2011 酶作用机制

2、底物的形变与诱导契合
酶与底物相互接近，结构相 互诱导、相互变形，进而相 互结合 酶的构象改变有利于与底物 的结合 底物在酶的诱导下发生变形， 处于过渡态，易受到催化基 团的攻击
脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底 物，说明酶可以引起底物的形变。
小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力远 大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。
(4)别构酶的结构特点和性质



已知的别构酶都是寡聚酶，通过次级键结合。 具有活性中心和调节中心，活性中心和调节中 心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 调节物多为小分子 调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 动力学特点：不遵循米氏方程，动力学曲线是 S型或表观双曲线 稳定特性：室温稳定，0℃不稳定
(2)别构酶

别构酶一般是多亚基构成 的聚合体，一些亚基为催 化亚基，另一些亚基为调 节亚基。 当调节亚基或调节部位与 变构剂结合后，就可导致 酶的空间构象发生改变， 从而导致酶的催化活性中 心的构象发生改变而致酶 活性的改变。

(3)协同效应


当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂） 结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对 配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶 的协同效应。 如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力 增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同 效应。
C
O
Asp
52
(NAG) 3
最后，来自环境中的水分子上的H+与Glu35的COO-结合，水分子上的HO-与正碳离子结合，至此，
一次反应完成，细胞壁打开一个缺口。经多次重
复作用，细菌的细胞壁溶解。
（４）溶菌酶的作用机制
靠近与定向 底物形变 酸碱催化
九、酶活性的调节控制和调节酶


调控部位(Regulatory site):酶分子中存在着
一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位， 从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或 抑制作用
2. 酶活性中心的必需基团
O


酶表现催化活性不可 缺少的基团。 亲核性基团：丝氨酸 的羟基，半胱氨酸的 巯基和组氨酸的咪唑 基。
H2N

催化部位(Catalytic site):


酶分子中促使底物发生化 学变化的部位称为催化部 位。 通常将酶的结合部位和催 化部位总称为酶的活性部 位或活性中心。 结合部位决定酶的专一性， 催化部位决定酶所催化反 应的性质。
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶
牛胰核糖核酸酶
残基总数
124
活性中心残基
O原子向后移动
和 O在同一平面上
溶菌酶底物D糖环变形模型图
溶菌酶的活性中 心的氨基酸残基 与底物敏感键既
靠近又定向。
NAG NAG E
O
O
E
O O +H
O
C4
Glu C
35
O H O
H -O
Glu C
Asp
52 35
O
C1 H
C
O
H C4 H O + OC1 H C O D O
Asp
52
D
OH (NAG) 3
1、底物和酶的邻近效应与定向效应 2、底物的形变与诱导契合 3、酸碱催化 4、共价催化 5、活性中心金属离子 6、活性部位微环境的影响
1、底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底
物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近， 提高了反应基团的有效浓度。


定向效应：由于酶的构象作用，底物的反应
蛋白质的磷酸化主要由蛋白激酶催化 磷酸化主要以P-O键或P-N键连接
磷酸化
腺苷酰化
尿苷酰化
ADP糖基化
甲基化
蛋白质的磷酸化
NTP NDP 蛋白激酶
蛋白质
Pi H2O
蛋白质-Pi
蛋白磷酸酶
（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu P-O键结合
（2）Lys、Arg、His P-N
蛋白激酶有一定的底物特异性， 识别特定的氨基酸序列（保守序列）



酶原激活的生理意义 a. 保护组织器官本身免受酶的水解破坏；
b. 保证酶在特定时空发挥催化作用； c. 酶原可视作酶的储存形式。
（1）胰蛋白酶原的激活
胰蛋白酶对各种胰脏蛋白酶原的激活
3、可逆的共价修饰
概念：共价调节酶通过其它酶对其多肽链上某些基团 进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的状态， 从而起到调节酶的作用，称为可逆的共价调节。 特点：共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两 种形式之间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。 种类：磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、ADP-糖基化、 甲基化等
酸残基是Glu35和Asp52 。
而Asp52处于极性区，羧基呈解
离状态。
（２）溶菌酶的底物
N-乙酰氨基葡萄糖 (NAG) N-乙酰氨基葡萄糖乳酸(NAM)
NAG和NAM交替排列形成多 聚物，它们之间通过β -1,4 糖苷键相连。溶菌酶的最适 小分子底物为NAG-NAM交替形 成的六糖。
（３）溶菌酶与底物 复合物
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。
3.酶活性中心的特点




占酶分子的极小部分 酶活性部位是三维实 体 诱导契合.构象改变 酶活性部位位于酶分 子的一个裂缝内 底物通过次级键与酶 结合 活性部位具有柔性
酶的高效催化的结构
(二)、酶高效性的作用机理
* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5)
H H H H LDH1 (H4)
H H H M LDH2 (H3M)
H H M M LDH3 (H2M2)
H M M M LDH4 (HM3)
M M M M LDH5 (M4)
乳酸脱氢酶的同工酶
1922年Fleming在鼻黏液中发现一种具有溶解细菌能 力的酶，定名为溶菌酶。随后又在鸡蛋清中发现了这 种酶，是自然界分布很广的一种酶。溶菌酶是第一个 用X-射线法阐明其全部结构和功能的酶。
（１）.溶菌酶的结构
酶活性中心的Glu35处于非 极性区，其羧基呈不解离状态， 溶菌酶相对分子量１４６００， 由１２９个氨基酸残基所组 成．四对二硫键。活性中心的氨基
(NAG ) 3 非极性区
极性区 H2 O
a.Glu35的羧基向底物D糖环和E糖环之间的糖苷键上的氧
原子提供一个质子，氧原子与D糖环C1的糖苷键断开， b.D糖环的C1 带上正电荷成为正碳离子。Asp52上的-COO起着协调糖苷键断裂和稳定正碳离子的作用。
HO
H C1
-O
Glu 35
C
O H
O
O
D
七 酶的作用机制和调节
（一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直 接有关的区域叫酶的活
性中心（active center）
或活性部位（active
site)。

结合部位(Binding
site)：酶分子中与底物 结合的部位或区域一般 称为结合部位。
1、别构效应的调控 2、酶原的激活 3、共价调节
调节对象：关键酶 调节方式：调节酶浓度
调节酶活性
关键酶（Key enzyme)
可以通过改变其催化活性而使整个代谢反 应的速度或方向发生改变的酶，称为限速 酶或关键酶。



一般位于代谢途径的起始或分支处； 催化单向不可逆反应； 活性较低，活性最低者又称为限速酶； 是可调节酶。
His12, His119, Lys41
溶菌酶 牛胰凝乳蛋白酶 牛胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 弹性蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 碳酸酐酶
129 245 238 212 240 275 258
Asp52, Glu35 His57, Asp102,Ser195 His46, Asp90, Ser183 Cys25, His159 His45, Asp93, Ser188 His46, Ser221 His93-Zn-His95 His117

酸碱性基团：天门
冬氨酸和谷氨酸的羧 基，赖氨酸的氨基， 酪氨酸的酚羟基，组 氨酸的咪唑基和半胱 氨酸的巯基等。
CH2 H2N CH2 C OH
结合基团---专一性 活性中心内必需基团 催化基团---催化能力
活性中心外必需基团

活性中心内的必需基团 结合基团 (binding group) 与底物相结合 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
基团之间、酶与底物的反应基团之间正确取向 的效应.
咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快 24倍。
邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更 好的定向，使反应速率提高2.5×1011
酶把底物分子从溶液 中富集出来，使它们 固定在活性中心附近， 反应基团相互邻近， 同时使反应基团的分 子轨道以正确方位相 互交叠，反应易于发 生。

别构酶与非调节酶动力学曲线的比较

别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
2.酶原的激活


没有活性的酶的前体称为酶原。 酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原 的激 活.该过程实质上是酶活性部位形成和暴露的 过程。
酶原的激活的生理意义

具有不可逆性。
消化系统中的酶（胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胃蛋 白酶）
3、酸碱催化
酸碱催化是通过瞬时向反应物提供或接受质子以稳定过渡态， 加速反应的一种催化机制。
影响酸碱催化反应速度的因素