酶的催化机理PPT课件
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生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
概念: 抑制剂和底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
酶催化反应机制课件
酶的活性受到温度、pH值、抑制剂和激活剂等多种因素的影响。
03
酶的分类与命名
根据酶所催化的反应类型，可以将酶 分为氧化还原酶类、水解酶类、转移 酶类、裂合酶类和合成酶类等。
酶的命名一般采用系统命名法，根据 其催化的反应和底物特点进行命名， 例如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。
酶的结构与功能
酶的结构包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等 层次，其中一级结构是指氨基酸的排列顺序，二级结构是指 肽链的折叠方式，三级结构是指蛋白质的三维空间结构。
酶的抑制作用
04
竞争性抑制
定义
竞争性抑制是指抑制剂与底物在 酶的活性中心竞争性结合，降低 酶与底物的亲和力，从而抑制酶
的活性。
特点
抑制剂与底物结构类似，能与底物 争夺酶的同一可结合位点，从而干 扰底物与酶的结合。
实例
例如，丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞 争性抑制，因为丙二酸与琥珀酸在 酶的活性中心发生了竞争性结合。
酶的未来发展将面临一些挑战，如提 高酶的稳定性和降低生产成本等。
THANKS.
酶的催化机制模型
锁钥模型
酶活性中心与底物的形状和化学性质相匹配，如同锁与钥匙的关 系。
诱导契合模型
酶与底物结合后诱导酶的构象变化，使酶活性中心更好地适应底物。
三点附着模型
酶活性中心的三个关键位点与底物的三个可结合点相匹配，形成稳 定的复合物。
酶促反应动力学
03
酶促反应速率与底物浓度关系
1 2 3
底物浓度对酶促反应速率的影响
随着底物浓度的增加，酶促反应速率通常会加快， 但当底物浓度达到一定值后，反应速率将不再增 加。
酶饱和现象
当底物浓度增加到一定值时，酶促反应速率达到 最大值，此时酶已经饱和，底物浓度再增加也无 法提高反应速率。
酶(生物化学)PPT课件
详细描述
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
酶的活性中心是酶分子中具有特定空间结构的区域，能够与底物特异结合，并 通过催化反应将其转化为产物。活性中心的氨基酸残基通常是高度保守的，对 酶的催化活性至关重要。
酶的专一性
总结词
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应的性质 。
详细描述
酶的专一性是酶的重要特性之一，它决定了酶在生物体内的 功能。一种酶通常只能催化一种或一类化学反应，这是因为 酶的活性中心具有特定的空间结构和化学环境，只能够与特 定的底物结合并催化相应的反应。
食品保鲜
酶可用于食品保鲜，如抑制果蔬 中酶的活性，延缓成熟和腐烂过 程；也可用于食品中农药残留的
降解。
功能性食品开发
酶可用于开发功能性食品，如通 过酶促反应生产低糖、低脂或高
纤维食品。
酶在环保领域的应用
有毒有害物质降解
酶可用于降解有毒有害物质，如重金属离子、有机溶剂和农药等， 降低其对环境和生物体的危害。
的诊断。
药物生产
酶可用于药物的生产和制造过程中， 如抗生素、激素和蛋白质药物等， 通过酶促反应提高生产效率和纯度。
生物治疗
酶在某些生物治疗过程中起到关键 作用，如基因疗法和细胞疗法中， 酶可促进特定基因的表达或改变细 胞代谢。
酶在食品工业中的应用
食品加工
酶在食品加工过程中起到重要作 用，如淀粉的改性、蛋白质的水 解和油脂的加工等，可改善食品 的口感、营养价值和加工性能。
计算机辅助设计
计算机辅助设计是一种利用计算 机模拟技术来预测和优化酶性能
的方法。
通过计算机模拟，可以预测酶的 催化机制、反应路径和动力学行
为，从而指导酶的优化设计。
计算机辅助设计与其他技术结合， 如量子化学计算和分子动力学模 拟，可进一步提高酶优化效率。
酶催化反应机制.pptx
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(四) 共价催化:
标志：催化过程中形成共价中间物1 亲核催化: 带有多余电子对的基团或原子攻击缺少电子而带有部分正电性的原子或基团并形成不稳定的共价中间物的催化方式。 亲核试剂: Glu-COO- Asp-COO- His-咪唑基2 亲电催化: 由缺少电子的亲电试剂从带负电的基团上夺取一对电子并形成共价中间物的催化方式。 亲电试剂： -NH3+
第2页/共19页
(二) 底物形变与诱导楔合
底物形变(distortion)和诱导契合(induced fit)： 酶与底物在构象上相互诱导以便更好配合，作用力的产生往往导致底物形变，使被作用的底物敏感键极易断裂例如：溶菌酶催化时使底物糖环由椅式转变为半椅式
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(三) 广义酸碱催化及共催化：
第8页/共19页
第二节 几种酶作用机制举例
一 溶菌酶(Lysozyme EC 3.2.1.17 )：存在于鸡蛋清和动物分泌物中，单肽链129个aa，14,600，折叠成近球状(4.53 3nm)， 底物为NAG和NAM相间 排列或NAG的单聚物催化过程： ①与底物结合: 6个糖环第 3个必须是NAG；其它 糖环和酶形成氢键放能 并导致第4个糖环D由 椅式转变为半椅式 （4kcal/mol)
二 酶与底物相互作用——过渡态
E + S ES* E+P 酶通过与底物形成过渡态中间物， 降低反应活化能而加速反应。过渡态中间物的维持力主要是一 些次级键：氢键、离子键、疏水力等， 形成过程中放出大量能量，抵消了部分活化能处于过渡态的酶与底物的具有很高的亲和力，比底物或产物高出几个数量级底物过渡态类似物： 例如天然具有半椅式结构的环内酯作为溶菌酶的底物，对酶的亲和力比一般糖环高3600倍。
(四) 共价催化:
标志：催化过程中形成共价中间物1 亲核催化: 带有多余电子对的基团或原子攻击缺少电子而带有部分正电性的原子或基团并形成不稳定的共价中间物的催化方式。 亲核试剂: Glu-COO- Asp-COO- His-咪唑基2 亲电催化: 由缺少电子的亲电试剂从带负电的基团上夺取一对电子并形成共价中间物的催化方式。 亲电试剂： -NH3+
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(二) 底物形变与诱导楔合
底物形变(distortion)和诱导契合(induced fit)： 酶与底物在构象上相互诱导以便更好配合，作用力的产生往往导致底物形变，使被作用的底物敏感键极易断裂例如：溶菌酶催化时使底物糖环由椅式转变为半椅式
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(三) 广义酸碱催化及共催化：
第8页/共19页
第二节 几种酶作用机制举例
一 溶菌酶(Lysozyme EC 3.2.1.17 )：存在于鸡蛋清和动物分泌物中，单肽链129个aa，14,600，折叠成近球状(4.53 3nm)， 底物为NAG和NAM相间 排列或NAG的单聚物催化过程： ①与底物结合: 6个糖环第 3个必须是NAG；其它 糖环和酶形成氢键放能 并导致第4个糖环D由 椅式转变为半椅式 （4kcal/mol)
二 酶与底物相互作用——过渡态
E + S ES* E+P 酶通过与底物形成过渡态中间物， 降低反应活化能而加速反应。过渡态中间物的维持力主要是一 些次级键：氢键、离子键、疏水力等， 形成过程中放出大量能量，抵消了部分活化能处于过渡态的酶与底物的具有很高的亲和力，比底物或产物高出几个数量级底物过渡态类似物： 例如天然具有半椅式结构的环内酯作为溶菌酶的底物，对酶的亲和力比一般糖环高3600倍。
第十一章酶的催化机理和活性调节
与酶的高效性有关的因素
a.底物与酶的靠近与定向
b.酶使底物的敏感键发生变形
c.共价催化 d.酸碱催化 e.低介电区域的活性中心 f.金属离子催化作用
108
103
g.多功能催化作用
不同的酶，引起其高效性的因素是不同的， 可以受一种或几种因素的影响
第11章
酶的作用机制和酶的调节
第十一章
酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性中心 二、酶的催化机理 三、丝氨酸蛋白酶类 四、酶活性的调节 五、同工酶
（一） 酶分子的结构特点
• 1．结合部位 Binding site • 酶分子中与底物结合 的部位或区域一般称 为结合部位。
2．催化部位 catalytic site
• 酶分子中促使底物发生化 学变化的部位称为催化部 位。 • 结合部位决定酶的专一性， • 催化部位决定酶所催化反 应的性质与能力。
径的第一步反应的酶相结合，结合的结果使这个 酶活性下降，从而使整条代谢途径的反应速度慢 起来。这种情况又称为“反馈抑制 ”。
正反馈
结合使酶活性增强
第一个酶
（有活性）
终产物
第一个酶
（无活性）
终产物（调节物） 结合在调节中心
（一）变构调节（别构调节）：
某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位 特异性结合，使酶的分子构象发生改变， 从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速 度，这种调节作用就称为变构调节 (allosteric regulation)。 调控部位：酶分子中存在着一些可以 与其他分子发生某种程度的结合的部 位，从而引起酶分子空间构象的变化， 对酶起激活或抑制作用。
2+
O P O O
O P O O CH2 H H OH O A H H OH
酶的催化机制
的催化作用是降低反应的活化能，从而 增加了活化分子的百分数，使反应更容 易进行。
酶的催化包括酶如何同底物结合及酶如何
能使反应加快两个方面。酶同底物结合已 在酶催化作用的中间产物的实验中的得到 证实。但酶究竟与底物何种方式结合，目 前还停留在设想阶段，而且有不同的观点。 一般认为酶同底物的结合发生在酶蛋白的 活性部位。
诱导契合”学说（induced fit theory） 酶对于它所作用的底物有着严格的选择,只能催化一定结构或者 一些结构近似的化合物,使这些化合物发生生物化学反应。有的 科学家提出,酶和底物结合时,底物的结构和酶的活动中心的结构 十分吻合,就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状,使 酶只能与对应的化合物契合,从而排斥了那些形状、大小不适合 的化合物,这就是“锁钥学说”。 科学家后来发现,当底物与酶结合时,酶分子上的某些基团常常发 生明显的变化。另外,酶常常能够催化同一个生化反应中正逆两 个方向的反应。因此,“锁和钥匙学说”把酶的结构看成是固定不 变的,这是不符合实际的。于是,有的科学家又提出,酶并不是事先 就以一种与底物互补的形状存在,而是在受到诱导之后才形成互 补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后,才诱导手套的形 状发生变化一样。底物一旦结合上去,就能诱导酶蛋白的构像发 生相应的变化,从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物,这就是 1958年D.E.Koshland提出的“诱导契合学说”：酶分子活性中 心的结构原来并非和底物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔 软的而非刚性的。当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象 发生相应的变化，有关的各个基因达到正确的排列和定向，从而 使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反 应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的 构象。
酶与催化反应PPT课件
17
三、按酶所催化反应的类型将酶分为六大类
氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶 转移酶类：催化分子间基团转移或交换的酶 水解酶类：催化底物发生水解反应的酶 裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双 键的反应或其逆反应的酶 异构酶类：催化同分异构体相互转化的酶类 合成酶类：催化两种底物形成一种产物同时偶 联有高能键的水解释能的酶
由多个相同或不同的亚基组成的酶。
16
多酶复合物（multienzyme complex）， 或称多酶体系（multienzyme system） 由催化不同化学反应的多种酶聚合组成 如：丙酮酸脱氢酶复合物
多功能酶（multifunctional enzyme） 或称串联酶（tandem enzyme） 多种催化功能融合于一条多肽链的酶 如：哺乳动物脂肪酸合成酶
8
• 一级反应（first-order reaction）:单底物反应
V仅依赖于一个底物浓度[S]； V = k [S]
• 二级反应（second-order reaction） ：双底 物反应
V依赖于两个底物浓度和反应速率常数 V = k [S1][S2]
9
二、酶的化学本质是蛋白质
（一）单纯酶仅含有氨基酸组分
速率相等时，反应便不再有新的产物生成,这时 的化学反应称为反应平衡。
平衡常数（equilibrium constant, Keq） 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反
应产物浓度成积与剩余底物浓度成积之比。
4
一定的温度下，Keq与反应的初始浓度无关，
它反映化学反应的本性。 Keq越大则反应越倾向于产物的生成；
辅基 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。
三、按酶所催化反应的类型将酶分为六大类
氧化还原酶类：催化氧化还原反应的酶 转移酶类：催化分子间基团转移或交换的酶 水解酶类：催化底物发生水解反应的酶 裂合酶类：催化从底物移去一个基团并形成双 键的反应或其逆反应的酶 异构酶类：催化同分异构体相互转化的酶类 合成酶类：催化两种底物形成一种产物同时偶 联有高能键的水解释能的酶
由多个相同或不同的亚基组成的酶。
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多酶复合物（multienzyme complex）， 或称多酶体系（multienzyme system） 由催化不同化学反应的多种酶聚合组成 如：丙酮酸脱氢酶复合物
多功能酶（multifunctional enzyme） 或称串联酶（tandem enzyme） 多种催化功能融合于一条多肽链的酶 如：哺乳动物脂肪酸合成酶
8
• 一级反应（first-order reaction）:单底物反应
V仅依赖于一个底物浓度[S]； V = k [S]
• 二级反应（second-order reaction） ：双底 物反应
V依赖于两个底物浓度和反应速率常数 V = k [S1][S2]
9
二、酶的化学本质是蛋白质
（一）单纯酶仅含有氨基酸组分
速率相等时，反应便不再有新的产物生成,这时 的化学反应称为反应平衡。
平衡常数（equilibrium constant, Keq） 平衡常数是指化学反应达到平衡时，反
应产物浓度成积与剩余底物浓度成积之比。
4
一定的温度下，Keq与反应的初始浓度无关，
它反映化学反应的本性。 Keq越大则反应越倾向于产物的生成；
辅基 (prosthetic group): 与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超 滤的方法除去。
酶的催化机理
James Batcheller Sumner
首次从刀豆中提纯了脲酶，并证
明是一种蛋白质。
美国化学家诺思谱把一系列
酶提纯出来，证明它们都是蛋白
质。他俩因而共同获得了1946
John Howard Northrop 年诺贝尔奖。
8
2．某些RNA有催化活性
近年来，一些研究结果表明，
某些RNA分子也有催化活性。 1982年美国科罗拉多大学的
1983年，耶鲁大学的S. Altman 核糖核酸酶P至少能催化六种tRNA前 体的加工。真正发挥催化活性的是核 糖核酸酶P中的RNA成分，而其中的 蛋白质成分是非活性的。
酶的化学本质不完全是蛋白质，某 些RNA分子也具有催化活性。这类 RNA被称为ribozyme（核酶）。
Cech和Altman因此获得1989年 的诺贝尔奖。
16
习惯命名
惯用名 常依据酶所作用的底物和反应类型命名。 原则： （1）根据作用底物：如淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶
等。 （2）根据反应质：如水解酶、脱氢酶、转氨酶
等。 （3）二者结合：如乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶等。 （4）再加上酶的来源、特性：如木瓜蛋白酶、胃
蛋白酶、酸性磷酸酯酶、碱性磷酸酯酶等。
17
的分子必须具备一定能量即分子处于活化状态，活
21
5．异构酶类：催化同分异构体的相互转变。
6、合成酶：与ATP 分解相偶联，并由二种物 质合成一种物质。如天冬酰胺合成酶 丙酮酸 羧化酶
22
二、酶的结构
活性中心:酶分子表现催化活性的关键部 位，指酶分子中与底物结合并起催化反应 的空间部位。
活性中心是由酶分子中几个位点上的 氨基酸组成。
23
活性中心由2部分组成：
首次从刀豆中提纯了脲酶，并证
明是一种蛋白质。
美国化学家诺思谱把一系列
酶提纯出来，证明它们都是蛋白
质。他俩因而共同获得了1946
John Howard Northrop 年诺贝尔奖。
8
2．某些RNA有催化活性
近年来，一些研究结果表明，
某些RNA分子也有催化活性。 1982年美国科罗拉多大学的
1983年，耶鲁大学的S. Altman 核糖核酸酶P至少能催化六种tRNA前 体的加工。真正发挥催化活性的是核 糖核酸酶P中的RNA成分，而其中的 蛋白质成分是非活性的。
酶的化学本质不完全是蛋白质，某 些RNA分子也具有催化活性。这类 RNA被称为ribozyme（核酶）。
Cech和Altman因此获得1989年 的诺贝尔奖。
16
习惯命名
惯用名 常依据酶所作用的底物和反应类型命名。 原则： （1）根据作用底物：如淀粉酶、蔗糖酶、蛋白酶
等。 （2）根据反应质：如水解酶、脱氢酶、转氨酶
等。 （3）二者结合：如乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶等。 （4）再加上酶的来源、特性：如木瓜蛋白酶、胃
蛋白酶、酸性磷酸酯酶、碱性磷酸酯酶等。
17
的分子必须具备一定能量即分子处于活化状态，活
21
5．异构酶类：催化同分异构体的相互转变。
6、合成酶：与ATP 分解相偶联，并由二种物 质合成一种物质。如天冬酰胺合成酶 丙酮酸 羧化酶
22
二、酶的结构
活性中心:酶分子表现催化活性的关键部 位，指酶分子中与底物结合并起催化反应 的空间部位。
活性中心是由酶分子中几个位点上的 氨基酸组成。
23
活性中心由2部分组成：
酶的作用机理ppt课件
应用：“抗体酶”的故事
早在1946年，化学家Pauling就提出酶能够稳定底物形成的“过渡 态”从而完成催化作用。可是这如何证明呢？1960年代，人们掌握 的两种物质之间的特异性作用原理为解决这一问题带来了曙光。已 知将某物质A注射到小鼠体内，在小鼠体内能够提取与物质A特异性 结合的蛋白质A〇。这是因为物质A被小鼠的免疫细胞“学习”从而 产生针对它的蛋白质A〇。1986年，Pollack和他的研究小组在研究羧 酸酯酶（将羧酸酯分解）时，利用物质甲作为抗原注射到小鼠体内， 并分离出免疫细胞，并分离提纯出它分泌的各种蛋白质，他们惊喜 地发现，从蛋白质产物中发现了一种能够催化羧酸酯分解的物质甲 〇，从而将40年前的Pauling假说予以证实。
酶是降低反应活化能的催化剂
1
2
3
4
酶是降低反应活化能的催化剂
（1）第1组实验的目的是什么？
酶是降低反应活化能的催化剂
（2）第2组实验现象有何变化？加热有何作用？
酶是降低反应活化能的催化剂
（3）第3组实验现象有何变化？FeCl3有何作用？
酶是降低反应活化能的催化剂
（4）第4组实验现象有何变化？肝脏研磨液有何作用？
我能通过文字、语言描述出酶通过稳定反应“过渡态” 降低活化能，并通过实例说明酶催化的高效性和专一性。
我能通过文字、语言说出酶通过降低反应活化能从而实 现催化作用，并独立完成实验证实酶具有高效性和专一性。
我能通过学习体验概括出酶是生物化学反应的催化剂， 并通过参与实验认同酶具有高效性和专一性。
水平 水平四 水平三 水平二 水平一
应用：“抗体酶”的故事
阅读故事，思考讨论以下问题： （1）物质甲〇是一种具有催化能力的________，它的化 学本质是________。 （2）题目中物质结合的特异性是指________，这依赖于 它们的________。 （3）根据题意，Pollack实验中所使用的“物质甲”是 ________，说明酶的作用机理是通过结合________，从 而证实了Pauling的假说。 （4）你能够利用以上思路提出同一个治疗可卡因成瘾患 者的新途径吗？
第四章 酶的催化机理
五、结构柔性(structural flexibility)
当酶蛋白结合底物或抑制剂时，酶蛋白常表现出结 构柔性，即结构发生重排，在某些酶的特定位点尤其 明显，使构象发生变化。Koshland将这种构象变化称 为诱导契合(induced fit)，这一变化是酶同底物分子的
基团之间多个弱相互作用诱导的结果。
一般酸碱催化的重要性在于，它保证了许多依赖质子传递的酶促反应在生理
条件(近中性pH)下顺利进行，避免了pH过高或太低的反应条件局限性。
三、静电效应 (electrostatic effect)
酶蛋白的功能基团可起类似的稳定作用，它的带正 电荷的氨基酸残基(Arg或Lys)靠近底物过渡态的氧阴 离子，就可使之稳定；而它的带负电荷的氨基酸残基 (Asp或Glu)对过渡态中的正碳离子也可产生类似的效 应。这种对过渡态的稳定作用，不是经过质子传递， 而是产生于位臵固定的电荷之间的相互作用，故称之 为静电效应。
本章介绍化学本质为蛋白质的酶的催化
机理，即在酶促反应中经常出现的5种
效应 —— 邻近效应，一般构
柔性(诱导契合)。
第一节 过渡态理论
所谓过渡态，指的是反应物
在反应途径中能量最高的最 不稳定的形式，值化学键正
处于断裂或形成过程之时。
除了过渡态，反应物还有两
酶蛋白能够比水分子更好地稳定极性过渡态，因为 在有机环境中介电常数较低，埋入酶蛋白中的电荷和 极性过渡态中的电荷之间可产生很强的静电相互作用。 已知的酶蛋白中大约1／3需要1个或更多的金属离子 参与催化作用。这些金属离子都有助于通过静电效应 稳定带电荷的过渡态。
四、亲核和亲电催化 (nucleophilic and electrophilic catalysis)
酶的催化机理
酶为什么具有如此高的催化效率和专一性? 这与酶催化作用的机制有关
酶和底物的相互作用和变化过程称之为酶的作用机制。
酶的催化机理
目录
1
• 中间产物学说
2
ห้องสมุดไป่ตู้
• 影响酶催化效率的因素
3
• 酶催化作用专一性的机理
4
• 几种酶作用机制的举例
关于酶的作用机制，目前较为公认的是Michalis 和Mermen在 1913年首先提出的中间产物学说，即
3、共价催化作用
某些酶能与底物形成一个反应活性很高的 共价中间复合物。底物只需越过较低的活化能 就可以形成产物。
4、酸碱催化
这里指出的是广义的酸碱催化。
酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟基、咪 唑基）可作为质子供体或受体对底物进行催化，从而加 快反应速度。
酸碱催化
酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断 裂的机制称酸碱催化。
E1 ES
E2
E+S
G
P+ E
无酶参与
一定时间内 到同一地点
S→P（要求S的自由能高） 马拉松
有酶参与下
E + S →ES →E + P
坐车
w （要求S的自由能低）
ES 中间产物 中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述
一、与酶高效催化作用有关的因素
1、底物与酶的接近与定向效应(邻近反应学说 与轨道定向学说)∶
中间产物假说有酶参与下有酶参与下eseseses中间产物中间产物中间产物的催化机理中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述一定时间内到同一地点马拉松坐车一与酶高效催化作用有关的因素一与酶高效催化作用有关的因素1底物与酶的接近与定向效应邻近反应学说与轨道定向学说底物的反应基团与酶活性中心的催化基团相互严格的定向使得活性中心的底物浓度特别高从而使反应速度增高
酶和底物的相互作用和变化过程称之为酶的作用机制。
酶的催化机理
目录
1
• 中间产物学说
2
ห้องสมุดไป่ตู้
• 影响酶催化效率的因素
3
• 酶催化作用专一性的机理
4
• 几种酶作用机制的举例
关于酶的作用机制，目前较为公认的是Michalis 和Mermen在 1913年首先提出的中间产物学说，即
3、共价催化作用
某些酶能与底物形成一个反应活性很高的 共价中间复合物。底物只需越过较低的活化能 就可以形成产物。
4、酸碱催化
这里指出的是广义的酸碱催化。
酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟基、咪 唑基）可作为质子供体或受体对底物进行催化，从而加 快反应速度。
酸碱催化
酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断 裂的机制称酸碱催化。
E1 ES
E2
E+S
G
P+ E
无酶参与
一定时间内 到同一地点
S→P（要求S的自由能高） 马拉松
有酶参与下
E + S →ES →E + P
坐车
w （要求S的自由能低）
ES 中间产物 中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述
一、与酶高效催化作用有关的因素
1、底物与酶的接近与定向效应(邻近反应学说 与轨道定向学说)∶
中间产物假说有酶参与下有酶参与下eseseses中间产物中间产物中间产物的催化机理中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述可由诱导契合机制描述一定时间内到同一地点马拉松坐车一与酶高效催化作用有关的因素一与酶高效催化作用有关的因素1底物与酶的接近与定向效应邻近反应学说与轨道定向学说底物的反应基团与酶活性中心的催化基团相互严格的定向使得活性中心的底物浓度特别高从而使反应速度增高
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底物的反应基团与酶活性中心的催化基团相 互严格的定向，使得活性中心的底物浓度特别 高，从而使反应速度增高。
定向效应包括： 反应物的反应基团之间 酶的催化基团和底物反应基团之间
2、底物分子的敏感键产生张力或变形
酶分子中某些基团可使底物分子的敏感键中 电子云密度部分的增加或减少从而产生“电磁 张力”使敏感键更敏感，更易于反应。
几种酶作用机理举例
胰凝乳蛋白酶
.
22
.
23
胰凝乳蛋白酶的的机制
大致可分为两个阶段： 第一步：乙酰复合体的形成，称为酰化作用。 第二部：乙酰复合体通过水解再生为游离的酶， 称为脱酰作用。
.
24
溶菌酶
.
25
溶菌酶的催化过程
.
26
.
27
溶菌酶催化机制总结
.
28
谢谢观赏
反应速度。 G
P+ E
无酶参与
一定时间内 到同一地点
S→P（要求S的自由能高） 马拉松
有酶参与下
E + S →ES →E + P
（要求S的自由能低）
坐车
ES 中间产物 中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述
一、与酶高效催化作用有关的因素
1、底物与酶的接近与定向效应(邻近反应学说 与轨道定向学说)∶
酶为什么具有如此高的催化效率和专一性?
这与酶催化作用的机制有关
酶和底物的相互作用和变化过程称之为酶的作用机制。
酶的催化机理
目录
1
• 中间产物学说
2
• 影响酶催化效率的因素
3
• 酶催化作用专一性的机理
4
• 几种酶作用机制的举例
关于酶的作用机制，目前较为公认的是Michalis 和Mermen在 1913年首先提出的中间产物学说，即
3、共价催化作用
某些酶能与底物形成一个反应活性很高的 共价中间复合物。底物只需越过较低的活化能 就可以形成产物。
4、酸碱催化
这里指出的是广义的酸碱催化。
酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟 基、咪唑基）可作为质子供体或受体对底物进 行催化，从而加快反应速度。
酸碱催化
酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断 裂的机制称酸碱催化。
溶菌酶的两个催化羧基：
Glu35-COOH Asp52-COO-
不同酶起主要作用的因素可能不同，各自都 有特点。一般说：多种因素联合作用才是整 个反应加快的原因。
例：丝氨酸蛋白酶的催化机制 其中包括共价催化、酸碱催化、及底物
邻近与定向
二、关于酶对作用底物的专一性 1、锁钥假说∶ 2、诱导契合学说∶ 例如∶己糖激酶
酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH)
H2O
EH
E-
EH + OH-
A- : B+ + H+
碱催化(失电子态)
A- : H+ + E-COO-
AH + B+
A- + E-COOH E-COO- &的微环境效应
1.酶活性中心提供一个低介电区：
低介电环境有利于电荷间相互作用，而极性环境往往 对电荷有屏蔽作用。 2.局部环境差异使催化基团的解离状态不一样，例如;
酶在催化反应时会发生构象变化
例如：柠檬酸合成酶
小结 酶作用的专一性机理
锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底 物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的 活性中心。 诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔 性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构 象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团 正确排列和定向，使之与底物成互补形状有 机的结合而催化反应进行。
E+S
ES
E+P
中间产物学说的关键在于中间产物的形成，中间产 物稳定性较低，易于分解成产物。
中间产物假说
ES K K 1 2 E SK 3 P E
酶（E）与底物（S）结合生成不
稳定的中间物（ES），再分解成 产物（P）并释放出酶，使反应
E1 ES
沿一个低活化能的途径进行，降
E2
低反应所需活化能，所以能加快 E+S
定向效应包括： 反应物的反应基团之间 酶的催化基团和底物反应基团之间
2、底物分子的敏感键产生张力或变形
酶分子中某些基团可使底物分子的敏感键中 电子云密度部分的增加或减少从而产生“电磁 张力”使敏感键更敏感，更易于反应。
几种酶作用机理举例
胰凝乳蛋白酶
.
22
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23
胰凝乳蛋白酶的的机制
大致可分为两个阶段： 第一步：乙酰复合体的形成，称为酰化作用。 第二部：乙酰复合体通过水解再生为游离的酶， 称为脱酰作用。
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24
溶菌酶
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25
溶菌酶的催化过程
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溶菌酶催化机制总结
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28
谢谢观赏
反应速度。 G
P+ E
无酶参与
一定时间内 到同一地点
S→P（要求S的自由能高） 马拉松
有酶参与下
E + S →ES →E + P
（要求S的自由能低）
坐车
ES 中间产物 中间产物的催化机理可由诱导契合机制描述
一、与酶高效催化作用有关的因素
1、底物与酶的接近与定向效应(邻近反应学说 与轨道定向学说)∶
酶为什么具有如此高的催化效率和专一性?
这与酶催化作用的机制有关
酶和底物的相互作用和变化过程称之为酶的作用机制。
酶的催化机理
目录
1
• 中间产物学说
2
• 影响酶催化效率的因素
3
• 酶催化作用专一性的机理
4
• 几种酶作用机制的举例
关于酶的作用机制，目前较为公认的是Michalis 和Mermen在 1913年首先提出的中间产物学说，即
3、共价催化作用
某些酶能与底物形成一个反应活性很高的 共价中间复合物。底物只需越过较低的活化能 就可以形成产物。
4、酸碱催化
这里指出的是广义的酸碱催化。
酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟 基、咪唑基）可作为质子供体或受体对底物进 行催化，从而加快反应速度。
酸碱催化
酶活性中心提供H+或提供H+受体使敏感键断 裂的机制称酸碱催化。
溶菌酶的两个催化羧基：
Glu35-COOH Asp52-COO-
不同酶起主要作用的因素可能不同，各自都 有特点。一般说：多种因素联合作用才是整 个反应加快的原因。
例：丝氨酸蛋白酶的催化机制 其中包括共价催化、酸碱催化、及底物
邻近与定向
二、关于酶对作用底物的专一性 1、锁钥假说∶ 2、诱导契合学说∶ 例如∶己糖激酶
酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH)
H2O
EH
E-
EH + OH-
A- : B+ + H+
碱催化(失电子态)
A- : H+ + E-COO-
AH + B+
A- + E-COOH E-COO- &的微环境效应
1.酶活性中心提供一个低介电区：
低介电环境有利于电荷间相互作用，而极性环境往往 对电荷有屏蔽作用。 2.局部环境差异使催化基团的解离状态不一样，例如;
酶在催化反应时会发生构象变化
例如：柠檬酸合成酶
小结 酶作用的专一性机理
锁钥学说：将酶的活性中心比喻作锁孔，底 物分子象钥匙，底物能专一性地插入到酶的 活性中心。 诱导契合学说：酶的活性中心在结构上具柔 性，底物接近活性中心时，可诱导酶蛋白构 象发生变化，这样就使酶活性中心有关基团 正确排列和定向，使之与底物成互补形状有 机的结合而催化反应进行。
E+S
ES
E+P
中间产物学说的关键在于中间产物的形成，中间产 物稳定性较低，易于分解成产物。
中间产物假说
ES K K 1 2 E SK 3 P E
酶（E）与底物（S）结合生成不
稳定的中间物（ES），再分解成 产物（P）并释放出酶，使反应
E1 ES
沿一个低活化能的途径进行，降
E2
低反应所需活化能，所以能加快 E+S