酶的催化机制培训讲学.ppt

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1、第四章酶的催化机制酶分子在一级结构的基础上盘绕折叠成特定的空间结构（即三维结构）才具特定的催化功能。其中包括二级结构（主链碳原子局部空间排列，即a螺旋、β折叠和β转角），三级结构（在三维空间中折叠成紧密的近球状结构）和四级结构（寡聚酶的亚基之间的相互结合）。酶的高效率、高度专一性和酶活可调节等催化特性，都与酶蛋白本身的结构直接相关，酶蛋白的一级结构决定酶的空间构象，而酶的特定空间构象是其生物功能的结构基础。人们只有更深入地认识酶、才能更好地控制酶和应用酶，即在不断研究酶的结构和功能的具体关系和催化机理的基础上，才能研制新的酶类，开发出更广泛的用途。第一节

2、酶的活性部位（活性中心）酶的活性部位是指酶分子中结合底物并催化底物转化成产物的区域。活性部位包括底物的结合部位和催化部位。参与底物结合的氨基酸残基称为结合基团，直接参与催化过程的基团称为催化基团，这些氨基酸残基在一级结构可能相距很远，但在空间结构中却相距很近，处于酶分子的表面并组成一个裂隙和流水口袋。一、活性部位在整个酶分子中只占很小一部分酶与其他蛋白质一样，是一个结构极其复杂的大分子，而参与底物结合和催化的基团，则只是少数几个氨基酸残基。作为活性部位的裂隙只占酶分子中很小的一部分。二、活性部位是具有三维结构的裂隙酶的活性部位具有复杂三维结构的形态，构成

3、活性部位的氨基酸残基处于酶分子一级结构上的不同部位，有的残基相距很远，然而在空间结构上却相距很近，可协同结合和催化底物。例如溶菌酶分子中有129个氨基酸残基，活性部位的重要基团则是由Glu35，Asp52，Trp62，Trp63和Asp101残基提供的。三、底物与酶活性部位是通过次级键结合的酶与底物的复合物ES的平衡常数在10-2～10-8mol／L的范围内，其相互作用的自由能变化相当于-3～-12kcal／mol的范围。我们知道，共价键的自由能变化在-50～-110kcal／mol的范围内，相比之下，底物与酶的结合力是很弱的。四、活性部位的裂隙具有高度

4、疏水性在已知结构的酶分子中，与底物分子结合的活性部位裂隙，通常水分子是进不去的，除非水分子本身是底物分子。裂隙中也含有几个对结合和催化来说是必需的极性残基，但并不影响整个裂隙的疏水性，因此有人将活性部位形象地称之为“疏水口袋”，活性部位的疏水性增进了底物的结合，是酶具有高效率的原因之一。参与底物结合的基团总和称为结合部位，参与催化过程的基团总和称为催化部位。实际上这两个部位的几何位置并不截然分开，采用这两个名称只是为了便于说明作用的机制。五、活性部位构象上的柔性酶催化的专一性取决于酶分子活性部位必需基团各原子的空间排布以及酶与底物之间的多点结合。1890

5、年Fisher曾提出酶和底物相互作用的锁一匙模型，然而后来研究结果表明，酶的活性部位并不是刚性不变的，在结合底物时酶分子的活性部位构象发生了改变，这个过程是个动态的过程，称为诱导契合。近年来，基于大量的在去折叠过程中失活与构象变化的比较研究的重要事实，我国科学家邹承鲁提出了酶分子的活性部位柔性的理论，并指出这种柔性是酶催化作用所必需的。也就是说，酶分子的活性部位构象上相对的柔性是酶催化所必需的。第二节酶的活性部位的研究方法一、发现与证实ChT（胰凝乳蛋白酶）241个氨基酸，分子量25700。此酶可水解芳香族氨基酸的羧基端形成的肽键；可水解芳香族氨基酸的羧

6、基端形成的酯键。设计人造底物——乙酰酪氨酸乙酯。由于底物很小，故它与酶只是点接触，而酶又能使其水解，说明酶分子直接参与酶催化的部位只不过是一小部分。溶菌酶129个氨基酸，分子量14600。水解细胞壁（多糖）而溶菌酶直接接触的只是六个六碳糖，也说明酶分子只有小部分参与作用。I（抑制剂）→二异丙基氟磷（DFP）ChT+DEP→活性丧失经测定DEP与ChT的195位Ser结合，而ChT有27个Ser，只与195-Ser结合，可见此Ser与其它Ser性质不同，可能处于特殊部位。ChT酶原与ChT结构很相近，但DEP+ChT酶原→不结合不结合者无酶活，可以推测抑制

7、剂结合的部位可能是活性中心二、活性部位含义酶的活性部位是酶分子的一小部分，是酶分子中与底物结合并催化反应的场所。活性部位是由几个氨基酸侧链基团组成（包括辅酶、金属离子等），它们在一级结构中位置可能很远，但形成空间结构后位置很近，活性部位实质上是某一空间区域而不是一个点或面。酶的活性部位包括底物结合部位、催化部位。羧肽酶A（全酶）活性部位：Tyr，Arg，Glu；Zn++。三、催化部位和结合部位催化部位是催化反应中直接参与电子授受关系的部位，经研究ChT的催化部位已清楚，其电荷传递系统为Asp102——His57——Ser195（*一级结构较远但空间位置较

8、近）而T（胰蛋白酶）具有与ChT相同的催化部位。ChTGly障碍小，故芳香族氨基