【文章內(nèi)容簡介】 8953 J （ 11700 cal ） 過氧化氫酶 ? 8368 J （ 2022 cal ） （二）酶和底物的結(jié)合有利于底物形成過渡態(tài) 酶底物復(fù)合物 E + S E + P ES (過渡態(tài) ) k1 k2 k3 ? 底物與酶活性部位的結(jié)合基團(tuán)有效結(jié)合，轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)，并釋放結(jié)合能，以降低活化能是酶發(fā)揮催化作用的關(guān)鍵； ? 底物與酶結(jié)合是可逆的、非共價(jià)結(jié)合，通過多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)其催化功能。 底物與酶結(jié)合形成中間產(chǎn)物的特點(diǎn)： ES復(fù)合物 S E a b c 誘導(dǎo)契合作用使酶與底物密切結(jié)合 —— 誘導(dǎo)契合假說（ inducedfit hypothesis） a b c E S ? 指酶與底物接近時(shí)，結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、變形、適應(yīng)，繼之結(jié)合的過程。 ? 酶變構(gòu)利于與底物結(jié)合，底物變形使之處不穩(wěn)定過渡態(tài)，與活性中心結(jié)合最吻合，易受酶催化。 羧肽酶的誘導(dǎo)契合模式 底物 Tyr248 Arg145 Glu270 鄰近效應(yīng)與定向排列 （ proximity effect amp。 orientation arrange） 使諸底物正確定位于酶的活性中心 指酶在反應(yīng)中將諸底物結(jié)合到活性中心，使它們相互接近并形成有利于反應(yīng)的正確定向關(guān)系。 酶 A B 酶 B 鄰近，又定向 鄰近，不定向 底物的“鄰近”和 “定向”效應(yīng)示意圖 酶 酶活性中心多呈疏水“口袋”，使底物分子脫溶劑化 （ desolvation） ，排除周圍大量水分子對(duì)酶與底物分子功能基團(tuán)間的干擾性吸引和排斥；防止水化膜的形成，利于底物與酶分子的密切接觸和結(jié)合，這種現(xiàn)象稱為表面效應(yīng)。 表面效應(yīng) （ surface effect） 使底物分子去溶劑化 表面效應(yīng) —— 疏水性“口袋”效應(yīng) 疏水口袋 肽鏈 底物 O HC H2CHNHCOOCOC H2NH+N H2CNH2A r g145OH+T y r248OHHCOO_G l u270Zn2+（三）酶的催化機(jī)制呈多元催化作用 （ multielement catalysis） ? 有多種催化機(jī)制同時(shí)介入，包括：一般酸 堿催化作用和共價(jià)催化作用（親核催化作用、親電子作用），共同完成酶促反應(yīng)，被稱為多元催化作用； ? 酶促反應(yīng)高效率的重要原因。 一般酸 堿催化作用 （ general acidbase catalysis） 酶是兩性解離的蛋白質(zhì)分子，其活性中心有些基團(tuán)可為質(zhì)子供體（酸），有些基團(tuán)可為質(zhì)子受體（堿），參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移，以提高反應(yīng)速率（達(dá) 102~105倍）的催化機(jī)制。 酶活性中心廣義酸堿基團(tuán) C O O H C O ON H3+ N H2..N HN H2N H2+N HN HN H2..S H S HOO HNH N H + NH N3. 96 (A sp), 4. 32 (G l u) 廣義酸基團(tuán) 廣義堿基團(tuán) pKa （質(zhì)子供體） （質(zhì)子受體） S 例如： 溶菌酶的底物為 細(xì)菌胞壁肽聚糖中的 6個(gè)單糖基的糖鏈，其 活性中心的催化基團(tuán) Glu35COOH（在非極性環(huán)境）為質(zhì)子供體（酸），在反應(yīng)中質(zhì)子與中 D、 E位兩個(gè)糖基構(gòu)成糖苷鍵的 O原子結(jié)合，使之?dāng)嗔?；并?D位糖基 C1形成正碳離子， Asp52COO （在極性環(huán)境）對(duì)此起穩(wěn)定作用；最終H2O參與糖鏈斷裂，產(chǎn)生缺口，達(dá)到溶菌作用。 NAG： N乙酰氨基葡萄糖； NAM： N乙酰胞壁酸 A—— B—— C—— D—— E—— F NAGNAM NAGNAMNAGNAM 溶菌酶最適小分子寡糖底物 A B C D E F Glu35 Asp101 Trp108 Asp52 溶菌酶的一般酸 堿催化機(jī)制示意圖 NAG NAG NAG NAM NAM NAM OH H+ D 處非極性區(qū)，以非離子化形式存在 處極性區(qū)，以離子化形式存在 OOC H2O HC H2O HR2O HOR2R1O Gl u 3 5(CH2)2COOCO2CH2Asp 5 2OOC H2O HC H2O HR2O HOR2R1O Gl u 3 5(CH2)2COOCO2CH2Asp 5 2OOC H2O HC H2O HR2O HOR2R1 Gl u 3 5(CH2)2COOCO2CH2Asp 5 2HHOHD環(huán) C1的正碳離子 NAMNAMNAMNAG NAG NAG C+ 共價(jià)催化作用（ general acidbase catalysis） ? 酶活性中心與底物通過瞬間共價(jià)鍵形成中間物，將底物激活加速反應(yīng)，進(jìn)一步使之轉(zhuǎn)變生成產(chǎn)物和游離酶的催化機(jī)制。 ? 共價(jià)催化作用具有親核、親電子過程；前者促使形成共價(jià)鍵，后者從反應(yīng)中心吸收電子。 如：蛋白酶、肽酶、脂酶和一些?；D(zhuǎn)移酶等。 親核催化作用： 酶活性中心的一些基團(tuán)，如羥基、巰基和咪唑基等被稱為“親核基團(tuán)”，分別帶有多電子的原子如O、 S和 N，可提供電子去攻擊 底物 上相對(duì)的親電子原子（如羰基碳），即所謂的親核攻擊。 如，凝乳蛋白酶： Ser195OH起親核催化作用， 親電催化作用： 酶活性中心的親電基團(tuán)與富含電子的底物形成共價(jià)鍵，引起的催化反應(yīng)，是親電子催化的反過程。 例如： ? 胰凝乳蛋白酶活性中心催化基團(tuán) Ser195OH中的 O原子有非配對(duì)電子對(duì)能發(fā)揮 親核作用 ，在反應(yīng)中攻擊底物 肽鍵中羰基的 C，導(dǎo)致肽鍵的斷裂，形成一個(gè)不穩(wěn)定的 中間產(chǎn)物－?；?，后者易將?；D(zhuǎn)移給水完成水解作用 。 ? 在胰凝乳蛋白酶催化反應(yīng)中， His57咪唑基接受質(zhì)子，起“堿”催化作用，故催化機(jī)理實(shí)為多元催化作用。 胰凝乳蛋白酶的親核催化 Ser195OH親核攻擊 （親核催化） 肽鍵斷裂 （ 中間產(chǎn)物－?；感纬?） H2O的替代反應(yīng) R2 N C R1HOH+COR1O+R2N H2O H OC R1O HS e r 1 9 5H i s 5 7O HBH i s 5 7S e r 1 9 5H i s 5 7S e r 1 9 5B H O HB酶 酶 酶. .. . . .H2O 本章知識(shí)點(diǎn) 酶分子的結(jié)構(gòu) 酶分子的功能 酶的分子組成 酶的活 性中心 分類： 單體酶 寡聚酶 多酶復(fù)合物 多功能酶 單 純 酶 結(jié) 合 酶 輔 酶 輔 基 必需基團(tuán) 結(jié) 合 基 團(tuán) 催 化 基 團(tuán) 酶 反 應(yīng) 特 點(diǎn) 酶 反 應(yīng) 機(jī) 理 酶 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) 酶原與酶原的激活 變構(gòu)調(diào)節(jié) 共價(jià)修飾調(diào)節(jié) 酶的 調(diào)節(jié) 酶 活 性 調(diào) 節(jié) 酶 量 調(diào) 節(jié) 酶的命名與分類 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系 酶分子的結(jié)構(gòu)酶的分子組成酶的活性中心分類：單體酶寡聚酶多酶復(fù)合物多功能酶單純酶結(jié)合酶輔酶輔基必需基團(tuán)結(jié)合基團(tuán)催化基團(tuán)酶反應(yīng)特點(diǎn)酶反應(yīng)機(jī)理酶分子的功能酶分子的功能第 三 節(jié) 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) （ Kiics of EnzymeCatalyzed Reaction） ? 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)： 研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素（包括：底物濃度、酶濃度、溫度、 pH、抑制劑、激活劑等）。 ? 酶促反應(yīng)速率： 單位時(shí)間內(nèi)底物減少或產(chǎn)物增加的量，常用初速度來衡量。 ? 初速度（率）： 指反應(yīng)剛開始，各影響因素尚未發(fā)揮作用時(shí)反應(yīng)速度，也即反應(yīng)進(jìn)程曲線為直線部分反應(yīng)速度。 概念： 反應(yīng)初速度 產(chǎn)物生成量 反應(yīng)時(shí)間 酶促反應(yīng)初速度 一、底物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 —— 呈矩形雙曲線 底物濃度 [S] Km 1/2Vmax 初 速度v Vmax 底物濃度對(duì)酶促反應(yīng)速度的影響 一級(jí)反應(yīng) 混級(jí)反應(yīng) 零級(jí)反應(yīng) （一）米 — 曼氏方程式（ MichaelisMenten equation） 揭示單底物反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性 Vmax [ S ] V = Km + [ S ] E + S ES E + P k1 k2 k3 米 曼氏方程解釋： （二） Km與 Vmax是有意義的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) （三） Km值和 Vmax值可以通過作圖法求取 ? 當(dāng)?shù)孜餄舛群艿停? [S]?? Km） 時(shí) ， ，即 v與 [S]呈正比。 ? 當(dāng) 底物濃度很高（ [S]??Km）時(shí)， v ? Vmax , 即 v與 [S]無關(guān)。 Vmax Km v = [S] ? 反應(yīng)是單底物反應(yīng)； ? 測定的反應(yīng)速度為初速度，產(chǎn)物生成極少，逆反應(yīng)可忽略； ? [S]超過 [E]， [S]的變化在測定初速度的過程中可不計(jì)單底物； ? 穩(wěn)態(tài)（ steady state）。 米 曼氏方程成立條件： 推導(dǎo)方程（略） Km值為 1/2Vmax時(shí)的底物濃度。 （二） Km與 Vmax是有意義的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) Km= = = = Ks K2 + k3 k1 K2 K1 [ E ] [ S ] [ ES ] k2??k3 時(shí)， Km可表示酶對(duì)底物的親和力 大小， 兩者成反比關(guān)系。 Vmax Vmax[ S ] 2 Km + [ S ] Km = [ S ] V= = Km值是酶的特征性常數(shù) 之一，為 106~102 mol/L；同底物，不同酶 Km值不同；同一酶不同底物， Km值不同。 只與酶結(jié)構(gòu)、底物和反應(yīng)環(huán)境（如：溫度、pH、離子強(qiáng)度）有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。 Vmax = K3 [ ES ] = K3 [ Et ] Vmax 是酶完全被底物飽和時(shí)（ [ES]=[Et]）的反應(yīng)速度，與酶濃度呈正比。 動(dòng)力學(xué)常數(shù) k3 稱為酶的轉(zhuǎn)換數(shù) （ turnover mumber)： 當(dāng)酶被底物充分飽和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)酶分子（或活性中心）催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。 大多酶的轉(zhuǎn)換數(shù)是在 1~10 4 / s之間。