第三節(jié)酶的作用機制演示文稿

第三節(jié)酶的作用機制演示文稿目前一頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點優(yōu)選第三節(jié)酶的作用機制目前二頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點一般催化劑反應活化能反應總能量變化酶促反應活化能

非催化反應活化能底物（初態(tài)）產物（終態(tài)）能量改變活化過程酶促反應活化能的改變過渡態(tài)

ES(過渡態(tài))目前三頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點中間產物學說酶與底物通過形成過渡態(tài)的中間產物使反應沿一個低活化能的途徑進行。E+SES

ES

EP

E+P目前許多實驗事實證明了中間復合物的存在。目前四頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點

酶（E）與底物（S）結合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產物（P）并釋放出酶，使反應沿一個低活化能的途徑進行，降低反應所需活化能，所以能加快反應速度。E+SP+EES能量水平反應過程GE1E2中間產物假說目前五頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點從溶菌酶結構的研究中，已制成它與底物形成復合物的

結晶，并得到了X線衍射圖，證明了ES復合物的存在

目前六頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點二、酶的功能部位酶的活性部位必需基團調控部位目前七頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點1、酶的活性中心

(activecenter)

酶分子中直接與底物結合，并催化底物發(fā)生化學反應的空間區(qū)域，也稱酶的活性部位(activesite)。

目前八頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點（1）活性中心的兩個功能部位：結合部位（bindingsite）

酶分子中與底物結合的部位

決定酶對底物的專一性催化部位（catalyticsite）

酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位

決定酶促反應的類型，即酶的催化性質

目前九頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點（2）活性中心的形成活性中心的功能基團主要由氨基酸殘基的側鏈所提供，在結合蛋白酶類中還有輔酶的功能基團參加。一個酶的活性中心的氨基酸殘基，并不是密集于某段肽鏈內，而是通過肽鏈彎曲拆疊才使分散的氨基酸殘基相互接近。目前十頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點（3）酶活性部位的主要特征相對酶整個體積來說，活性部位占據(jù)的空間很小活性部位是一個三維空間結構，具有特殊的構象活性部位通常位于酶蛋白的兩個結構域或亞基之間的裂隙，或位于酶分子表面的凹槽。大多數(shù)底物都是通過次級鍵與酶結合構成活性中心的大多數(shù)氨基酸殘基為疏水性，使此小區(qū)形成一個非極性的微環(huán)境，有利于與底物結合活性中心表現(xiàn)出一定的柔性和可運動性。目前十一頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點一些酶活性部位的AA殘基

酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124

His12，His119,Lys41

溶菌酶129Asp52,Glu35

胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102，Ser195

胃蛋白酶348Asp32,Asp215

木瓜蛋白酶212Cys25,His159

羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+目前十二頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點活性中心內的必需基團結合基團(bindinggroup)與底物相結合催化基團(catalyticgroup)催化底物轉變成產物位于活性中心以外，維持酶空間構象必需的基團活性中心外的必需基團2、必需基團：酶分子上與酶活性有關的化學基團目前十三頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點常見的必需基團

絲氨酸的-OH半胱氨酸的-SH組氨酸的咪唑基天冬氨酸和谷氨酸的-COOH賴氨酸的ε-NH2酪氨酸的酚羥基目前十四頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點底物活性中心以外的必需基團結合基團催化基團活性中心

目前十五頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點牛胰蛋白酶目前十六頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶的活性中心與酶蛋白空間構象完整性之間，是辯證統(tǒng)一的關系。當酶以具有催化活性的構象存在時，活性中心便自然地形成。一旦外界理化因素破壞了酶的構象，肽鏈伸展，活性中心的特定結構解體，酶就失去催化底物發(fā)生反應的能力，結果是酶變性失活。目前十七頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶分子中存在著一些可以與其他非底物分子發(fā)生某種程度的結合的部位，從而引起酶分子空間構象的變化，對酶起激活或抑制作用。3．調控部位Regulatorysite目前十八頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點三、酶催化作用專一性的機理酶的專一性是由酶的活性中心的構象和性質決定的酶的活性中心是如何專一性的選擇底物？目前十九頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶的專一性學說

鎖鑰學說(lockandkeytheory)

誘導契合學說(induced-fithypothesis)目前二十頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶的專一性學說1、鎖鑰學說(Lockandkey)酶活性中心的形狀與底物分子形狀互補;酶活性部位≈鎖孔，底物分子≈鑰匙;整個酶分子的天然構象具有剛性結構。1890年EmilFischer提出目前二十一頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點鎖鑰學說的特點鎖鑰學說能很好地解釋酶的立體異構專一性；但不能解釋酶的可逆反應，即酶的活性中心既適合于可逆反應的底物，又適合于可逆反應的產物。也不能解釋酶專一性中的所有現(xiàn)象。目前二十二頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點2、誘導契合學說(Inducedfit)酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀;酶活性部位的構象是柔韌可變的；底物接近活性中心時，誘導酶蛋白構象發(fā)生變化，與底物成互補形狀有機的結合而催化反應進行；酶反應過程中，活性中心構象的變化是可逆的。目前二十三頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點四、影響酶催化效率的因素

高效率 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍

Why?目前二十四頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶高效催化的策略鄰近效應和定向效應誘導契合與底物的形變酸－堿催化共價催化金屬離子的催化作用多元催化活性中心微環(huán)境的影響目前二十五頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點1、鄰近效應和定向效應

酶與底物結合形成中間復合物后，使底物和底物分子（如雙分子反應）之間、酶的催化基團與底物之間相互鄰近，而使活性部位上底物的有效濃度增加，從而使反應速率大大增加的效應。－－鄰近效應

定向效應：相互靠近的底物分子之間及底物分子的反應基團與酶的催化基團之間正確的定向取位。目前二十六頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點

僅僅是靠近還不夠，還需要酶活性中心的催化基團和底物的反應基團在反應中彼此相互嚴格地定向。只有既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成過渡態(tài)，加速反應的進行。

靠近與定向A.酶的催化基團和底物的反應基團既不靠近，也不定向。B.兩個基團靠近，但不定向，還不利于反應進行。C.兩個基團既靠近，又定向，有利于反應進行。目前二十七頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點因為酶的特殊結構及功能，通過專一性識別，使參加反應的底物分子結合在酶的活性部位上，由于鄰近效應和定向效應使得酶促反應由分子間反應變得近似于分子內反應，極大提高了反應速率。目前二十八頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點“張力”和“形變”底物與酶結合酶分子構象變化底物分子的敏感鍵

產生“張力”和“形變”敏感鍵斷裂誘導有利于

酶催化的高效性機理目前二十九頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點張力學說這是一個形成內酯的反應。當R＝CH3時，其反應速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應基團之間產生一種立體排斥張力，從而使反應基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。

目前三十頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點2、誘導契合與底物形變

酶與底物在誘導契合過程中,酶受底物誘導構象發(fā)生變化,同時酶也使底物分子中的敏感鍵產生“張力”和變形，從而促使底物中的敏感鍵更易于破裂，發(fā)生反應。目前三十一頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點3、酸－堿催化(acidbasecatalysis)廣義酸－堿催化是指通過質子酸提供部分質子,或是通過質子堿接受部分質子的作用，達到降低反應活化能的過程。酶活性部位上的某些基團可以作為良好的質子供體或受體，通過瞬時的向底物提供質子或從底物接受質子以穩(wěn)定過渡態(tài)而加速反應的催化機制。目前三十二頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團咪唑基目前三十三頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點His57,Asp102,Ser195形成催化三聯(lián)體（catalytictriad)目前三十四頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點4、共價催化（covalentcatalysis）共價催化又稱親核催化或親電子催化酶的活性基團和底物通過親核或親電反應形成反應活性很高的不穩(wěn)定共價過渡復合物，使反應的活化能大大降低，從而提高反應速度。共價催化的最一般形式:酶的親核基團對底物中的碳原子進行攻擊，形成共價中間物。目前三十五頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點酶中參與共價催化的親核基團Ser的羥基Cys的巰基Asp的羧基His的咪唑基等某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價催化作用。

目前三十六頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點

胰凝乳蛋白酶chymotrypsin酶催化的高效性機理目前三十七頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點5、金屬離子的催化作用金屬離子通過3種主要途徑參與催化過程：1）通過結合底物為反應定向2）通過可逆的改變金屬離子的價數(shù)介導氧化還原反應（許多氧化-還原酶含有銅或鐵離子，作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。）3）屏蔽底物或酶活性中心的負電荷

目前三十八頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點肌紅蛋白活性中心Fe2+的作用目前三十九頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點羧肽酶活性中心Zn2+的作用目前四十頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點許多激酶的底物為ATP-Mg2+復合物目前四十一頁\總數(shù)四十四頁\編于二十二點6