第10章酶化学酶的作用机制和酶的调节.ppt

第10章 酶的作用机制和酶的调节P384 一、酶的活性部位 二、酶催化反应的独特性质 三、影响酶催化效率的有关因素 四、酶催化反应机制的实例 五、酶活性的调节控制 六、同工酶 一、酶的活性部位 概述 (一)酶活性部位的特点 (二)研究酶活性部位的方法 概 述 酶分子表现催化活性的关键部位是酶的 活性中心（active center）或活性部位（active site），是指酶分子中与底物结合并起催化反应的空间部位。 活性部位由2部分组成。①结合部位：与底物结合的部位，它决定酶的专一性。②催化部位：催化底物转化为产物的部位，它决定酶反应的性质。 酶的活性部位是由少数几个氨基酸组成，这几个氨基酸可能位于同一条肽链上，也可能位于不同的肽链上，因此，酶的活性中心是一个三维的结构。 这些活性中心的氨基酸残基在一级结构上可能相距很远，但通过多肽链的盘绕折叠，在空间结构上都处于十分邻近的位置。 活性部位的活性基团分布 三维结构形成活性中心 必需基团 酶的活性中心往往只是包括酶蛋白的几个氨基酸残基，而对于活性中心以外的氨基酸残基，并非是可有可无的，有些氨基酸残基也是酶表现催化活性所必需的，称为必需基因。因此除了活性中心外，必需基团还包括其它一些对酶活性必需的氨基酸残基。 调控部位(Regulatory site):有的酶分子中存在着一些可以与其他分子的结合的部位，从而引起酶分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用。 必需基团： 酶分子中与酶的活性有关的基团。这些基团若经化学修饰（如氧化、还原、酰化、烷化等）使其改变，则酶的活性丧失。 常见的必需基团有Ser的羟基，His的咪唑（1,3-二氮杂环戊二烯）基等。 （一）酶活性部位的特点 1、活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分。 2、酶的活性部位是一个三维实体。 3、酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而 是在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子, 有时是二者构象同时发生变化后才互补的。 （诱导 契合学说）。 4、酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物 分子结合到裂缝内并发生催化作用。 5、底物通过次级键较弱的力结合到酶上。 6、酶活性部位具有柔性或可运动性。 （二）研究酶活性部位的方法 1、酶分子侧链基团的化学修饰法 2、动力学参数测定法 活性部位的氨基酸残基解离状态与酶的活性直接有 关，可测其动力学参数。 3、X射线晶体结构分析法 4、定点诱变法 改变编码蛋白质基因DNA的顺序，研究活性部位的氨 基酸。 二、酶催化反应的独特性质 1、酶的反应可分为两类：一类仅涉及到电子的转移；另一类涉及到质子和电子两者或其他基团的转移。大部分反应属第二类。 2、酶的催化作用是由活性中心的氨基酸侧链基团和辅酶共同完成的。 3、酶催化反应的最适PH范围通常是狭小的。 4、与底物相比，酶分子往往很大，但活性部位通常只比底物稍微大一些。 5、催化反应除了必需的活性部位以外，还有其他特性，使反应更有利的进行。 三、影响酶催化效率的有关因素 (一)底物和酶的邻近效应(approximation，proximity) 与定向效应(orientation) (二)底物的形变(distortion)和诱导契合(induced fit) (三)酸碱催化(acid—base catalysis) (四)共价催化(covalent catalysis) (五)金属离子催化 (六)多元催化和协同效应 (七)活性部位微环境的影响 活性部位位于疏水环境的裂缝中，活性部位化学基团的反应活性和反应速度在非极性介质与极性介质中有显著差别。 (一)底物和酶的邻近效应(approximation，proximity)与定向效应(orientation) 邻近效应：是指酶与底物结合形成中间复合物后，使底物和底物之间（双分子反应），酶的催化基团与底物之间有严格的定向而使有效浓度得以极大的升高，从而使反应速率大大增加的一种效应。 定向效应：反应物的反应基团之间和酶的催化基团之间的正确取位产生的效应。 （二）底物的形变(distortion)和诱导契合(induced fit) (三)酸碱催化(acid—base catalysis) 酸碱催化是酶通过瞬时的向底物提供或接受质子以形成稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。 在水溶液中通过高反应性的质子和氢氧离子进行的催化称为专一的酸碱催化或狭义的酸碱催化（ Specific acid-base catalysis ）。 通过H+和OH-以及能提供H+和O