酶和底物分子相互作用

1、關(guān)于酶與底物分子的相互作用第一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酶+底物 酶-底物復(fù)合物 產(chǎn)物+酶* 第二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月在反應(yīng)中，E與S通過某種方式結(jié)合形成ES時，使底物分子內(nèi)某些化學鍵呈不穩(wěn)定狀態(tài)，從而降低了活化能。ES復(fù)合物還可轉(zhuǎn)變?yōu)槊概c產(chǎn)物的復(fù)合物EP，繼而EP分解出P和E。ES復(fù)合物的形成是決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。許多實驗事實證明了ES復(fù)合物的存在，如：已獲得ES結(jié)晶、X線衍射法描出ES圖象、同位素標記底物實驗、光譜分析分析第三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酶和底物之間結(jié)合的作用力靜電引力酶分子中帶正或負電荷的基團與底物分子中帶相反電荷的

2、基團相互作用該作用力大小與正負電荷量成正比，與介電常數(shù)成反比，在疏水環(huán)境比在親水環(huán)境中更強。第四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月氫鍵 鍵能高、有方向性 能誘導(dǎo)底物基團的價 鍵狀態(tài)發(fā)生變形和極化第五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酶和底物之間結(jié)合的作用力疏水鍵蛋白質(zhì)分子側(cè)鏈含大量親水性和疏水性基團。酶分子的活性中心處于一定程度的疏水環(huán)境?；钚灾行牡氖杷I與底物分子的疏水部分結(jié)合，并且能夠維持活性中心空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。第六張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酶和底物之間結(jié)合的作用力此外，微環(huán)境也會影響酶和底物的結(jié)合酶活性中心處于一個非極性環(huán)境中，從而有利于同底物的結(jié)合。（水

3、的極性和形成氫鍵的能力都較強，能夠減弱極性基團間的相互作用）第七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月酶和底物分子相互作用的形式及意義（1）鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)（2）與過渡態(tài)的結(jié)合作用（3）多功能催化作用（4）酶催化作用學說 鎖鑰學說 誘導(dǎo)契合學說 三點結(jié)合理論第八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)變分子間反應(yīng)為分子內(nèi)反應(yīng)。酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應(yīng)基團相互鄰近，同時使反應(yīng)基團的分子軌道以正確方位相互交疊，反應(yīng)易于發(fā)生。第九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)（Proximity effect

4、）酶與底物形成中間復(fù)合物后使底物之間、酶的催化基團與底物之間相互靠近，提高了反應(yīng)基團的有效濃度，使反應(yīng)速率大大增加。第十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰近效應(yīng)咪唑催化對硝基苯酯的水解，分子內(nèi)反應(yīng)比分子間反應(yīng)快24倍。說明咪唑基與酯基的相對位置對反應(yīng)速率影響很大第十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月定向效應(yīng)定向效應(yīng)（Orientation effect）由于酶的構(gòu)象作用，當?shù)孜锖兔傅姆磻?yīng)中心結(jié)合后，在酶的反應(yīng)中心活性基團的作用和誘導(dǎo)下，使底物的反應(yīng)基團按照最佳方式定向和定位，大大增加反應(yīng)速率。第十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)基團定向和定向程度越高，反應(yīng)速

5、率越大。反之，反應(yīng)基團定位程度低，則反應(yīng)速率減小。第十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰近定向效應(yīng)小結(jié)鄰近定向效應(yīng)是指兩種或兩種以上的底物（特別是雙底物）同時結(jié)合在酶活性中心上，相互靠近（鄰近） ，并采取正確的空間取向（定向） ，這樣大大提高了底物的有效濃度，使分子間反應(yīng)近似分子內(nèi)反應(yīng)從而加快了反應(yīng)速度，可使雙分子反應(yīng)速率提高104108倍。底物與活性中心的結(jié)合不僅使底物與酶催化基團或其它底物接觸，而且強行“凍結(jié)”了底物的某些化學鍵的平動和轉(zhuǎn)動，促使它們采取正確的方向，有利于鍵的形成。第十四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月與反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)合作用按SN2歷程進行的反應(yīng)，反應(yīng)速

6、度與形成的過渡狀態(tài)穩(wěn)定性密切相關(guān)。在酶催化的反應(yīng)中，與酶的活性中心形成復(fù)合物的實際上是底物形成的過渡狀態(tài)酶與過渡狀態(tài)的親和力要大于酶與底物或產(chǎn)物的親和力。第十五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月與反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)合作用張力學說許多情況下，過渡態(tài)的形成與底物分子內(nèi)的價鍵張力有關(guān)當 RCH3 時，其反應(yīng) 速度比 RH的情況快 315倍。 由于-CH3 體積比較大，與反應(yīng)基團之間產(chǎn)生一種立體排斥張力，從而使反應(yīng)基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。第十六張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月與反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)合作用根據(jù)過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過渡態(tài)類似物可作為酶的強抑制劑，抑制效果遠高于競爭性抑制劑

7、。利用過渡態(tài)類似物作為抗原或半抗原，去免疫動物，由此產(chǎn)生的抗體可能有類似酶的催化作用。酶與過渡態(tài)的結(jié)合主要有兩種方式:非共價結(jié)合方式和共價結(jié)合方式，后者被稱為共價催化。第十七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月脯氨酸消旋酶的過渡態(tài)及其過渡態(tài)類似物抑制劑第十八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月多功能催化作用酶的活性中心部位，一般含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應(yīng)狀態(tài)。第十九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月多功能催化作用多官能團相互作用可使反應(yīng)速率提高在吡啶酮存在下

8、，O-四甲基-D葡萄糖的變旋速率可以提高7000倍。而相同濃度的酸和吡啶則對反應(yīng)影響很小第二十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鎖鑰學說1980年E.Fisher曾用“模板”或稱“鎖與鑰匙”學說 （lock and key theory)來解釋酶作用的專一性認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對一把鎖一樣鎖鑰模型較好地解釋了立體異構(gòu)專一性。但不能解釋可逆反應(yīng)。酶催化作用的三個學說第二十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月誘導(dǎo)契合學說 1964年Koshland提出了誘導(dǎo)契合學說（induced-fit hypothesis)

9、:該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補形狀。第二十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月誘導(dǎo)契合學說的中心思想歸納起來有以下幾點1、酶有其原來的形狀，它一定一開始就是底物的模板。2、底物能誘導(dǎo)酶的形狀發(fā)生一定的變化3、當酶形狀發(fā)生變化以后，就能使其中的基團形成正確的排列；4、在酶反應(yīng)過程中活性中心的這種構(gòu)象的變化是可逆的，當它與底物結(jié)合時被誘導(dǎo)生成一種新的構(gòu)象，而當反應(yīng)結(jié)束并且產(chǎn)物從酶分子表面脫落下來時，又恢復(fù)了原來的構(gòu)象。第二十四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三點結(jié)合理論手性催化作用機制三點結(jié)合理論酶分子活性中心部位，一般都含有多個具有催化活性的手性中心，能夠識別底物分子中等價的前手性原子或基團。這些手性中心對底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)可以按單一方向進行，不對稱催化作用可以實現(xiàn)。認為酶與底物的結(jié)合處至少有三點，且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。因此稱為三點結(jié)合理論第二十五張，PPT共二十七頁