第三节 酶的作用机制

1、三、酶催化作用专一性的机理三、酶催化作用专一性的机理一、中间产物学说一、中间产物学说四、影响酶催化效率的因素四、影响酶催化效率的因素 二、酶的功能部位中间产物学说二、酶的功能部位中间产物学说又叫又叫过渡态学说过渡态学说过渡态过渡态 ES ( 过渡态过渡态)酶与底物通过形成过渡态的酶与底物通过形成过渡态的中间产物使反应沿一个低活化能中间产物使反应沿一个低活化能的途径进行。的途径进行。ES EP 目前许多实验事实证明了中间复合物的存在。目前许多实验事实证明了中间复合物的存在。 231KEPKESKSE 酶（酶（E E）与底物（）与底物（S S）结）结合生成不稳定的中间物（合生成不稳定的中间物（ES

2、ES），再分解成产物（），再分解成产物（P P）并释放出酶，使反应沿）并释放出酶，使反应沿一个低活化能的途径进行一个低活化能的途径进行，降低反应所需活化能，降低反应所需活化能，所以能加快反应速度。所以能加快反应速度。E+SE+SP+ EP+ EESES能能量量水水平平反应过程反应过程 G G E E1 1 E E2 2中间产物假说中间产物假说 酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的空间区域，也称酶的活性部位学反应的空间区域，也称酶的活性部位(active site)。 酶酶 AAAA残基数残基数 活性部位的活性部位的AAAA残基残基 核糖核酸酶

3、核糖核酸酶 124 124 His12， His119, Lys41 溶菌酶溶菌酶 129 129 Asp52, Glu35 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 241 241 His57, Asp102，Ser195 胃蛋白酶胃蛋白酶 348 348 Asp32, Asp215 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 212 212 Cys25, His159 羧肽酶羧肽酶A 307 A 307 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+结合基团结合基团binding group催化基团催化基团(catalytic group)催化底物转变成产物催化底物转变成产物 位于活性中心以外，维持酶空间构象必需位于活性

4、中心以外，维持酶空间构象必需的基团的基团活性中心外的必需基团活性中心外的必需基团2、必需基团：酶分子上与酶活性有关的化学基团、必需基团：酶分子上与酶活性有关的化学基团底底 物物 活性中心以外活性中心以外的必需基团的必需基团结合基团结合基团催化基团催化基团 活性中心活性中心 3 3调控部位调控部位 Regulatory siteRegulatory site 锁钥学说锁钥学说(lock and key theory)(lock and key theory) 诱导契合学说诱导契合学说(induced-fit hypothesis)(induced-fit hypothesis)酶活性中心的形状与

5、底物分子形状互补酶活性中心的形状与底物分子形状互补;酶活性部位酶活性部位锁孔，底物分子锁孔，底物分子钥匙钥匙;整个酶分子的天然构象具有刚性结构整个酶分子的天然构象具有刚性结构。1890年 Emil Fischer 提出酶表面并没有一种与底物互补的固定形状酶表面并没有一种与底物互补的固定形状;酶活性部位的构象是柔韧可变的酶活性部位的构象是柔韧可变的；底物接近活性中心时，诱导酶蛋白构象发生变化，与底物成底物接近活性中心时，诱导酶蛋白构象发生变化，与底物成互补形状有机的结合而催化反应进行；互补形状有机的结合而催化反应进行；酶反应过程中，活性中心构象的变化是可逆的。酶反应过程中，活性中心构象的变化是可

6、逆的。 定向效应：定向效应：相互靠近的底物分子之间及底物分子相互靠近的底物分子之间及底物分子的反应基团与酶的催化基团之间正确的定向取位。的反应基团与酶的催化基团之间正确的定向取位。仅仅是靠近还不够，还需要酶活性中心的催化基团仅仅是靠近还不够，还需要酶活性中心的催化基团和底物的反应基团在反应中彼此相互严格地定向。只和底物的反应基团在反应中彼此相互严格地定向。只有有既靠近又定向既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成过渡态，底物分子才能迅速的形成过渡态，加速反应的进行。加速反应的进行。“张力张力”和和“形变形变” 酶催化的高效性机理RCRCH2OHOOHH2ORROOHHSreric strain 酶

7、与底物在诱导契合过程中酶与底物在诱导契合过程中, ,酶受底物诱导构象酶受底物诱导构象发生变化发生变化, , 同时酶也使底物分子中的敏感键产生同时酶也使底物分子中的敏感键产生“张力张力”和变形，和变形， 从而促使底物中的敏感键更易于从而促使底物中的敏感键更易于破裂，发生反应。破裂，发生反应。广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子, ,或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程低反应活化能的过程。酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体，供体或受体，通过瞬

8、时的向底物提供质子或从通过瞬时的向底物提供质子或从底物接受质子以稳定过渡态底物接受质子以稳定过渡态而加速反应的催化而加速反应的催化机制。机制。His57,Asp102,Ser195形成催化三联体（形成催化三联体（catalytic triad)共价催化又称亲核催化或亲电子催化共价催化又称亲核催化或亲电子催化酶的活性基团和底物通过亲核或亲电反应形成反应酶的活性基团和底物通过亲核或亲电反应形成反应活性很高的活性很高的不稳定共价过渡复合物不稳定共价过渡复合物，使反应的活化，使反应的活化能大大降低，从而提高反应速度。能大大降低，从而提高反应速度。共价催化的最一般形式共价催化的最一般形式: :酶的亲核基

9、团对底物中的酶的亲核基团对底物中的碳原子进行攻击，形成共价中间物碳原子进行攻击，形成共价中间物。某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。以参与共价催化作用。 酶催化的高效性机理羧肽酶活性中心羧肽酶活性中心ZnZn2+2+的作用的作用 His57,Asp102,Ser195形成催化三联体（形成催化三联体（catalytic triad)7 7、 活性中心微环境的影响活性中心微环境的影响酶催化的高效性的机理Val216 Thr226Gly216 Gly226Gly216 Gly226 锁钥学说锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分：将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的活性中心。 诱导契合学说诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔性，底：酶的活性中心在结构上具柔性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与样就使酶活性中心有关基团正确排列和定向，使之与底物成互补形状有机的