酶的作用机制.ppt

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1、酶的作用机制§4.1酶的作用机理及实例1.底物和酶的靠近(proximity)与定向(orientation)在化学反应中，反应速度与反应物的浓度成正比，若在酶促反应系统中的催化场所—酶的活性中心，增加底物浓度，反应速度也会随之增加。酶促反应加速的原因之一，就是使底物分子集中于酶的活性中心，大大提高这个区域底物的有效浓度，从而加速酶促反应速度。曾测过某酶促反应中，溶液中的底物浓度为0.001mol/L,而在活性中心的底物浓度竟达到10mol/L，比溶液中高出一万倍！因此在酶活性中心区域的高底物浓度决定了高的反应速度。一.决定酶高效率催化的机制仅仅是靠近还不够，还需要酶和底物的

2、反应基团在反应中彼此相互严格地定向，即酶活性中心的催化基团(氨基酸残基上的基团)定向于底物的反应基团。只有既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成过渡态，加速反应的进行。靠近与定向A.酶的催化基团和底物的反应基团既不靠近，也不定向。B.两个基团靠近，但不定向，不利于反应进行。C.两个基团既靠近，又定向，有利于反应进行。2.底物变形(distortion)与电子张力(electronstrain)酶与底物结合后，底物发生变形，底物由基态变为激发态，降低了活化能，使酶促反应加速。酶与底物结合后，底物发生形变。酶与底物结合后，酶分子中的某些基团或离子可以使底物敏感键中的某些基团的电子云

3、密度增加或降低，从而产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，更易于发生反应。3.共价催化(covalentcatalysis)共价催化的一般形式是酶活性中心上的亲核基团对底物的亲电子基团进行攻击，二者形成共价键，这个共价中间物很容易变成过渡态，反应的活化能大大降低，反应速度加快。酶分子上的亲核基团有Ser-OH、Cys-SH、His-咪唑基等，这些富含电子的基团(有孤对电子)，攻击底物分子中电子云密度较小的亲电子基团，并供出电子，二者形成共价键，酶和底物形成一个不稳定的中间物，进而转变为产物。蛋白质中三种主要的亲核基团4.酸碱催化(acid-basecatalysis)共价催化

4、也可以是酶的亲电基团对底物的亲核基团进行攻击，酶分子上带正电的基团有H+、Mg2+、Fe3+—NH3+等，它们攻击底物分子上带负电的亲核基团，与底物形成共价键,进行催化。酶活性中心的一些基团作为质子的供体或质子的受体对底物进行广义的酸碱催化。组氨酸的咪唑基是酶催化反应中的最有效、最活泼的催化功能基团。咪唑基的pk=6.0,在生理pH条件下，有一半以酸性形式存在，另一半以碱性形式存在，因此既可以作质子的供体又可以作质子的受体，在酶促反应中发挥作用。广义酸基团（质子供体）广义碱基团（质子受体）COOHCOO-NH3+NH2¨OHO-SHS-CCHNHN+HCHCCHNHN∶CH蛋

5、白质中作为广义酸碱催化的功能基团5.微环境效应酶的活性中心周围的环境是一个非极性环境，即低介电环境，在低的介电环境中排斥水分子，酶的催化基团和底物分子的敏感键之间有很大的反应力，有助于加速酶促反应。如果酶的活性中心周围是一个高介电环境中，活性中心就会有水分子存在，水分子对带电离子有屏蔽作用，削弱带电离子之间的静电作用，不利于酶促反应的进行。例如：酶活性中心的羧基与水形成氢键，导致酶活性中心羧基表面有一层水化层，水分子的屏蔽作用，大大削弱了酶分子与底物离子间的静电相互引力，不利于酶促反应。二.溶菌酶（lysozyme)溶菌酶存在于鸡蛋清和动物的眼泪中，其生物学功能是催化某些细菌

6、细胞壁的多糖水解，从而溶解细菌的细胞壁。溶菌酶是第一个用X-射线法阐明其全部结构和功能的酶。是1922年伦敦细菌学家弗莱明(Fleming)首次发现的。1.底物、溶菌酶及酶和底物复合物的结构溶菌酶的底物溶菌酶通过水解某些细菌细胞壁的多糖组份来溶解细胞壁，细胞壁的多糖由两种糖组成:N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)N-乙酰氨基葡萄糖乳酸(NAM)溶菌酶的最适小分子底物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。6个糖环分别用A、B、C、D、E、F表示。溶菌酶水解D糖环和E糖环之间的糖苷键。溶菌酶的结构溶菌酶

7、由129个氨基酸残基构成，是一个单链蛋白，分子内含有四对二硫键。活性中心的氨基酸残基是Glu35和Asp52。鸡蛋蛋清溶菌酶的氨基酸序列溶菌酶和底物结合的空间构象从表面构象看，酶的结构不很紧密，大多数极性氨基酸残基分布在分子的表面，非极性氨基酸残基分布在分子的内部。整个酶分子中有一狭长的凹穴。最适底物正好与酶分子的凹穴相结合，凹穴中的Glu35和Asp52是活性中心的氨基酸残基。溶菌酶----底物复合物2.催化作用机理溶菌酶底物与酶活性中心的关系溶菌酶活性中心上的Asp52氧原子距离底物敏感键(C-O键