第四章　　酶和酶学.ppt

反应级数： 3.酶的催化活性是可以调节的 许多因素可以影响或调节酶的催化活性 ，如代谢物、对酶分子的共价修饰、酶蛋白 的合成改变等。 (一) 酶作用专一性的机制 酶分子活性中心部位，一般都含有多个具有催化活性的手性中心，这些手性中心对底物分子构型取向起着诱导和定向的作用，使反应可以按单一方向进行。 酶能够区分对称分子中等价的潜手性基团。 二.酶促反应的机制　　 1.“三点结合”的催化理论 认为酶与底物的结合处至少有三个点，而且只有一种情况是完全结合的形式。只有这种情况下，不对称催化作用才能实现。 2.锁钥学说 “锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。即认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。 3.诱导契合学说 诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。 １.中间复合物学说 酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物。 ? E + S ES E +P 中间产物存在的证据： (1). 同位素32P标记底物法（磷酸化酶与葡萄糖结合）； (2). 吸收光谱法（过氧化物酶与过氧化氢结合）。 （二）酶作用高效率的机制 酶促反应：E + S === ES === ES? ? ?? EP ?? E + P 反应方向, 即化学平衡方向,主要取决于反应自由能变化?H?。 而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能Ea。 催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到提高反应速度的作用? 2. 活化能降低 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间物； 其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。 3.与酶的高效率催化有关的因素 酶分子为酶的催化提供各种功能基团和形成特定的活性中心，酶与底物结合成中间产物，使分子间的催化反应转变为分子内的催化反应。 趋近效应与定向作用 张力作用 酸碱催化作用 共价催化作用 酶活性中心的低介电区（表面效应） 在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度； 另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。 (1)邻基效应和定向效应 咪唑和对-硝基苯酚乙酸酯的反应是一个双分子氨解反应. 例 例 实验结果表明，分子内咪唑基参与的氨解反应速度比相应的分子间反应速度大 24 倍。说明咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很大的影响。 (2). “张力”与“形变” 酶与底物的结合，不仅酶分子发生构象变化，同样底物分子也会发生扭曲变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产生键扭曲，降低了反应活化能。 张力学说 这是一个形成内酯的反应。当 R＝CH3时，其反应速度比 R＝H的情况快315倍。 由于-CH3体积比较大，与反应基团之间产生一种立体排斥张力，从而使反应基团之间更容易形成稳定的五元环过渡状态。 (3). 酸碱催化 　　酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸-碱催化方式。 　　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，达到降低反应活化能的过程，即通过向反应物（作为碱）提供质子或从反应物（作为酸）夺取质子来达到加速反应的一类催化（广义酸碱催化，Bronsted的酸碱定义）。 蛋白质中起酸或碱催化的功能基团有：氨基、羧基、咪唑基、巯基和酚基。 　　影响酸碱催化反应速度的两种因素：a. 酸或碱的强度（pK）；b. 质子传递的速度。His的咪唑基最活跃。 (4). 共价催化：底物分子的一部分与酶分子上的活性基团间通过共价结合而形成的中间物，快速完成反应。 Lewis的酸碱电子理论：酸是可以接受电子对的物质，而碱则是可以提供电子对的物质，前者是亲电物质，后者是亲核物质。共价催化又称亲核或亲电子催化。实际上也是酸碱催化。 Ser-OH —CH2—S · · ： H —CH2—O · · ： H Cys-SH —CH2—C=CH HN N CH ： Hi