酶的作用机制和酶的活性部位调节

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1、第11章酶作用机制和酶活性调节主要内容酶的活性部位酶促反应机制酶活性的别构调节酶活性的共价调节同工酶一、酶的活性部位1.酶的活性部位（activesite，活性中心activecenter）:是指酶分子的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定的空间结构的微小区域，在这里必需基团参与和底物结合并完成把底物转变成产物的化学反应。酶活性部位：结合部位+催化部位结合基团(bindinggroup)：参与和底物结合的必需基团；决定酶的专一性。催化基团(catalyticgroup)：催化使底物转变为产物的化学反应的必需基团；决定酶的催化能力。必需基团：某些氨基酸

2、残基的侧链、有时也包括辅酶分子或它的基团。酶蛋白必需残基非必需残基活性中心活性中心外接触残基辅助残基结构残基结合残基催化残基非贡献残基酶分子中的残基分为四类：接触残基：负责底物的结合与催化辅助残基：起协助作用；结构残基：维持酶的构象；非贡献残基：它的替换对活性无影响，但对酶的免疫、运输、调控与寿命等有作用。前二者构成活性中心，前三者称为酶的必需基团。接触残基：R1、R2、R6、R8、R9、R163辅助残基：R3、R4、R5、R164、R165结构残基：R10、R162、R169非贡献残基：其它2.酶活性部位的一般特点①只占酶整体的相当小的一部分（1%~2

3、%）。②是一个三维实体。③底物结合的专一性决定于活性部位中精确地原子排列，即直接契合或诱导契合。④大多数底物都是以相当弱的力与酶活性部位结合的，这些力与稳定酶（蛋白质）三维结构的力基本相同。⑤活性部位是酶分子表面的一个空穴或裂沟。疏水的微环境下有利于极性氨基酸残基发生结合和催化。频率最高的活性中心的氨基酸残基：Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。GluSer二、酶促反应机制（一）基元催化的分子机制：基元催化:是由某些基团或小分子催化的反应，包括酸碱催化共价催化金属离子催化（二）酶具有高催化能力的原因邻近和定向效应诱导契合和底物形变电荷

4、极化和多元催化疏水的微环境的影响1.酸碱催化（acid-basecatalysis）暂时性地向底物提供质子或从底物接纳质子以稳定过渡态的一种催化机制。特殊的酸碱催化（或狭义）：一般的酸碱催化（或广义）：H+和OH-的催化作用质子酸提供质子,或是质子碱接受质子的作用。√（一）基元催化的分子机制2.共价催化（covalentcatalysis）A-X+EA+X-EX-E+BB-X+E催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程。包括亲核催化（为主）和亲电催化。亲核催化：由亲核催化剂（多电子）加速的反应，催化剂向反应

5、物的亲电中心（常是碳原子核）提供电子，形成共价配位键，并产生一个不稳定的共价中间产物。酶上的亲核基团：丝氨酸羟基、半胱氨酸巯基、组氨酸咪唑基底物的亲电中心：磷酰基、酰基和糖基。亲电催化：由亲电催化剂（缺电子）加速的反应。通常涉及产生亲电中心的辅酶。如以磷酸吡哆醛为辅酶的天冬氨酸转氨酶、丙氨酸消旋酶等。3.金属离子催化（metalioncatalysis）需要金属的酶分类：金属酶：含紧密结合的金属离子，主要为稳定酶的天然构象所必需，如Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co2+。金属激活酶：含松散结合的金属离子，可能只在催化期间结合，如Na+、K+、M

6、g2+、Ca2+。金属离子的作用：作为亲电催化剂稳定反应时形成的负电荷，以利于底物进入反应过渡态。（二）酶具有高催化能力的原因1.邻近效应与定向效应作用：使分子间的反应变成类似分子内的反应邻近效应（proximityeffect）：中间复合物的形成使有效浓度极大升高。定向效应（orientationeffect）：正确取位。2.诱导契合和底物的形变诱导契合（inducedfit）：很多酶的活性部位并不直接与底物契合，必须在底物诱导下发生构象变化才能与底物贴切结合。底物的形变（substratedistortion）：底物一旦被结合上，酶就能使底物形变或扭

7、曲。主要是电子的重新分配，产生所谓电子张力，使旧键弱化，并促使新键形成。底物分子发生变形底物和酶都发生变形3.电荷极化和多元催化电荷极化——为基元催化提供了催化基团，包括广义酸碱、亲核剂、亲电剂和金属离子。诱导契合——为基元催化创造了空间条件：把催化基团定位于底物的敏感键。在酶促反应中经常几个催化基元配合在一起共同起作用。多元催化提供了降低活化焓的途径，是使酶加速反应的重要因素之一。胰凝乳蛋白酶是通过活性部位中Asp102、His57、Ser195组成的“电荷中继网”催化肽键水解，包括亲核催化和广义碱催化的协同作用。P1794.疏水的微环境的影响酶的活性

8、部位常是一个低介电区域，即疏水基团衬里或环绕的区域。在疏水环境中底物分子与催化基