酶學(xué)基礎(chǔ)---酶的分子結(jié)構(gòu)與催化功能(2)(編輯修改稿)
2025-02-13 12:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 DNA聚合酶與 DNA的復(fù)合物。即使小分子底物也可用X射線衍射法獲得酶 底物復(fù)合物的信息，如羧肽酶 A是通過哪些殘基和底物甘氨酰 L酪氨酸結(jié)合的以及溶菌酶的最小六糖底物是怎樣 “ 躺 ” 在酶分子表面的狹長凹穴中，目前都已研究清楚。 有些雙底物的酶可在只有一種底物的情況下加以提純或結(jié)晶，如 3一磷酸甘油醛脫氫酶需要加入一定量的 NAD+才能結(jié)晶，這也是酶一底物復(fù)合物的直接證據(jù)。 現(xiàn)已充分證明 :底物是通過酶的活性中心和酶結(jié)合的。 (二 )酶與底物形成復(fù)合物的作用力 酶與底物的結(jié)合與穩(wěn)定酶分子的三維結(jié)構(gòu)的力是相同的。 底物分子上的電荷和酶分子上相反電荷之間的作用 , 離子鍵受溶劑、鹽濃度、酶活性部位的微環(huán)境以及酶活性部位的側(cè)鏈基團等因素的影響。 底物和酶結(jié)合的一種重要的相互作用力。 酶分子可以在主鏈與側(cè)鏈之間以及某些側(cè)鏈之間形成氫鍵。氫鍵在水中仍然可以保持，但強度減弱。在酸、堿液中氫鍵不存在。在高溫或各種變性劑的作用下，氫鍵會被破壞。 一種非專一性的相互作用力，比離子鍵和氫鍵都弱。 酶與底物之間的有效范德華引力作用 ,，只有在它們相互之間處于立體互補的情況下才能發(fā)生作用。在酶和底物的結(jié)合過程中，許多原子基團間的范德華引力的總和將會產(chǎn)生相當(dāng)大的作用。 二、酶的催化作用本質(zhì) 酶和一般催化劑的共性 ? 用量少而催化效率高； ? 它能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡。酶本身在反應(yīng)前后也不發(fā)生變化。 ? 酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。 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 初 態(tài) 終 態(tài) 能 量 改 變 活 化 過 程 酶促反應(yīng)活化能的改變 過渡態(tài) 三、酶作用的專一性機制 （一） 酶作用的專一性（底物特異性）（ Substratespecificity） （ 1） 低特異性 （ Low specificity） :不能辨別底物 ， 僅能對裂開的鍵表現(xiàn)特異性 ， 如非特異性脂酶 。 （ 2） 基團特異性 （ Group specificity） : 對于相鄰于特定基團的一個特殊的化學(xué)鍵表現(xiàn)出特異性 。 胰蛋白酶對羧基一側(cè)為精氨酸和賴氨酸的肽鍵表現(xiàn)特異性 。 O ‖ XNHCHCNHCHCOOH (精氨酸或賴氨酸 ) | | R1 R2 。 （ 3）絕對特異性 （ Absolute specificity） 酶僅作用于一種底物并催化一個反應(yīng)。例如，脲酶只能催化脲素水解，不能催化甲基脲水解。 （ 4）立體化學(xué)特異性 （ Stereochemical specificity） 通常顯示出正確無誤和完全的立體定向性，能區(qū)別光學(xué)或立體異構(gòu)體。幾乎總是選擇一對對映體中的一種形式做底物，除非酶的特異功能是催化對映體的異構(gòu)化。 （二）酶作用的專一性機制 有多種學(xué)說，得到廣泛支持的有： 鎖鑰學(xué)說 誘導(dǎo)契合學(xué)說 過渡態(tài)學(xué)說 共同點： 酶的作用專一性必須通過它的活性中心和底物結(jié)合后才表現(xiàn)出來。 1894年，德國有機化學(xué)家 。 酶與底物結(jié)合時，酶活性中心的結(jié)構(gòu)與底物的結(jié)構(gòu)必須吻合， 就如同鎖和鑰匙一般，非常配合地結(jié)合形成中間復(fù)合物 )。當(dāng)中間復(fù)合物形成時，會促進(jìn)底物結(jié)構(gòu)發(fā)生某些化學(xué)變化 (如底物分子的鍵被扭曲 )，變形而斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。 可解釋酶的立體化學(xué)專一性和底物飽和曲線動力學(xué)。 在酶的表面存在著一個特殊形狀的活性部位 ， 這個活性部位在結(jié)構(gòu)上能與底物精確地互補 。 底物與酶之間存在某種立體專一結(jié)合 。底物類似鑰匙 ， 酶類似鎖 。 獲得相當(dāng)多的事實支持。 乙酰膽堿酯酶催化乙酰膽堿水解 。要求底物中的膽堿氮帶正電， 為此可推測：酶分子中至少有一個陰離子部位與酯解部位。事實是，這兩部位間有嚴(yán)格的距離，膽堿和?；g多或少一個 CH2都不適于作底物或競爭抑制劑，而符合這種鍵長、鍵角要求的化合物都能與該酶發(fā)生作用（被酶催化水解或者抑制酶）。 缺點： 認(rèn)為酶的結(jié)構(gòu)是剛性的， 難以解釋一個酶可以催化正、逆兩個反應(yīng)，因產(chǎn)物 (或逆反應(yīng)的底物 )的形狀、構(gòu)象和底物完全不同。 1958年， Koshand提出 酶分子 (包括輔酶在內(nèi) )的構(gòu)象與底物原來并非恰當(dāng)吻合，只有底物分子與酶分子相碰時，才可誘導(dǎo)后者的構(gòu)象變得能與底物配合， 然后才結(jié)合形成中間復(fù)合物，進(jìn)而引起底物分子發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)變化。 誘導(dǎo)楔合模型要點： （ a） 當(dāng)?shù)孜锱c酶的活性部位結(jié)合時，酶蛋白的幾何形狀有相當(dāng)大的改變； （ b） 催化基團 的 精確定向?qū)τ诘孜镛D(zhuǎn)變成產(chǎn)物是必需的； （ c） 底物誘導(dǎo)酶蛋白幾何形狀的改變 使得催化基團能精確地走向和底物結(jié)合到酶的活性部位上去。 A、 B催化基團 C結(jié)合基團 在用 X光衍射法研究溶菌酶、彈性蛋白酶等與底物結(jié)合后結(jié)構(gòu)的改變中得到了證實。 能解釋鎖鑰學(xué)說不能
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