團 2. 2. 肽鍵的改變肽鍵的改變 酶原激活酶

16、原激活 3. 3. 二硫鍵二硫鍵（一）酶的一級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系（一）酶的一級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系1. 1. 必需基團必需基團& 指酶蛋白分子中與酶的催化活性直接相關(guān)的指酶蛋白分子中與酶的催化活性直接相關(guān)的氨基酸殘基側(cè)鏈基團，若使其改變則催化活性氨基酸殘基側(cè)鏈基團，若使其改變則催化活性喪失。如喪失。如SerSer的羥基，的羥基，HisHis的咪唑基，的咪唑基，CysCys的巰的巰基，基，AspAsp、GluGlu的側(cè)鏈羧基等。的側(cè)鏈羧基等。|結(jié)合基團結(jié)合基團：能與底物結(jié)合的必需基團；：能與底物結(jié)合的必需基團；|催化基團催化基團：能促進底物發(fā)生化學(xué)變化的必需基團；：能促進底物發(fā)生化學(xué)變

17、化的必需基團；酶的一級結(jié)構(gòu)是酶的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，是催化功酶的一級結(jié)構(gòu)是酶的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，是催化功能的基礎(chǔ)。能的基礎(chǔ)。2 2、肽鍵的改變與催化功能的關(guān)系、肽鍵的改變與催化功能的關(guān)系&肽鍵的斷裂使酶的生物活性喪失；肽鍵的斷裂使酶的生物活性喪失；&酶原的激活酶原的激活酶原酶原：有些酶，特別是一些與消化作用有關(guān)的酶，在最：有些酶，特別是一些與消化作用有關(guān)的酶，在最初合成和分泌時，沒有催化活性，這種沒有催化活性初合成和分泌時，沒有催化活性，這種沒有催化活性的酶的前體稱為酶原；的酶的前體稱為酶原；酶原激活酶原激活：酶原在一定的條件下經(jīng)過適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用而：酶原在一定的條件下經(jīng)過適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作用而

18、轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程，稱為酶原的激活，實質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿傅倪^程，稱為酶原的激活，實質(zhì)上是酶活性部位形成或暴露的過程。是酶活性部位形成或暴露的過程。胰蛋白酶原的激活過程胰蛋白酶原的激活過程甘甘異異賴賴?yán)i纈天天天天天天天天纈纈組組絲絲甘甘異異纈纈組組絲絲腸激酶腸激酶/胰蛋白酶胰蛋白酶n活性中心活性中心(active center)n酶的二、三級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系酶的二、三級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系n酶的四級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系酶的四級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系（二）酶的高級結(jié)構(gòu)與其催化活性的關(guān)系（二）酶的高級結(jié)構(gòu)與其催化活性的關(guān)系1. 1. 活性中心活性中心(active center)是指酶分子中

19、直接與底物結(jié)合并完成酶催化反應(yīng)是指酶分子中直接與底物結(jié)合并完成酶催化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)區(qū)域，的結(jié)構(gòu)區(qū)域，該部位化學(xué)基團集中，該部位化學(xué)基團集中，并構(gòu)成一并構(gòu)成一定空間構(gòu)象。定空間構(gòu)象。單純酶單純酶： 在一級結(jié)構(gòu)上相距甚遠甚至不在同一條肽鏈上的基團在一級結(jié)構(gòu)上相距甚遠甚至不在同一條肽鏈上的基團通過肽鏈的盤繞折疊而在三維空間結(jié)構(gòu)上相互靠近，通過肽鏈的盤繞折疊而在三維空間結(jié)構(gòu)上相互靠近，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域-活性中心活性中心。結(jié)合酶結(jié)合酶： 活性中心即活性中心即輔酶分子輔酶分子，輔酶上的某一部分結(jié)構(gòu)輔酶上的某一部分結(jié)構(gòu)，以及，以及與輔酶分子在結(jié)構(gòu)上與輔酶分子在結(jié)構(gòu)上緊密偶聯(lián)的

20、蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)域緊密偶聯(lián)的蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)域。1. 1. 活性中心活性中心(active center)結(jié)合中心：結(jié)合中心： 與底物結(jié)合的部位，決定與底物結(jié)合的部位，決定酶的專一性酶的專一性；催化中心：催化中心： 促進底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部分，決定促進底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部分，決定酶酶所催化反應(yīng)的性質(zhì)所催化反應(yīng)的性質(zhì)；|活性部位的基團都是必需基團，但必需基團活性部位的基團都是必需基團，但必需基團還包括在活性部位以外的，對維持酶空間構(gòu)還包括在活性部位以外的，對維持酶空間構(gòu)象必需的基團。象必需的基團。活性中心活性中心由兩部分構(gòu)成：由兩部分構(gòu)成：Asp102His57Ser195HHChymotrypsin

21、順序式催化反應(yīng)順序式催化反應(yīng) A1NCCNHOOCHOCCNCCNH2OCheck substrate specificity絲氨酸蛋白酶的專一性不同絲氨酸蛋白酶的專一性不同COO-CAsp酶活性區(qū)酶活性區(qū)TrypsinChymotrypsinElastase切切 Lys, Arg切切 Trp, Phe, Tyr切切 Ala, GlyNon-polarpocketDeep and negativelycharged pocketShallow andnon-polarpocket O OCNCCN C C C C NH3+ O OCNCCN C O OCNCCN CH3Juang RH (20

22、04) BCbasics靠近羧肽酶A定向極性專一性契合區(qū)H2+ +NC精氨酸C端確認區(qū)注意2.酶的二、三級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系：酶的二、三級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系：酶的二、三級結(jié)構(gòu)是所有的酶必須具備的空間結(jié)酶的二、三級結(jié)構(gòu)是所有的酶必須具備的空間結(jié)構(gòu)，是維持酶活性部位所必須的構(gòu)象。構(gòu)，是維持酶活性部位所必須的構(gòu)象。u可使酶遭受破壞而喪失其催化功能可使酶遭受破壞而喪失其催化功能-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)變性理論變性理論u也可以使酶形成正確的催化部位而發(fā)揮其催也可以使酶形成正確的催化部位而發(fā)揮其催化功能化功能-酶的誘導(dǎo)契合學(xué)說酶的誘導(dǎo)契合學(xué)說3.酶的四級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系：酶的四級結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系：（1）

23、酶的四級結(jié)構(gòu)及亞基與催化活性的關(guān)系）酶的四級結(jié)構(gòu)及亞基與催化活性的關(guān)系（2）酶的四級結(jié)構(gòu)與代謝調(diào)節(jié)的關(guān)系）酶的四級結(jié)構(gòu)與代謝調(diào)節(jié)的關(guān)系聚合與解聚聚合與解聚別構(gòu)酶別構(gòu)酶2ATP2ADP磷酸化酶b 激酶2Pi2H2O磷蛋白磷酸酶PPPPPP磷酸化酶b（二聚體） 無活性磷酸化酶b（二聚體） 有活性磷酸化酶b（四聚體） 低活性4.同工酶同工酶高級結(jié)構(gòu)與酶活性關(guān)系的典型：高級結(jié)構(gòu)與酶活性關(guān)系的典型：&同工酶的概念同工酶的概念 指能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白本身的分子結(jié)指能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白本身的分子結(jié)構(gòu)組成及理化性質(zhì)不同的一組酶構(gòu)組成及理化性質(zhì)不同的一組酶。&同工酶的結(jié)構(gòu)與功

24、能同工酶的結(jié)構(gòu)與功能 同工酶的結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為非活性中心部分的不同，同工酶的結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為非活性中心部分的不同，或所含亞基組合情況不同，對整個分子而言，各同工或所含亞基組合情況不同，對整個分子而言，各同工酶酶與酶活性有關(guān)的部分結(jié)構(gòu)相同與酶活性有關(guān)的部分結(jié)構(gòu)相同。4.同工酶同工酶高級結(jié)構(gòu)與酶活性關(guān)系的典型：高級結(jié)構(gòu)與酶活性關(guān)系的典型：例如：乳酸脫氫酶例如：乳酸脫氫酶LDH可裝配成可裝配成H4、H3M、H2M2、HM3、M4五種四聚體。五種四聚體。CH3CHOHCOO- + NAD+ CH3COCOO- + NADHMHMM MMM4HMMMM3HMMHHM2H2MHHHMH3HHHHH4心肌心肌肝

25、、骨骼肌肝、骨骼肌臨床意義臨床意義心肌梗死和肝病病人血清心肌梗死和肝病病人血清LDHLDH同工酶譜的變化同工酶譜的變化1 1酶酶活活性性心肌梗死酶譜心肌梗死酶譜正常酶譜正常酶譜肝病酶譜肝病酶譜2 23 34 45 5第二節(jié) 酶促反應(yīng)的機制Section 2 Mechanisms of Enzyme-Catalyzed Reaction一一. .酶促反應(yīng)的本質(zhì)酶促反應(yīng)的本質(zhì)加速反應(yīng)的本質(zhì)加速反應(yīng)的本質(zhì)-降低活化能降低活化能活化能活化能： 活潑態(tài)與常態(tài)之間的能量差，即使反應(yīng)物由活潑態(tài)與常態(tài)之間的能量差，即使反應(yīng)物由常態(tài)變成活化態(tài)所需要的能量。常態(tài)變成活化態(tài)所需要的能量。使反應(yīng)達到其能閾的兩個途徑使

26、反應(yīng)達到其能閾的兩個途徑：為反應(yīng)物分子提供所需的活化能（外加能量）為反應(yīng)物分子提供所需的活化能（外加能量）降低反應(yīng)的能閾，使反應(yīng)沿著一個活化能閾較降低反應(yīng)的能閾，使反應(yīng)沿著一個活化能閾較低的途徑進行。低的途徑進行。酶促反應(yīng)的活化能酶促反應(yīng)的活化能催化反應(yīng)歷程：催化反應(yīng)歷程：一般化學(xué)反應(yīng)歷程：一般化學(xué)反應(yīng)歷程： S P酶促反應(yīng)歷程：酶促反應(yīng)歷程： S + E ES E + P 二二. .酶的催化機制酶的催化機制在酶促反應(yīng)中，首先酶與底物結(jié)合成一個不穩(wěn)定在酶促反應(yīng)中，首先酶與底物結(jié)合成一個不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物（的中間產(chǎn)物（ES），然后再分解成產(chǎn)物和原），然后再分解成產(chǎn)物和原來的酶來的酶。 S + E

27、ES E + P（一）中間復(fù)合物學(xué)說：（一）中間復(fù)合物學(xué)說：二二. .酶的催化機制酶的催化機制若由若由 S1 + S2 P1 + P2 ，則表示為：，則表示為： S2 E + S1 ES1 P1 + P2 + E（二）酶與底物形成中間絡(luò)合物的方式（理論）（二）酶與底物形成中間絡(luò)合物的方式（理論）二二. .酶的催化機制酶的催化機制(1) 鎖鑰假說鎖鑰假說(lock and key hypothesis)整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣。一把鑰匙對一把鎖一

28、樣。(2) 誘導(dǎo)契合假說誘導(dǎo)契合假說（inducedfit hypothesis): 酶表面并沒有一種與底物互補的固酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀誘導(dǎo)才形成了互補形狀. .y當(dāng)?shù)孜锱c酶接近時，底物分子可以誘導(dǎo)酶活性中心構(gòu)象當(dāng)?shù)孜锱c酶接近時，底物分子可以誘導(dǎo)酶活性中心構(gòu)象發(fā)生改變，使之成為能與底物分子密切結(jié)合的構(gòu)象。發(fā)生改變，使之成為能與底物分子密切結(jié)合的構(gòu)象。誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說1. 酶的活性中心結(jié)構(gòu)具有一定柔性；酶的活性中心結(jié)構(gòu)具有一定柔性；2. 底物可誘導(dǎo)酶的構(gòu)象發(fā)生一定的改變；底物可誘導(dǎo)酶的構(gòu)象發(fā)生一定的改變；3.

29、活性中心各個基團轉(zhuǎn)入有效作用位置；活性中心各個基團轉(zhuǎn)入有效作用位置；4. 酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物并催化；酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物并催化；5. 酶與產(chǎn)物分離，恢復(fù)原來構(gòu)象。酶與產(chǎn)物分離，恢復(fù)原來構(gòu)象。6. 酶的作用專一性不僅取決于酶和底物的酶的作用專一性不僅取決于酶和底物的結(jié)合，也取決于酶的催化基團有正確結(jié)合，也取決于酶的催化基團有正確的取位。的取位。|誘導(dǎo)契合學(xué)說比較好地解釋了誘導(dǎo)契合學(xué)說比較好地解釋了酶的高度專一性和高效率。酶的高度專一性和高效率。Binding of glucose induces a large conformational changeThe two lobes sw

30、ing together by 12 AGlucose is completely engulfed by the proteinactiveExperimental evidence: 酶與底物結(jié)合后，底物由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，酶與底物結(jié)合后，底物由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，降低了活化能，使酶促反應(yīng)加速。降低了活化能，使酶促反應(yīng)加速。 1.鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)(proximity effect)與與定向作用定向作用(orientation arrange ) ：（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：二二. .酶的催化機制酶的催化機制僅僅是靠近還不夠，還需要酶和底物的反應(yīng)基團在反應(yīng)

31、中彼僅僅是靠近還不夠，還需要酶和底物的反應(yīng)基團在反應(yīng)中彼此相互嚴(yán)格地定向，即酶活性中心的催化基團此相互嚴(yán)格地定向，即酶活性中心的催化基團( (氨基酸殘基上氨基酸殘基上的基團的基團) )定向于底物的反應(yīng)基團。只有既靠近又定向，底物分定向于底物的反應(yīng)基團。只有既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成過渡態(tài)，加速反應(yīng)的進行。子才能迅速的形成過渡態(tài)，加速反應(yīng)的進行。鄰近效應(yīng)與定向作用示意圖鄰近效應(yīng)與定向作用示意圖2底物變形底物變形(distortion)與電子張力（與電子張力（electronic tension）：）： 應(yīng)變效應(yīng)，底物分子的敏感鍵產(chǎn)生張力或變形應(yīng)變效應(yīng)，底物分子的敏感鍵產(chǎn)生張力或變形（三

32、）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素： 酶與底物結(jié)合后，底物發(fā)生變形，底物由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，降低了活化能，使酶促反應(yīng)加速。 酶與底物結(jié)合后，酶與底物結(jié)合后，底物發(fā)生形變。底物發(fā)生形變。 酶與底物結(jié)合后，酶分子中的某些基團或離子可酶與底物結(jié)合后，酶分子中的某些基團或離子可以使底物敏感鍵中的某些基團的電子云密度增加或降以使底物敏感鍵中的某些基團的電子云密度增加或降低，從而產(chǎn)生電子張力，使敏感鍵的一端更加敏感，低，從而產(chǎn)生電子張力，使敏感鍵的一端更加敏感，更易于發(fā)生反應(yīng)。更易于發(fā)生反應(yīng)。溶菌酶利用這種方式進行催化：與溶菌酶活性中心結(jié)合溶菌酶利用這種方式進行催化：與溶菌酶活性

33、中心結(jié)合的的6 6碳糖在溶菌酶的誘導(dǎo)下，從椅式構(gòu)象變成半椅式構(gòu)象碳糖在溶菌酶的誘導(dǎo)下，從椅式構(gòu)象變成半椅式構(gòu)象而發(fā)生形變，周圍的糖苷鍵更容易發(fā)生斷裂。而發(fā)生形變，周圍的糖苷鍵更容易發(fā)生斷裂。NHHHO CCHOOHCCH3COO-OHHNHHHCCOOHOCCH3COO-OHOCCH3COO-OHHNHHHCC+H多元催化作用多元催化作用(multielement catalysis)（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：&酸堿催化酸堿催化指通過向反應(yīng)物（作為堿）提供質(zhì)子或從反應(yīng)物（作為酸）指通過向反應(yīng)物（作為堿）提供質(zhì)子或從反應(yīng)物（作為酸）奪取質(zhì)子而穩(wěn)定

34、過渡態(tài)、加速反應(yīng)的一類催化機制。奪取質(zhì)子而穩(wěn)定過渡態(tài)、加速反應(yīng)的一類催化機制。組氨酸的咪唑基組氨酸的咪唑基,組氨酸是許多酶的活性中心的構(gòu)成成分。組氨酸是許多酶的活性中心的構(gòu)成成分。&共價催化共價催化某些酶分子能作為親核催化劑或親電催化劑分別放出或汲某些酶分子能作為親核催化劑或親電催化劑分別放出或汲取電子而與底物分子形成不穩(wěn)定的共價中間絡(luò)合物，反應(yīng)取電子而與底物分子形成不穩(wěn)定的共價中間絡(luò)合物，反應(yīng)活化能降低而加速反應(yīng)，稱為共價催化。活化能降低而加速反應(yīng)，稱為共價催化。親核催化，親電子催化。親核催化，親電子催化。多元催化作用多元催化作用(multielement catalysis)：包括

35、酸包括酸堿催化與共價催化等。堿催化與共價催化等。（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素：（三）與酶的高效率催化有關(guān)的因素： 酶分子上的親核基團酶分子上的親核基團有有Ser-OH、Cys-SH、His- -咪唑基等，這些富咪唑基等，這些富含電子的基團含電子的基團( (有孤對有孤對電子電子) )，攻擊底物分子，攻擊底物分子中電子云密度較小的親中電子云密度較小的親電子基團，并供出電子，電子基團，并供出電子，二者形成共價鍵，酶和二者形成共價鍵，酶和底物形成一個不穩(wěn)定的底物形成一個不穩(wěn)定的中間物，進而轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)中間物，進而轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。物。Residue Catalytic PropensitiesAcid-ba

36、se catalysis 酶的活性中心周圍的環(huán)境是一個非極性環(huán)境，即低介電酶的活性中心周圍的環(huán)境是一個非極性環(huán)境，即低介電環(huán)境，在低的介電環(huán)境中排斥水分子，酶的催化基團和底物環(huán)境，在低的介電環(huán)境中排斥水分子，酶的催化基團和底物分子的敏感鍵之間有很大的反應(yīng)力，有助于加速酶促反應(yīng)。分子的敏感鍵之間有很大的反應(yīng)力，有助于加速酶促反應(yīng)。舉舉 例例 亞歷山大亞歷山大弗萊明弗萊明( (Alexander FlemingAlexander Fleming) )，18811881年年8 8月月6 6日出生于蘇日出生于蘇格蘭艾爾郡洛奇菲爾德。格蘭艾爾郡洛奇菲爾德。他是蘇格蘭低地農(nóng)民的他是蘇格蘭低地農(nóng)民的后裔，家

37、境貧寒。后裔，家境貧寒。 因發(fā)現(xiàn)了青霉素以及因發(fā)現(xiàn)了青霉素以及它對多種傳染性疾病的它對多種傳染性疾病的治療作用，榮獲治療作用，榮獲19451945年年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。19221922年的一天，正在感冒的英國細菌學(xué)家年的一天，正在感冒的英國細菌學(xué)家Alexander Alexander FlemingFleming發(fā)現(xiàn)，把一些鼻粘液發(fā)現(xiàn)，把一些鼻粘液加入加入細菌的培養(yǎng)基后會引起細細菌的培養(yǎng)基后會引起細胞的溶解。而這種存在于鼻粘液中的能殺死細菌的重要物質(zhì)胞的溶解。而這種存在于鼻粘液中的能殺死細菌的重要物質(zhì)被認為是一種酶，被認為是一種酶， FlemingFleming命名

38、其為溶菌酶（命名其為溶菌酶（LysozymeLysozyme）。）。 在在19651965年年,David Phillips,David Phillips和他在牛津的同事以和他在牛津的同事以0.2nm0.2nm分辨率的分辨率的X X射線晶體（射線晶體（X-ray X-ray crystallographycrystallography）結(jié)構(gòu)分析法闡明了溶菌酶的）結(jié)構(gòu)分析法闡明了溶菌酶的三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)(tertiary structure)(tertiary structure)。 溶菌酶是從雞蛋清中提煉的，蛋清里的溶菌酶可以溶菌酶是從雞蛋清中提煉的，蛋清里的溶菌酶可以保護胚胎在發(fā)育過程中免受

39、細菌的感染。溶菌酶溶保護胚胎在發(fā)育過程中免受細菌的感染。溶菌酶溶解細菌是通過水解細菌細胞壁多糖解細菌是通過水解細菌細胞壁多糖(the (the polysaccharide of the bacterial cell wall)polysaccharide of the bacterial cell wall)的的糖苷鍵糖苷鍵(glycosidic bonds)(glycosidic bonds)。 而敏感細菌而敏感細菌 革蘭氏陽性細菌革蘭氏陽性細菌(gram-positive (gram-positive bacteria)bacteria)的細胞壁多糖是的細胞壁多糖是N-N-乙酰氨基葡糖（

40、乙酰氨基葡糖（N-N-acetylglucosamine, NAGacetylglucosamine, NAG）-N-N-乙酰氨基葡糖乳酸乙酰氨基葡糖乳酸（N-acetylmuramic acid, NAMN-acetylmuramic acid, NAM）的共聚物，其中的）的共聚物，其中的NAGNAG及及NAMNAM通過通過-1-1，4 4糖苷鍵而交替排列。糖苷鍵而交替排列。溶菌酶的底物溶菌酶的底物 溶菌酶通過水解某些細菌細胞壁的多糖組份來溶溶菌酶通過水解某些細菌細胞壁的多糖組份來溶解細胞壁，細胞壁的多糖由兩種糖組成解細胞壁，細胞壁的多糖由兩種糖組成: : N-N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄

41、糖 ( (NAG) ) N- N-乙酰氨基葡萄糖乳酸乙酰氨基葡萄糖乳酸( (NAM) ) 溶菌酶的內(nèi)部幾乎全部是非極性的溶菌酶的內(nèi)部幾乎全部是非極性的(nonpolar)(nonpolar)。疏水的相互作用在溶菌酶的折疊構(gòu)象中起重要作用。疏水的相互作用在溶菌酶的折疊構(gòu)象中起重要作用。在溶菌酶分子的表面，有一個比較深的裂縫，其大在溶菌酶分子的表面，有一個比較深的裂縫，其大小恰好能容納多糖底物的小恰好能容納多糖底物的6 6個單糖，這是溶菌酶的個單糖，這是溶菌酶的活性部位?；钚圆课?。 用大小不同的用大小不同的NAGNAG寡聚體作底物測定被溶菌酶水解的相對寡聚體作底物測定被溶菌酶水解的相對速率，結(jié)果發(fā)

42、現(xiàn)，少于速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少于4 4個糖的寡聚體水解速率甚小，當(dāng)個糖的寡聚體水解速率甚小，當(dāng)由四聚體增加到五聚體時，水解速率猛增由四聚體增加到五聚體時，水解速率猛增500500倍，五聚體倍，五聚體增加到六聚體，速率增加近增加到六聚體，速率增加近8 8倍，六聚體增加到八聚體，倍，六聚體增加到八聚體，速率不再變化。這種情況與速率不再變化。這種情況與X X射線晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一致，射線晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一致，活性部位所在的裂縫活性部位所在的裂縫(cleft)(cleft)正好被正好被6 6個糖殘基所裝滿。個糖殘基所裝滿。R GroupsThe active sites of enzymes contai

43、n amino acid R groups.Active site is lined with hydrophobic residuesPolar amino acid residues in active site are ionizable and participate in the reaction. Anion/cation of some amino acids are involved in catalysis Lysozyme: Cleaves glycosidic bonds in carbohydrates 從表面構(gòu)象看，酶的結(jié)構(gòu)不很緊密，大多數(shù)極性氨基酸殘從表面構(gòu)象看，酶

44、的結(jié)構(gòu)不很緊密，大多數(shù)極性氨基酸殘基分布在分子的表面，非極性氨基酸殘基分布在分子的內(nèi)部?；植荚诜肿拥谋砻?，非極性氨基酸殘基分布在分子的內(nèi)部。整個酶分子中有一狹長的凹穴。最適底物正好與酶分子的凹整個酶分子中有一狹長的凹穴。最適底物正好與酶分子的凹穴相結(jié)合，凹穴中的穴相結(jié)合，凹穴中的GluGlu3535和和AspAsp52 52 是活性中心的氨基酸殘基。是活性中心的氨基酸殘基。1.3.1.3.催化機理催化機理 溶菌酶底物與酶活性中心的關(guān)系溶菌酶底物與酶活性中心的關(guān)系 溶菌酶活性中心上的溶菌酶活性中心上的AspAsp5252氧原子距離底物敏感氧原子距離底物敏感鍵鍵(C-O(C-O鍵鍵) )中碳原子

45、（中碳原子（D D糖環(huán)氧原子）只有糖環(huán)氧原子）只有0.3nm0.3nm，活，活性中心上另一個氨基酸性中心上另一個氨基酸 GluGlu3535的羧基距離底物敏感鍵的羧基距離底物敏感鍵(C-O(C-O鍵鍵) )中氧原子也只有中氧原子也只有0.3nm0.3nm，溶菌酶的活性中心的，溶菌酶的活性中心的氨基酸殘基與底物敏感鍵既靠近又定向。氨基酸殘基與底物敏感鍵既靠近又定向。 底物底物D D糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變化糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變化 C3C4C5C2C1OC3C4C5C2C1O 溶菌酶底物溶菌酶底物D糖糖環(huán)變形模型圖環(huán)變形模型圖 椅式：椅式：C5、C1、C2 和和 O不在同一平面不在同一平面 C3C4C5C2C1O

46、C5向前移動，向前移動， O原子向后移動原子向后移動半椅式：半椅式：C5、C1、C2 和和 O在同一平面上在同一平面上 酶與底物結(jié)合后，酶與底物結(jié)合后，D 糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變形，從正常的能量較糖環(huán)構(gòu)象發(fā)生變形，從正常的能量較低的椅式構(gòu)象變?yōu)槟芰枯^高的半椅式構(gòu)象。低的椅式構(gòu)象變?yōu)槟芰枯^高的半椅式構(gòu)象。GluGlu3535的羧基起的羧基起廣義酸堿催化廣義酸堿催化，向底物，向底物D D糖環(huán)和糖環(huán)和E E糖環(huán)之間的糖苷鍵上糖環(huán)之間的糖苷鍵上的氧原子提供的氧原子提供一個質(zhì)子一個質(zhì)子，氧原子與，氧原子與D D糖環(huán)糖環(huán)C C1 1的糖苷鍵斷開，的糖苷鍵斷開，D D糖環(huán)的糖環(huán)的C C1 1 帶上正電荷成為正碳離子

47、。帶上正電荷成為正碳離子。AspAsp5252上的上的-COO-COO- -起著協(xié)調(diào)起著協(xié)調(diào)糖苷鍵斷裂糖苷鍵斷裂和穩(wěn)定和穩(wěn)定正碳離子正碳離子的作用。的作用。 最后，來自環(huán)境中的水分子上的最后，來自環(huán)境中的水分子上的H H+ +與與GluGlu3535的的-COO-COO- -結(jié)合，水分子結(jié)合，水分子上的上的HOHO- -與正碳離子結(jié)合，至此，一次反應(yīng)完成，細胞壁打開一個與正碳離子結(jié)合，至此，一次反應(yīng)完成，細胞壁打開一個缺口。經(jīng)多次重復(fù)作用，細菌的細胞壁溶解。缺口。經(jīng)多次重復(fù)作用，細菌的細胞壁溶解。 最早把定點誘變使用到溶菌酶研究的在最早把定點誘變使用到溶菌酶研究的在19891989年被年被發(fā)表

48、。在論文中，發(fā)表。在論文中，Asp52Asp52和和Glu35Glu35都被作為對象研都被作為對象研究，研究是測試那些氨基酸殘余被代替的突變蛋究，研究是測試那些氨基酸殘余被代替的突變蛋白質(zhì)的活性。像先前研究的預(yù)期結(jié)果一樣，這些白質(zhì)的活性。像先前研究的預(yù)期結(jié)果一樣，這些突變蛋白質(zhì)只有很少甚至沒有催化活性。突變蛋白質(zhì)只有很少甚至沒有催化活性。點突變與催化機制研究點突變與催化機制研究點突變點突變Drawbacks:- both mutant and wild type versions of the gene are made following transformation-lots of scr

49、eening required, or tricks required to prevent replication of wild type strand- requires single-stranded, circular template DNASite-directed mutagenesis: primer extension methodAlternative primer extension mutagenesis techniquesQuikChange Site-Directed Mutagenesis, Stratagene“QuikChangeTM” protocolA

50、dvantage: can use plasmid (double-stranded) DNA Destroys the template DNA (DNA has to come from dam+ host溶菌酶的最適溶菌酶的最適pH與與Glu35和和Asp52的解離狀態(tài)有關(guān)的解離狀態(tài)有關(guān)Active Site of Chymotrypsin2.1.胰凝乳蛋白酶的催化機理胰凝乳蛋白酶的催化機理在動物小腸中催化具有在動物小腸中催化具有疏水基團疏水基團的的羧基肽鍵羧基肽鍵水解。水解。底物的專一性：底物結(jié)合位點為疏水性口袋，與底物的疏底物的專一性：底物結(jié)合位點為疏水性口袋，與底物的疏水側(cè)鏈有疏水

51、性的相互作用。水側(cè)鏈有疏水性的相互作用。胰凝乳蛋白酶活性中心由胰凝乳蛋白酶活性中心由 SerSer195195、HisHis57 57 和和 AspAsp102 102 組成組成, , 構(gòu)成一個構(gòu)成一個電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)。SerSer195 195 受受 HisHis57 57 和和 AspAsp102102的影響而成為很強的的影響而成為很強的親核基團親核基團, , 易于供出電易于供出電子。子。催化機理：催化機理：10219557疏水口袋疏水口袋氧陰離子洞氧陰離子洞活性位點活性位點SerSer195 195 氧原子對底物敏感肽鍵的羰基碳原子進行親核攻擊，氧原子對底物敏感肽鍵的羰基碳原子進

52、行親核攻擊，形成一個形成一個不穩(wěn)定的過渡態(tài)不穩(wěn)定的過渡態(tài)，同時一個質(zhì)子從，同時一個質(zhì)子從 SerSer195 195 轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到 HisHis5757。1021955710219557導(dǎo)致底物的導(dǎo)致底物的敏感鍵斷裂敏感鍵斷裂，胺成分通過氫鍵與酶的，胺成分通過氫鍵與酶的 HisHis57 57 咪唑咪唑基連接基連接, , 底物的羧基部分底物的羧基部分酯化酯化到到 SerSer195 195 的羥基上。的羥基上。上述過程為第一階段：水解反應(yīng)的?；A段上述過程為第一階段：水解反應(yīng)的酰化階段?；；?胺從中間產(chǎn)物胺從中間產(chǎn)物中釋放出來中釋放出來, , 電電荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)荷轉(zhuǎn)接系統(tǒng)從水從水中吸收一個質(zhì)子中

53、吸收一個質(zhì)子, , 結(jié)果結(jié)果OHOH- - 立即攻立即攻擊連在擊連在 SerSer195 195 上上的底物的羧基碳的底物的羧基碳原子。原子。反應(yīng)進入第二階段：水解反應(yīng)的脫酰階段反應(yīng)進入第二階段：水解反應(yīng)的脫酰階段10219557形成一個不穩(wěn)定的四面體過渡態(tài)形成一個不穩(wěn)定的四面體過渡態(tài)10219557胰凝乳蛋白酶催化的四胰凝乳蛋白酶催化的四面體中間物的形成面體中間物的形成胰凝乳蛋白酶催化形成的胰凝乳蛋白酶催化形成的四面體中間物的穩(wěn)定四面體中間物的穩(wěn)定HisHis57 57 供出一個質(zhì)子到供出一個質(zhì)子到 SerSer195 195 的氧原子上，底物從的氧原子上，底物從SerSer195 195

54、上釋上釋放出來，這時酶又恢復(fù)自由狀態(tài)。放出來，這時酶又恢復(fù)自由狀態(tài)。10219557 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶為消化酶，在胰腺胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶為消化酶，在胰腺中合成，以非活性的酶原形式分泌到消化道，在消化道中中合成，以非活性的酶原形式分泌到消化道，在消化道中轉(zhuǎn)化成有活性的酶。轉(zhuǎn)化成有活性的酶。 這三種酶在一級結(jié)構(gòu)上有這三種酶在一級結(jié)構(gòu)上有40%40%的氨基酸順序是相同的，的氨基酸順序是相同的，三維結(jié)構(gòu)也很相似，都有三維結(jié)構(gòu)也很相似，都有SerSer195195、HisHis5757、AspAsp102102三個氨基酸三個氨基酸殘基構(gòu)成的催化三聯(lián)體，它們的催化作用機理

55、也相似，但殘基構(gòu)成的催化三聯(lián)體，它們的催化作用機理也相似，但它們的專一性是完全不同的。它們的專一性是完全不同的。 這三種酶的活性部位位于分子表面的凹陷區(qū)域，這個凹陷這三種酶的活性部位位于分子表面的凹陷區(qū)域，這個凹陷結(jié)構(gòu)區(qū)域稱為口袋。由于三種蛋白酶的口袋的差異造成它結(jié)構(gòu)區(qū)域稱為口袋。由于三種蛋白酶的口袋的差異造成它們的專一性不同。們的專一性不同。三種酶的底物結(jié)合口袋三種酶的底物結(jié)合口袋非常非常保守保守Conformation of proteins and positions of side chains are important for enzyme-substrate interactio

56、ns and catalysis.Forces involved in protein folding and structure are also involved in catalysis- enzyme-substrate specificity Trypsin hydrolyses proteins by cleaving peptide bond adjacent to Lys/Arg.Aspartate residue in trypsin active site mediates ionic interaction with Lys /Arg and this arranges

57、protein residue at which hydrolysis occurs.3.3.羧肽酶羧肽酶A A催化機理催化機理羧肽酶 A水解有芳香族和中性脂肪族氨基酸形成的羧基末端水解有芳香族和中性脂肪族氨基酸形成的羧基末端 羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心Zn2+的中心作用的中心作用羧肽酶催化中的電子云形變 C=O靠近電子云形變 定向極性專一性契合區(qū)H2+ +NC精氨酸C端確認區(qū)注意堿堿催化催化酸酸催化催化穩(wěn)定活性中心吸附羧氧原子使肽鍵失穩(wěn)使肽鍵失穩(wěn)第三節(jié) 酶促反應(yīng)動力學(xué)Section 3 Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 內(nèi)容：內(nèi)容： 酶反應(yīng)速度、反

58、應(yīng)過程的規(guī)酶反應(yīng)速度、反應(yīng)過程的規(guī)律及各種環(huán)境因素對酶促反應(yīng)律及各種環(huán)境因素對酶促反應(yīng)速度的影響速度的影響。米氏方程式的推導(dǎo)：米氏方程式的推導(dǎo)： Michaelis & Menten 于于1913年推導(dǎo)出了上述矩年推導(dǎo)出了上述矩形雙曲線的數(shù)學(xué)表達式，即著名的形雙曲線的數(shù)學(xué)表達式，即著名的米氏方程米氏方程。 Vmax S Km S K Kmm和和V Vmaxmax的測定：的測定： 1. Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法：雙倒數(shù)作圖法： 縱軸截距縱軸截距: 1/ Vmax斜率斜率: Km / Vmax橫軸截距橫軸截距:-1/ Km多底物的酶促反應(yīng)動力學(xué)多底物的酶促反應(yīng)動力學(xué) 分為

59、單底物、雙底物和三底物反應(yīng)分為單底物、雙底物和三底物反應(yīng)1.酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類：酶促反應(yīng)按底物分子數(shù)分類：（二）雙底物雙產(chǎn)物反應(yīng)（二）雙底物雙產(chǎn)物反應(yīng) A+BP+Q 雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)按動力學(xué)機制雙底物雙產(chǎn)物的反應(yīng)按動力學(xué)機制可分為兩大類可分為兩大類 : 雙底物雙底物 雙產(chǎn)物的反應(yīng)雙產(chǎn)物的反應(yīng) 序列反應(yīng)序列反應(yīng) （sequential reactions） 乒乓反應(yīng)乒乓反應(yīng) （ping pong reactions） 有序反應(yīng)有序反應(yīng) （orderd reactions） 隨機反應(yīng)隨機反應(yīng) （random reactions） 有序反應(yīng)（有序反應(yīng)（ordered reactions）釋放

60、釋放釋放釋放（1 1）序列反應(yīng)或單置換反應(yīng)）序列反應(yīng)或單置換反應(yīng)2.多底物反應(yīng)按動力學(xué)機制分類：多底物反應(yīng)按動力學(xué)機制分類：領(lǐng)先底物領(lǐng)先底物A和和Q競爭地與自由酶結(jié)合競爭地與自由酶結(jié)合NAD 與與NADH相互競爭相互競爭E上的上的NAD結(jié)合部位結(jié)合部位 序列有序反應(yīng)（序列有序反應(yīng)（ordered reactions 寫作寫作 ordered Bi Bi） 只有只有Leading substrate (Leading substrate (領(lǐng)先底物領(lǐng)先底物A)A)首先與酶結(jié)合，然后首先與酶結(jié)合，然后B B才才能與酶結(jié)合，形成的三元復(fù)合物能與酶結(jié)合，形成的三元復(fù)合物EABEAB（ternary complex)ternary complex)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镋PQEPQ，B B 的產(chǎn)物的產(chǎn)物P P先釋