第十章 酶的催化机理

1、第十章酶的催化机制提纲一、酶催化机理研究的主要方法二、过渡态稳定学说三、过渡态稳定的化学机制1. 邻近定向效应2. 广义的酸碱催化3. 底物形变4. 共价催化5. 静电作用6. 金属催化四、几种常见酶的结构与功能1. 蛋白酶2. 溶菌酶化学反应的过渡态及其前后的自由能变化过渡态稳定学说ha-hb+hc-ha-hb-hc（过渡态）-hb-hc+ha©根据过渡态理论，在任何一个化学反应体系中，反应物需要到达一个特定的高能状态以后才能发生反应。这种不稳定的高能状态被称为过渡态。达到过渡态要求反应物必须含有足够的能量以克服活化能。©1946年PauIing提出，酶与过渡态的亲和力要

2、比对基态（底物）的亲和力高得多，酶的催化源于其对过渡态的稳定作用。过渡态稳定的化学机制与酶催化相关联的过渡态稳定是酶活性中心结构和反应性以及活性中心与结合底物之间的相互作用的必然结果。酶充分使用一系列的化学机制来实现过渡态的稳定并由此加速反应。它们包括： 邻近定向效应 广义的酸碱催化 底物形变 共价催化 静电作用 金属催化邻近定向效应邻近定向效应是指两种或两种以上的底物（特别是双底物）同时结合在酶活性中心上，相互靠近（邻近），并采取正确的空间取向（定向），这样大大提高了底物的有效浓度，使分子间反应近似分子内反应从而加快了反应速度。底物与活性中心的结合不仅使底物与酶催化基团或其它底物接触，而且强

3、行“冻结”了底物的某些化学建的平动和转动，促使它们采取正确的方向，有利于键的形成。ReactantsarespatiallyseparatedEnzymebringsreactantsintoproximity罪近TransitiontoproductoccursProductC.两个常团眸靠蚯.又定向.大大有利于底物形成转变态加連反应两个塞团靠近但不定向旺不利于反应ReactantsarenotorientedforreactionEnzymeorientsreactantscorrectly定向Transitiontoproductoccurs虫.反应物的反应垄团和催化捌的催化基团反不尊近

4、也不披此定向.ReactionOR0IICH3cOR(a)+OIICH3cO-7RateenhancementoIICH3-CO/C.Oc>CHOoMOV#.ziA酸碱催化原理AminoacidresiduesGeneralacidform(protondonor)Generalbaseform(protonacceptor)Glu,AspLys,ArgCysHisSerTyrRCOOHRCOO"HNHRNH2RSHRC=CH/+HN“NHHR-OHRSRC=CH/HN、子N：H非共价作用可以使底物敏感键变形这是一个形成内酯的反应。3R=CH3时，其反应速度比R=H的情况快31

5、5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。h2o佛的张力效应示憲图共价催化proloftatiMlSchillbast*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称为共价催化。=1酶中参与共价催化的基团主要包括His的咪瞠套fCys的裁基fAsp的竣基Ser的羟基等。图6-11酶作为共价催化剂催化的水解反应电1灭HHOR-C-OH+®-X(TH.所有转氨酶辅酶为H、严阿C*、000-毗哆醛磷酸，并也作为脱竣等作用辅cooCCXD-coCGKJH醛亚躱COOI斗CTIMI

6、I；Hx”尺事*互变II异构+HORZCX»-、c6-5.4酶作用机制的实例胰凝乳蛋白酶是蛋白质家族中的丝氨酸蛋白酶家族。1=活性部位处于酶表面的一个裂隙中，主要包含Ser195,His57,Asp】°2三个残基；His57碱催化，Ser195亲核催化；图614静电催化活性中心电荷的分布可用来稳定酶促反应的过渡态，酶使用自身带电基团去中和一个反应过渡态形成时产生的相反电荷而进行的催化称为静电催化。有时，酶通过与底物的静电作用将底物引入到活性中心。金属催化 近三分之一酶的活性需要金属离子的存在，这些酶分为两类，一类为金属酶，另一类为金属激活酶。前者含有紧密结合的金属离子，多数为过渡金属，如Fe2+、Fe3+>Cu2+、Zn2+>Mn2+或后者与溶液中的金属离子松散地结合，通常是碱金属或碱土金属,例如N"+、K+、Mg2+或Ca2+o 金属离子以