《生物化学》课程PPT教学课件：第三节 酶的作用机理

第三节酶的作用机理 酶的活性中心 (一)基本概念:酶的活性中心是指结合底物和将底物转化 为产物的区城,通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维 实体。酶的活性中心包括两个功能部位:结合部位和催化 部位。 1.结合部位( Binding site) 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部 位。此部位决定酶的专一性 2.催化部位( catalytic site) 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部 位。此部位决定酶所催化反应的性质。 (必需基团、非必需基团)

第三节 酶的作用机理 （一）基本概念：酶的活性中心是指结合底物和将底物转化 为产物的区域，通常是相隔很远的氨基酸残基形成的三维 实体。酶的活性中心包括两个功能部位：结合部位和催化 部位。 1．结合部位（ Binding site） 酶分子中与底物结合的部位或区域一般称为结合部 位。此部位决定酶的专一性。 2．催化部位（ catalytic site ） 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部 位。此部位决定酶所催化反应的性质。 （必需基团、非必需基团） 一、 酶的活性中心

必需基团:酶分子中有些基团若经化学修饰 (氧化、还原、酰化、烷化)使其改变, 则酶的活性丧失,这些基团称为必需基团。 非必需基团:有的酶温和水解掉几个AA残 基,仍能表现活性,这些基团即非必需基 团

◼ 必需基团:酶分子中有些基团若经化学修饰 （氧化、还原、酰化、烷化）使其改变， 则酶的活性丧失，这些基团称为必需基团。 ◼ 非必需基团：有的酶温和水解掉几个AA残 基，仍能表现活性，这些基团即非必需基 团

(二)酶活性中心的结构特点 1活性中心只占酶分子总体积的很小一部分,往往 只占整个酶分子体积的1%2%。 某些酶活性部位的AA残基 酶 AA残基数活性部位的AA残基 核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41 溶菌酶 129 Asp52, Glu35 胰凝乳蛋白酶 241 His57, Asp102, Ser195 胃蛋白酶 348 Asp32, Asp215 木瓜蛋白酶 212 Cys25, His159 羧肽酶A 307Arg127,Gu270,Tyr248.zn2+

（二）酶活性中心的结构特点 1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往往 只占整个酶分子体积的1%-2%。 某些酶活性部位的AA残基 酶 AA残基数 活性部位的AA残基 核糖核酸酶 124 His12, His119, Lys41 溶菌酶 129 Asp52, Glu35 胰凝乳蛋白酶 241 His57, Asp102, Ser195 胃蛋白酶 348 Asp32, Asp215 木瓜蛋白酶 212 Cys25, His159 羧肽酶A 307 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+

(二)酶活性中心的结构特点 2.酶的活性部位是一个三维实体,具有三维空间结构。 活性中心的空间构象不是刚性的,在与底物接触时表 现出一定的柔性和运动性。(邹承鲁研究酶变性的工 作) 3.酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的,而是 在酶和底物的结合过程中,底物分子或酶分子、有时 是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的,此 时催化基团的位置正好处在所催化底物键的断裂和即 将生成键的适当位置,这个动态辨认过程称为诱导契 合( induced-fit) 4.酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂隙( crevice) 内裂隙内是一个相当疏水的环境,从而有利于同底物 的结合。 5.底物靠许多弱的键力与酶结合

2. 酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。 活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表 现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的工 作） 3. 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而是 在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶分子、有时 是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，此 时催化基团的位置正好处在所催化底物键的断裂和即 将生成键的适当位置，这个动态辨认过程称为诱导契 合（induced-fit）. 4. 酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂隙（crevice） 内.裂隙内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物 的结合。 5. 底物靠许多弱的键力与酶结合。 （二）酶活性中心的结构特点

(三)判断和确定酶活性中心的主要方法 酶的专一性研究:研究酶的专一性底物的 结构特点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。 酶分子侧链基团的化学修饰法:例如1 用共价修饰的试剂作用于酶,查明保持酶活 力的必需基团;2亲和标记(合成底物类似 物);3.—SH保护剂的使用; X-射线晶体衍射法: 定点诱变法

（三）判断和确定酶活性中心的主要方法 ◼ 酶的专一性研究：研究酶的专一性底物的 结构特点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。 ◼ 酶分子侧链基团的化学修饰法：例如1. 用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持酶活 力的必需基团；2.亲和标记（合成底物类似 物）；3.—SH保护剂的使用； ◼ X-射线晶体衍射法： ◼ 定点诱变法

用共价修饰的试剂作用于酶,查明保持 酶活力的必需基团 H3C CH-O 0-CH OH H3C CH3 Active site Diisopropyl fluorophosphate serine 二异丙基氟磷酸 的作用 E HaC CH3 CH-O H3C

▪ 用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持 酶活力的必需基团 DFP 的 作 用 二异丙基氟磷酸

Bovine trypsin 牛胰蛋白酶 His57 Asp102 er195 Asp189 ANN

牛胰蛋白酶

二、酶作用专一性的机制 锁钥学说(1894年 Emil Fischer)- lock and key或模板 学说( template):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。 (酶的多底物现象、酶对正反方向的催化、相对专一性 诱导契合学说(1958年 D Koshland)_ induced fit: 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固 定形状,而只是由于底物的诱导才形成了互补 形状从而有利于底物的结合。概括其要点:四个方 面

二、 酶作用专一性的机制 ◼ 锁钥学说（1894年Emil Fischer）—lock and key或模板 学说（temolate）：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。 （酶的多底物现象、酶对正反方向的催化、相对专一性） ◼ 诱导契合学说（1958年 D.Koshland)_induced fit： 该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固 定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补 形状,从而有利于底物的结合。概括其要点：四个方 面

A.酶有其原来的形状,不一定一开始就是底物的 模板 B.底物能诱导酶蛋白的形状发生一定变化(专一 性结合) C.当酶的形状发生变化后,就使得其中的催化基 团形成正确的排列。 D.在酶反应过程中,酶活性中心构象的变化是可 逆的。即酶与底物结合时,产生一种诱导构象 反应结束时,产物从酶表面脱落,酶又恢复其 原来的构象

诱导契合学说的要点 A. 酶有其原来的形状，不一定一开始就是底物的 模板 B. 底物能诱导酶蛋白的形状发生一定变化（专一 性结合） C. 当酶的形状发生变化后，就使得其中的催化基 团形成正确的排列。 D. 在酶反应过程中，酶活性中心构象的变化是可 逆的。即酶与底物结合时，产生一种诱导构象， 反应结束时，产物从酶表面脱落，酶又恢复其 原来的构象

三、酶作用高效率的机制 (一)降低反应的活化能( activation energy) 活化能在一定温度下一摩尔底物全部进入活 化态所需要的自由能,单位是KJ/mol (增加温度、加入催化剂降低反应活化能) 酶促反应:E+S===ES===Es*→EP →E+P 非酶促反应:s->P 催化剂的作用是降低反应活化能从而起到提高反应速 度的作用

（一）降低反应的活化能（activation energy） ▪ 活化能:在一定温度下一摩尔底物全部进入活 化态所需要的自由能，单位是KJ/mol. （增加温度、加入催化剂降低反应活化能） ◼ 酶促反应：E + S === ES === ES* → EP ⎯→ E + P ◼ 非酶促反应： 三、酶作用高效率的机制 ◼催化剂的作用是降低反应活化能,从而起到提高反应速 度的作用