酶的作用机制演示文稿

酶的作用机制演示文稿现在是1页\一共有60页\编辑于星期二优选酶的作用机制现在是2页\一共有60页\编辑于星期二9.1、酶的活性部位（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（Bindingsite）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（catalyticsite）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。现在是3页\一共有60页\编辑于星期二（二）酶活性部位的特点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%。2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结构。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）.现在是4页\一共有60页\编辑于星期二现在是5页\一共有60页\编辑于星期二4.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.底物靠次级键较弱的力与酶结合。6.酶的活性部位具有柔性和可运动性现在是6页\一共有60页\编辑于星期二（三）研究酶活性部位的主要方法酶分子侧链基团的化学修饰法

1.非特异性共价修饰

2.特异性共价修饰（DFP）

3.亲和标记（底物类似物，具有活泼的化学基团）X- 射线晶体衍射法：定点诱变法现在是7页\一共有60页\编辑于星期二DFP的作用二异丙基氟磷酸现在是8页\一共有60页\编辑于星期二9.2、影响酶催化效率的有关因素（一）底物和酶的邻近效应（approximation）与定向效应（orientation）在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应叫做邻近效应。定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。现在是9页\一共有60页\编辑于星期二咪唑催化对-硝基苯酚乙酸酯的水解反应现在是10页\一共有60页\编辑于星期二实验结果表明，分子内咪唑基参与的水解反应速度比相应的分子间反应速度大24倍。说明咪唑基与酯基的相对位置对水解反应速度具有很大的影响。现在是11页\一共有60页\编辑于星期二轨道定向(orbital-steering)假说示意图现在是12页\一共有60页\编辑于星期二（二）底物的形变（distortion）酶-底物复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。现在是13页\一共有60页\编辑于星期二诱导契合模型与底物的形变现在是14页\一共有60页\编辑于星期二（三）酸碱催化（acid-basecatalysis）酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方式。广义酸－碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。酸-碱催化是催化有机反应的最普遍有效的催化剂现在是15页\一共有60页\编辑于星期二广义酸基团广义碱基团（质子供体）（质子受体）酶分子中可作为酸碱催化的功能基团现在是16页\一共有60页\编辑于星期二影响酸碱催化反应的因素包括酸碱强度及质子传递的速率。His咪唑基的解离常数约6.0，咪唑基解离下来的质子浓度与水中的[H+]相近，在中性条件下，一半以酸形式存在，一半以碱形式存在;同时，咪唑基接受质子和供出质子的速率十分迅速，半衰期小于10-10秒。所以，His是酶中最有效最活泼的一个催化功能基团。现在是17页\一共有60页\编辑于星期二（四）共价催化（covalentcatalysis）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。酶中参与共价催化的基团主要包括以下亲核基团：

His的咪唑基，Cys的硫基，Asp的羧基，Ser的羟基等；亲电子基团：H+

、Mg2+、Mn2+

、Fe3+某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。

现在是18页\一共有60页\编辑于星期二(五)金属离子的催化作用１.需要金属的酶分类：

（1）金属酶－metalloenzyme:含紧密结合的金属离子。如Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mn2+

（2）金属-激活酶（metal-activatedenzyme）:含松散结合的金属离子，如Na+K+Mg2+Ca2+2.金属离子的催化作用：通过结合底物为反应定向。通过可逆的改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应。通过静电稳定或屏蔽静电荷。现在是19页\一共有60页\编辑于星期二9.3、酶催化反应机制的实例（一）溶菌酶溶菌酶的生物学功能是催化某些细胞壁多糖的水解。X射线晶体结构分析法和竞争性抑制剂揭示了酶的活性部位。键张力导致与酶结合的底物特定位置的糖苷键稳定性降低。溶菌酶催化机制是一个广义的酸碱催化，Glu35和Asp52在催化过程中起了重要作用。Next现在是20页\一共有60页\编辑于星期二溶菌酶是一种葡糖苷酶，能催化水解NAM的C1和NAG的C4之间的糖苷键，但不能水解NAGC1和NAMC4之间的β（1-4）糖苷键。Back现在是21页\一共有60页\编辑于星期二X射线晶体分析法揭示了溶菌酶的三维结构活性部位？现在是22页\一共有60页\编辑于星期二(NAG)3是研究溶菌酶活性部位的良好竞争性抑制剂60000(NAG-NAM)330000(NAG)64000(NAG)58(NAG)41(NAG)30(NAG)2相对水解速率底物图像分析表明，(NAG)3仅仅占据了半个狭缝，酶的最小底物应该是(NAG)6现在是23页\一共有60页\编辑于星期二Back现在是24页\一共有60页\编辑于星期二第4个糖残基D环因空间原因必须由正常的椅式变形为能量较高的半椅式构象。因此糖苷键的稳定性降低，键容易从此断裂。Back现在是25页\一共有60页\编辑于星期二H218O溶液中酶促水解底物(NAG)6的实验证明酶切位点在D糖基的C1和E残基的糖苷键的O之间。现在是26页\一共有60页\编辑于星期二Glu35的-COOH提供一个H+到D与E之间的糖苷键O原子上。糖苷键断开，形成正碳离子过渡态中间产物。Asp52对中间产物有稳定作用。EF离开酶分子。正碳离子中间体与溶剂中的OH-反应，ABCD离开。同时Glu35质子化。Back现在是27页\一共有60页\编辑于星期二（二）丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶家族的所有成员在其活性部位都含有Ser残基，并且催化机制也相似。具有消化作用的丝氨酸蛋白酶是胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶。胰凝乳蛋白酶机制的动力学特征分酰化和脱酰化两步。Ser195的异常反应性与催化三联体有关。丝氨酸蛋白酶的催化机制提供了一种典型的酸碱催化和共价催化的例子。现在是28页\一共有60页\编辑于星期二丝氨酸蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶枯草杆菌蛋白酶凝血酶弹性蛋白酶纤溶酶组织纤溶酶原激活剂Back现在是29页\一共有60页\编辑于星期二三种消化酶在胰腺中合成，以非活性的酶原形式分泌到消化道中，在消化道中通过胰蛋白酶水解除去部分肽链，转变成活性酶形式。现在是30页\一共有60页\编辑于星期二3个极性残基：His57、Asp102和Ser195在活性部位形成催化三联体。现在是31页\一共有60页\编辑于星期二胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶的底物结合口袋决定了各自的专一性。Back现在是32页\一共有60页\编辑于星期二胰凝乳蛋白酶机制可以通过人工合成底物——简单的有机酯进行研究。现在是33页\一共有60页\编辑于星期二胰凝乳蛋白酶同乙酸－p－硝基苯酯反应的动力学曲线现在是34页\一共有60页\编辑于星期二胰凝乳蛋白酶的机制分两个阶段：

第一步是乙酰复合体的形成，称为酰化作用。第二步是乙酰复合体通过水解再生为游离的酶，称为脱酰作用。Back现在是35页\一共有60页\编辑于星期二胰凝乳蛋白酶中的催化三联体。Back现在是36页\一共有60页\编辑于星期二丝氨酸蛋白酶的催化机制现在是37页\一共有60页\编辑于星期二胰蛋白酶的催化机制Back现在是38页\一共有60页\编辑于星期二9.4、酶活性的调控机制酶活性的调节可以通过改变其结构而使其催化活性发生改变，也可以通过改变其含量来改变其催化活性，还可以通过以不同形式的酶在不同组织中的分布差异来调节代谢活动。现在是39页\一共有60页\编辑于星期二（一）酶结构的调节通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性。这是一种快速调节方式。别构调控酶原激活共价调控Next现在是40页\一共有60页\编辑于星期二别构调控酶分子的非催化部位与某些化合物非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节（allostericregulation）。具有这种调节作用的酶称为别构酶（allosericenzyme）。凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物（effector）或别构剂。因别构导致酶活性增加的物质称为正效应物（positiveeffector）或别构激活剂，反之称为负效应物（negativeeffector）或别构抑制剂。现在是41页\一共有60页\编辑于星期二当别构酶的一个亚基与其配体（底物或别构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为别构酶的协同效应。别构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，常见的为负反馈调节。ABCDPE1E2E3En现在是42页\一共有60页\编辑于星期二别构酶的基本性质别构酶一般是寡聚酶，通过次级键由多亚基构成。因别构酶有协同效应，故其[S]对v的动力学曲线不符合米氏方程。效应物可分为K型和V型两种类型。别构酶经加热或化学试剂处理，可引起别构酶解离，失去调节活性，称为脱敏作用。现在是43页\一共有60页\编辑于星期二多亚基调节亚基催化亚基协同效应别构激活剂别构抑制剂正协同负协同Back现在是44页\一共有60页\编辑于星期二别构酶的动力学[S]对v的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线（正协同）或表观双曲线（负协同），两者均不符合米氏方程。2米氏曲线1负协同3正协同321V0[S]V现在是45页\一共有60页\编辑于星期二饱和比值（Rs）可用来鉴别不同的协同作用以及协同的程度。典型的米氏类型的酶Rs=81

具有正协同效应的别构酶Rs<81，Rs正协同效应具有负协同效应的别构酶Rs>81，Rs负协同效应现在是46页\一共有60页\编辑于星期二意义：在很小的浓度（底物、调节物）范围内严格控制酶活力，因此是生物代谢中许多代谢途径的关键酶。别构激活别构抑制V0[S]底物敏感区2米氏曲线1负协同3正协同321V0[S]VBack现在是47页\一共有60页\编辑于星期二K型效应物和V型效应物BackK型V型现在是48页\一共有60页\编辑于星期二别构模型齐变模型（WMC）别构酶的所有亚基，或全部呈坚固紧密的，不利于结合底物的“T”状态，或者全部是松散的，有利于结合底物的"R"状态，这两种状态间的转变对于每个亚基都是同时的，齐步发生的。"T"状态中亚基的排列是对称的，变成"R"状态后亚基的排列仍然是对称的。适于解释由底物调节的效应现在是49页\一共有60页\编辑于星期二序变模型（KNF）酶分子中的亚基结合小分子物质（底物或调节物）后，亚基构象逐个地依次变化，因此亚基有各种可能的构象状态。

非底物调节的效应用序变模式说明较好。Back现在是50页\一共有60页\编辑于星期二酶原的激活处于无活性状态的酶的前体物质就称为酶原。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的