第三節(jié)酶的作用機(jī)制演示文稿

第三節(jié)酶的作用機(jī)制演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)優(yōu)選第三節(jié)酶的作用機(jī)制當(dāng)前第2頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)一般催化劑反應(yīng)活化能反應(yīng)總能量變化酶促反應(yīng)活化能

非催化反應(yīng)活化能底物（初態(tài)）產(chǎn)物（終態(tài)）能量改變活化過(guò)程酶促反應(yīng)活化能的改變過(guò)渡態(tài)

ES(過(guò)渡態(tài))當(dāng)前第3頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)酶與底物通過(guò)形成過(guò)渡態(tài)的中間產(chǎn)物使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行。E+SES

ES

EP

E+P目前許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了中間復(fù)合物的存在。當(dāng)前第4頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)

酶（E）與底物（S）結(jié)合生成不穩(wěn)定的中間物（ES），再分解成產(chǎn)物（P）并釋放出酶，使反應(yīng)沿一個(gè)低活化能的途徑進(jìn)行，降低反應(yīng)所需活化能，所以能加快反應(yīng)速度。E+SP+EES能量水平反應(yīng)過(guò)程GE1E2中間產(chǎn)物假說(shuō)當(dāng)前第5頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)從溶菌酶結(jié)構(gòu)的研究中，已制成它與底物形成復(fù)合物的

結(jié)晶，并得到了X線衍射圖，證明了ES復(fù)合物的存在

當(dāng)前第6頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)二、酶的功能部位酶的活性部位必需基團(tuán)調(diào)控部位當(dāng)前第7頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)1、酶的活性中心

(activecenter)

酶分子中直接與底物結(jié)合，并催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的空間區(qū)域，也稱(chēng)酶的活性部位(activesite)。

當(dāng)前第8頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)（1）活性中心的兩個(gè)功能部位：結(jié)合部位（bindingsite）

酶分子中與底物結(jié)合的部位

決定酶對(duì)底物的專(zhuān)一性催化部位（catalyticsite）

酶分子中促使底物發(fā)生化學(xué)變化的部位

決定酶促反應(yīng)的類(lèi)型，即酶的催化性質(zhì)

當(dāng)前第9頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)（2）活性中心的形成活性中心的功能基團(tuán)主要由氨基酸殘基的側(cè)鏈所提供，在結(jié)合蛋白酶類(lèi)中還有輔酶的功能基團(tuán)參加。一個(gè)酶的活性中心的氨基酸殘基，并不是密集于某段肽鏈內(nèi)，而是通過(guò)肽鏈彎曲拆疊才使分散的氨基酸殘基相互接近。當(dāng)前第10頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)（3）酶活性部位的主要特征相對(duì)酶整個(gè)體積來(lái)說(shuō)，活性部位占據(jù)的空間很小活性部位是一個(gè)三維空間結(jié)構(gòu)，具有特殊的構(gòu)象活性部位通常位于酶蛋白的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域或亞基之間的裂隙，或位于酶分子表面的凹槽。大多數(shù)底物都是通過(guò)次級(jí)鍵與酶結(jié)合構(gòu)成活性中心的大多數(shù)氨基酸殘基為疏水性，使此小區(qū)形成一個(gè)非極性的微環(huán)境，有利于與底物結(jié)合活性中心表現(xiàn)出一定的柔性和可運(yùn)動(dòng)性。當(dāng)前第11頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)一些酶活性部位的AA殘基

酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基核糖核酸酶124

His12，His119,Lys41

溶菌酶129Asp52,Glu35

胰凝乳蛋白酶241His57,Asp102，Ser195

胃蛋白酶348Asp32,Asp215

木瓜蛋白酶212Cys25,His159

羧肽酶A307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+當(dāng)前第12頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)(bindinggroup)與底物相結(jié)合催化基團(tuán)(catalyticgroup)催化底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物位于活性中心以外，維持酶空間構(gòu)象必需的基團(tuán)活性中心外的必需基團(tuán)2、必需基團(tuán)：酶分子上與酶活性有關(guān)的化學(xué)基團(tuán)當(dāng)前第13頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)常見(jiàn)的必需基團(tuán)

絲氨酸的-OH半胱氨酸的-SH組氨酸的咪唑基天冬氨酸和谷氨酸的-COOH賴(lài)氨酸的ε-NH2酪氨酸的酚羥基當(dāng)前第14頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)底物活性中心以外的必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)活性中心

當(dāng)前第15頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)牛胰蛋白酶當(dāng)前第16頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶的活性中心與酶蛋白空間構(gòu)象完整性之間，是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。當(dāng)酶以具有催化活性的構(gòu)象存在時(shí)，活性中心便自然地形成。一旦外界理化因素破壞了酶的構(gòu)象，肽鏈伸展，活性中心的特定結(jié)構(gòu)解體，酶就失去催化底物發(fā)生反應(yīng)的能力，結(jié)果是酶變性失活。當(dāng)前第17頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶分子中存在著一些可以與其他非底物分子發(fā)生某種程度的結(jié)合的部位，從而引起酶分子空間構(gòu)象的變化，對(duì)酶起激活或抑制作用。3．調(diào)控部位Regulatorysite當(dāng)前第18頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)三、酶催化作用專(zhuān)一性的機(jī)理酶的專(zhuān)一性是由酶的活性中心的構(gòu)象和性質(zhì)決定的酶的活性中心是如何專(zhuān)一性的選擇底物？當(dāng)前第19頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶的專(zhuān)一性學(xué)說(shuō)

鎖鑰學(xué)說(shuō)(lockandkeytheory)

誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)(induced-fithypothesis)當(dāng)前第20頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶的專(zhuān)一性學(xué)說(shuō)1、鎖鑰學(xué)說(shuō)(Lockandkey)酶活性中心的形狀與底物分子形狀互補(bǔ);酶活性部位≈鎖孔，底物分子≈鑰匙;整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象具有剛性結(jié)構(gòu)。1890年EmilFischer提出當(dāng)前第21頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)鎖鑰學(xué)說(shuō)的特點(diǎn)鎖鑰學(xué)說(shuō)能很好地解釋酶的立體異構(gòu)專(zhuān)一性；但不能解釋酶的可逆反應(yīng)，即酶的活性中心既適合于可逆反應(yīng)的底物，又適合于可逆反應(yīng)的產(chǎn)物。也不能解釋酶專(zhuān)一性中的所有現(xiàn)象。當(dāng)前第22頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)2、誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)(Inducedfit)酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀;酶活性部位的構(gòu)象是柔韌可變的；底物接近活性中心時(shí)，誘導(dǎo)酶蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，與底物成互補(bǔ)形狀有機(jī)的結(jié)合而催化反應(yīng)進(jìn)行；酶反應(yīng)過(guò)程中，活性中心構(gòu)象的變化是可逆的。當(dāng)前第23頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)四、影響酶催化效率的因素

高效率 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍

Why?當(dāng)前第24頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶高效催化的策略鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)誘導(dǎo)契合與底物的形變酸－堿催化共價(jià)催化金屬離子的催化作用多元催化活性中心微環(huán)境的影響當(dāng)前第25頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)1、鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)

酶與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物后，使底物和底物分子（如雙分子反應(yīng)）之間、酶的催化基團(tuán)與底物之間相互鄰近，而使活性部位上底物的有效濃度增加，從而使反應(yīng)速率大大增加的效應(yīng)。－－鄰近效應(yīng)

定向效應(yīng)：相互靠近的底物分子之間及底物分子的反應(yīng)基團(tuán)與酶的催化基團(tuán)之間正確的定向取位。當(dāng)前第26頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)

僅僅是靠近還不夠，還需要酶活性中心的催化基團(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)在反應(yīng)中彼此相互嚴(yán)格地定向。只有既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成過(guò)渡態(tài)，加速反應(yīng)的進(jìn)行。

靠近與定向A.酶的催化基團(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)既不靠近，也不定向。B.兩個(gè)基團(tuán)靠近，但不定向，還不利于反應(yīng)進(jìn)行。C.兩個(gè)基團(tuán)既靠近，又定向，有利于反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)前第27頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)因?yàn)槊傅奶厥饨Y(jié)構(gòu)及功能，通過(guò)專(zhuān)一性識(shí)別，使參加反應(yīng)的底物分子結(jié)合在酶的活性部位上，由于鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)使得酶促反應(yīng)由分子間反應(yīng)變得近似于分子內(nèi)反應(yīng)，極大提高了反應(yīng)速率。當(dāng)前第28頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)“張力”和“形變”底物與酶結(jié)合酶分子構(gòu)象變化底物分子的敏感鍵

產(chǎn)生“張力”和“形變”敏感鍵斷裂誘導(dǎo)有利于

酶催化的高效性機(jī)理當(dāng)前第29頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)張力學(xué)說(shuō)這是一個(gè)形成內(nèi)酯的反應(yīng)。當(dāng)R＝CH3時(shí)，其反應(yīng)速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應(yīng)基團(tuán)之間產(chǎn)生一種立體排斥張力，從而使反應(yīng)基團(tuán)之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過(guò)渡狀態(tài)。

當(dāng)前第30頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)2、誘導(dǎo)契合與底物形變

酶與底物在誘導(dǎo)契合過(guò)程中,酶受底物誘導(dǎo)構(gòu)象發(fā)生變化,同時(shí)酶也使底物分子中的敏感鍵產(chǎn)生“張力”和變形，從而促使底物中的敏感鍵更易于破裂，發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)前第31頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)3、酸－堿催化(acidbasecatalysis)廣義酸－堿催化是指通過(guò)質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過(guò)質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達(dá)到降低反應(yīng)活化能的過(guò)程。酶活性部位上的某些基團(tuán)可以作為良好的質(zhì)子供體或受體，通過(guò)瞬時(shí)的向底物提供質(zhì)子或從底物接受質(zhì)子以穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)而加速反應(yīng)的催化機(jī)制。當(dāng)前第32頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團(tuán)咪唑基當(dāng)前第33頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)His57,Asp102,Ser195形成催化三聯(lián)體（catalytictriad)當(dāng)前第34頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)4、共價(jià)催化（covalentcatalysis）共價(jià)催化又稱(chēng)親核催化或親電子催化酶的活性基團(tuán)和底物通過(guò)親核或親電反應(yīng)形成反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定共價(jià)過(guò)渡復(fù)合物，使反應(yīng)的活化能大大降低，從而提高反應(yīng)速度。共價(jià)催化的最一般形式:酶的親核基團(tuán)對(duì)底物中的碳原子進(jìn)行攻擊，形成共價(jià)中間物。當(dāng)前第35頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)酶中參與共價(jià)催化的親核基團(tuán)Ser的羥基Cys的巰基Asp的羧基His的咪唑基等某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與共價(jià)催化作用。

當(dāng)前第36頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)

胰凝乳蛋白酶chymotrypsin酶催化的高效性機(jī)理當(dāng)前第37頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)5、金屬離子的催化作用金屬離子通過(guò)3種主要途徑參與催化過(guò)程：1）通過(guò)結(jié)合底物為反應(yīng)定向2）通過(guò)可逆的改變金屬離子的價(jià)數(shù)介導(dǎo)氧化還原反應(yīng)（許多氧化-還原酶含有銅或鐵離子，作為酶的輔助因子起著傳遞電子的功能。）3）屏蔽底物或酶活性中心的負(fù)電荷

當(dāng)前第38頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)肌紅蛋白活性中心Fe2+的作用當(dāng)前第39頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)羧肽酶活性中心Zn2+的作用當(dāng)前第40頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)許多激酶的底物為ATP-Mg2+復(fù)合物當(dāng)前第41頁(yè)\共有44頁(yè)\編于星期六\15點(diǎn)6