第10章 酶的作用机制和酶的调节
一酶的活性中心
第 10 章 酶 必需基团:酶分子中有些基团若经化学修饰（氧 的 化、还原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活 作 性丧失，这些基团称为必需基团。 用 机 非必需基团：有的酶温和水解掉几个AA残基， 制 仍能表现活性，这些基团即非必需基团。 和 酶 的 调 节
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多 元 催 化
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第 10 章 酶 的 作 用 机 制 和 酶 的 调 节
（一）邻近定向效应
在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和 性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势， 最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中 心的有效浓度大大增加的效应叫做邻近效应。 有利于提高反应速度； 定向效应：由于活性中心的立体结构和相关基 团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应 的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促 反应具有高效率和专一性特点。
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第 10 章 酶 的 作 用 机 制 和 酶 的 调 节
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第 10 章 酶 的 作 用 机 制 和 酶 的 调 节
（六） 多元催化和协同效应
酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用 的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向， 可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的 位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应 状态。
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。此 部位决定酶的专一性。 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。此 部位决定酶所催化反应的性质。 对于结合酶而言，还包括辅酶和辅基上的一些结构基团。
第10章 酶的作用机制和酶的调节
10第十章 酶的作用机制和酶的调节
第十章酶的作用机制和酶的调节目的和要求：理解、掌握酶活性部位的相关概念和特点；掌握酶催化高效性的相关机理；了解几种酶的催化机制，理解结构和功能的适应性；了解酶活性的调节方式，掌握酶活性的别构调节、可逆共价调节和酶原激活调节方式及生物代谢中的作用。
一、酶的活性部位㈠酶的活性部位的特点1、概念：三维结构上比较接近的少数特异的氨基酸残基参与底物的结合与催化作用，这一与酶活力直接相关的区域称酶的活性部位。
结合部位：专一性催化部位：催化能力，对需要辅酶的酶分子，辅酶或其一部分就是活性中心的组成部分；组成酶活性部位的氨基酸数目对不同酶而言存在差异，占整个酶氨基酸残基小部分酶活性部位的基团：亲核性基团，丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。
酸碱性基团：天冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。
2、特点⑴活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分（1%～2%）⑵酶的活性部位是一个三维实体⑶酶的活性部位并不是和底物的形状互补的⑷酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂隙内⑸底物通过次级键结合到酶上⑹酶活性部位具有柔性㈡研究酶活性部位的方法1、酶分子基团的侧链化学修饰⑴非特异性共价修饰：活力丧失程度与修饰剂浓度有正比关系；底物或可逆的抑制剂可保护共价修饰剂的修饰作用。
⑵特异性共价修饰：分离标记肽段，可判断活性部位的氨基酸残基，如二异丙基氟磷酸（DFP）专一性与胰凝乳蛋白酶活性部位丝氨酸残基的羟基结合。
⑶亲和标记：利用底物类似物和酶活性部位的特殊亲和力将酶加以修饰标记来研究酶活性部位的方法。
修饰剂的特点：①结构与底物类似，能专一性引入到酶活性部位；②具活泼化学基团，能与活性部位某一氨基酸共价结合，相应的试剂称“活性部位指示剂”。
胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶，TPE是酶的底物，TPCK是酶的亲和试剂，当酶与TPCK温浴后，酶活性丧失，这种结合具有空间结构的需求，同时也阻止其他试剂如DFP结合。
《生物化学》酶的作用机制和酶的调节
side view
胃蛋白酶原
在pH5.0以下断裂 切去44个氨基酸片断
胃蛋白酶
溶菌酶
必需基团
酶的活性中心往往只是包括酶蛋白的几个氨基酸残 基，而对于活性中心以外的氨基酸残基，并非是可有可无 的，有些氨基酸残基也是酶表现催化活性所必需的，称为 必需基团。因此酶的活性中心属于必需基团的一部分，必 需基团还包括其它一些对酶活性必需的氨基酸残基。
(五)金属离子催化
1、需要金属的酶分类 （1）金属酶 含紧密结合的金属离子，多属于过渡金 属离子如，Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、 Mn2+或Co3+。 （2）金属-激活酶 含松散结合的金属离子，通常为碱和碱 土金属离子，如Na+、K+、Mg2+或Ca2+。
(五)金属离子催化
2、金属离子以三种主要途径参加催化过程： （1）通过结合底物为反应定向 （2）通过可逆的改变金属离子的氧化态调 节氧化还原反应 （3）通过静电稳定或屏蔽负电荷
（一）酶活性部位的特点
1、活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分。 2、酶的活性部位是一个三维实体。 3、酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而 是在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子, 有 时是二者构象同时发生变化后才互补的。 （诱导 契合学说）。 4、酶的活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物 分子结合到裂缝内并发生催化作用。 5、底物通过次级键较弱的的力结合到酶上。 6、酶活性部位具有柔性或可运动性。
广义酸基团 （质子供体） 广义碱基团（质子受体）
(四)共价催化(covalent catalysis)
共价催化又称亲核催化或亲电子催化,在催化时, 亲核催化剂或亲电子催化剂能分别放出电子或汲 取电子并作用于底物的缺电子中心或负电中心,迅 速形成不稳定的共价中间复合物,降低反应活化能, 使反应加速。
酶的作用和作用机理是什么
酶的作用和作用机理是什么
酶是一种特殊的蛋白质，它在生物体内起着至关重要的作用。
酶是生物体内催
化化学反应的催化剂，能够加速反应速率而不改变反应所引发的方向。
酶的作用机理涉及到酶与底物的结合、反应过渡态的形成以及产物释放等多个步骤。
在生物体内，酶扮演着“生命的工厂”角色。
酶能够在生体温下加速化学反应，
从而维持生物体内繁复的代谢过程顺利进行。
酶选择性地作用于特定的底物，使得生物体内的代谢通路高效而有序。
酶的作用机理主要包括底物结合、催化反应和产物释放三个主要步骤。
首先，
酶通过其特定的活性位点与底物结合形成酶-底物复合物。
这种结合能够使底物的
化学键变得更容易断裂，从而促进反应的进行。
接着，酶通过提供合适的环境和催化功能，促使底物发生化学反应，形成反应过渡态。
最后，酶释放产物，使得反应达到平衡状态。
酶的催化活性受到多种因素的影响，包括底物浓度、温度、pH值等。
酶活性
一般随着底物浓度的增加而增加，但在一定浓度范围内会达到最大值。
温度和pH
值也会影响酶的构象和活性，过高或过低的温度及异常的pH值都会影响酶的活性。
总之，酶作为生物体内化学反应的催化剂，发挥着重要的作用。
通过理解酶的
作用机理，可以更好地认识生物体内代谢的调控和调节机制，对于人类健康和医学研究具有重要意义。
第十章 酶的催化作用机制和酶的调节
His 是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个 催化功能团。
4、 共价催化
基本原理： 又称亲核催化或亲电子催化，催化
时，酶分子上亲核基团或亲电子基 团分别放出电子或汲取电子并作用 于底物的缺电子或富电子中心，迅 速形成不稳定的共价中间复合物， 降低反应活化能，使反应加速。 酶上常见的亲核基团： Ser 的羟基， Cys 的巯基， His 的咪唑基。 底物上亲电基团：磷酰基，酰基， 糖基。 ——P392实例
碱催化 酸催化
（三）羧肽酶
307个AA，单肽链，紧密结合一个Zn2+ 催化肽链C末端肽键水解
锌离子在酶活性部位 与2His和Glu配位连接
底物（Gly-Tyr）与酶诱导契合进行结合P403-404
由145，248，270位 的AA和底物结合，将 进一步由锌离子，Arg127， Glu270对底物催化
补 （3）酶上含催化亚基和调节亚基，效
应物和调节亚基以非共价结合，改变酶的 构象，影响其与底物结合，从而调节催化 反应。
1、非别构酶
2、正协同效应 别构酶
3、负协同效应 别构酶
4、别构模型
（1）协同模型（WMC模型）：又称齐变模 型，即在酶活性调节中，当蛋白质构象变 化时各亚基几乎同时从一种构象转变为另 一种构象。
*二、酶催化反应的独特性质 （自学，以增对酶催化作用所理解）
三、影响酶催化效率的有关因素
酶是专一性强， 催化效率很高的 生物催化剂，这 是由酶分子的特 殊结构决定的。 多种因素可以使 酶催化的反应加 速：
1、底物和酶的邻近效应和定向效应
邻近效应：酶与底物形成复合物后，使底物和 底物之间（对多底物反应而言），酶的催化基 团与底物之间结合于同一分子使反应有效浓度 大提高，有利于提高反应速率大增加。
第10章 酶的作用机制和酶的调节3
S
S S
S S S
S S S S
亚基全部 处于R型
亚基全部 处于T型
依次序变化
酶原激活
酶原：刚生物合成出来的酶蛋白是没有活性的， 经过加工后（剪切，修饰等）才具有活性。没有 活性的酶的前体叫酶原 酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作 用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称 为酶原的激活 本质：酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构 的改变。酶原分子一级结构的改变导致了酶原分 子空间结构的改变，酶原的激活实质上是酶活性 部位形成或暴露的过程
共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调 节方式为级联反应 级联放大：细胞内一种连锁的调节系统，可由 一系列共价调节酶组成。具有显著的信号放大 效应
同工酶
催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质 及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶。 同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组 织或不同细胞器在代谢上的不同需要。因此， 同工酶在体内的生理功能是不同的。
酶活性的调节
酶活性的调节
在现成的酶分子上进行加工，相对遗传控制调 节酶的合成来得快 调节方式：别构调节、共价修饰、酶原激活、 同工酶等
别构酶和别构调节
有些酶分子表面除了具有活性部位外，还存在 调节部位（别构位点） 调节物（效应物）结合到别构位点上引起酶的 构象发生变化，导致酶的活性提高或下降，这 种现象称为别构效应（allosteric effect） 具有别构效应的酶称别构酶（allosteric enzyme） 别构酶往往是代谢途径中的关键酶，别构调节 是机体代谢调节的重要方式，效应物往往是前 馈激活剂或者反馈抑制剂
乳酸脱氢酶同工酶
乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，在体 内共有五种分子形式，即LDH1（H4）， LDH2（H3M1），LDH3（H2M2），LDH4 （H1M3）和LDH5（M4） 心肌中以LDH1含量最多，LDH1对乳酸的亲和 力较高，因此它的主要作用是催化乳酸转变为 丙酮酸再进一步氧化分解，以供应心肌的能量 在骨骼肌中含量最多的是LDH5，LDH5对丙酮 酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化丙 酮酸转变为乳酸，以促进糖酵解的进行
生物化学(第三版)第十章 酶的作用机制和酶的调节课后习题详细解答_ 复习重点
第十章酶的作用机制和酶的调节提要酶的活性部位对于不需要辅酶的酶来说，就是指酶分子中在三维结构上比较靠近的几个氨基酸残基负责与底物的结合与催化作用的部位，对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子或辅酶分子上的某一部分结构，往往也是酶活性部位的组成部分。
酶活性部位有6个共同特点。
研究酶活性部位的方法有：酶分子侧链基团的化学修饰法，动力学参数测定法，X射线晶体结构分析法和定点诱变法，这些方法可互相配合以判断某个酶的活性部位。
酶是催化效率很高的生物催化剂，这是由酶分子的特殊结构所决定的。
经研究与酶催化效率的有关因素有7个，即底物和酶的邻近效应与定向效应，底物的形变与诱导契合，酸碱催化，共价催化，金属离子催化，多元催化和协同效应，活性部位微环境的影响。
但这些因素不是同时在一个酶中其作用，也不是一种因素在所有的酶中起作用，对于某一种酶来说，可能分别主要受一种或几种因素的影响。
研究酶催化的反应机制，始终是酶学研究的一个重点，通过大量的研究工作，已经对一些酶的作用机制有深入了解，该章对溶解酶、胰核糖核酸酶A、羧肽酶A、丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶等的催化作用机制进行了详尽的讨论。
酶活性是受各种因素调节控制的，除了在第8章中已介绍的几种因素外，主要还有①别构调节，例如ATCase。
②酶原的激活，如消化系统蛋白酶原的激活及凝血系统酶原的激活。
③可逆共价修饰调控，如蛋白质的磷酸化，一系列蛋白激酶的作用。
通过以上作用，使酶能在准确的时间和正确的地点表现出它们的活性。
别构酶一般都是寡聚酶，有催化部位和调节部位，别构酶往往催化多酶体系的第一步反应，受反应序列的终产物抑制，终产物与别构酶的调节部位相结合，由此调节多酶体系的反应速率。
别构酶有协同效应，[S]对υ的动力学曲线呈S形曲线（正协同）或表现双曲线（负协同），两者均不符合米氏方程。
ATCase作为别构酶的典型代表，已经测定了其三维结构，详细研究了别构机制和催化作用机制。
为了解释别构酶协同效应的机制，有两种分子模型受到人们重视，即协同模型和序变模型。
第10章 酶的作用机制和酶的调节
溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶A 129 241 348 212 307 Asp52, Glu35 His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn 2+
（一）别构调控
1、别构酶的概念 别构酶也称变构酶，它是代谢过程中的关键酶。除了具有酶的 活性部位外，还有一个调节部位。通过效应物（调节物）和酶 的别构部位的结合来调节其活性，从而调节酶反应速度和代谢 过程。
2、别构效应（allosteric effect）：调节物或效应物
与酶分子上的别构中心结合后，诱导出或稳定住酶分子的某种 构象，使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响，从而 调节酶反应速度及代谢过程，此效应即为酶的别构效应。 凡能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物或别构剂，通常为小 分子代谢物或辅因子。如因别构导致酶活性增加的物质称为正效应 物或别构激活剂。反之称为负效应物或别构抑制剂。
在非极性环境中两个带电基团之间的静电作用比在极性 环境中显著增高。当底物分子与酶的活性部位相结合， 就被埋没在疏水环境中，这里底物分子与催化基团之间 的作用力将比活性部位极性环境的作用力要强得多。这 一疏水的微环境大大有利于酶的催化作用。
三、
52
五、酶活性的调节控制
（三）研究酶活性部位的方法
1.酶分子侧链基团的化学修饰法
（1）非特异性共价修饰
某些化学试剂能和酶蛋白中氨基酸残基的侧链基团反应而 引起共价结合、氧化或还原等修饰反应，使基团的结构和 性质发生改变。如果某基团修饰后不引起酶活力的变化， 可以初步认为，此基团可能是非必需基团。反之，如修饰 后引起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基 团。 修饰剂已和活性都位基团结合的鉴别标准有两个： ①酶活力的丧失速率和修饰剂浓度成正比。 ②底物或与活性部位结合的可逆抑制剂可保护共价修饰剂 的抑制作用。
《生物化学》 酶通论
(二) 酶的化学组成
有些酶组成只有氨基酸，不含其他成分，称之为单纯酶。 脲酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等一般水解酶都属于单纯酶。
有些酶除了蛋白质组分外，还含有对热稳定的非蛋白的 小分子物质。其蛋白质组分称为脱辅酶（apoenzyme或 apoprotein），非蛋白的小分子物质称为辅因子 （cofactor）。脱辅酶与辅因子结合后形成的复合物称为 全酶（holoenzyme）。即：
中文
２、转移酶
➢ 催化分子间基团转移的酶称转移酶
反应通式：AR+B
A+BR
如谷丙转氨酶等。
2.转移酶 催化基团转移反应
谷丙转氨酶 英文
2. Transferases
• Catalyze group transfer reactions
中文
3、水解酶
催化水解反应的酶称水解酶。 反应通式：
AB+H2O
2、酶的活力单位
酶活力单位，即酶单位（U），用来表示酶活力的大 小即酶含量的多少。 酶活力单位的定义：
在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产 物所需的酶量。
这样酶的含量就可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含 有多少酶单位来表示（U/g，U/ml）
2、酶的活力单位
为了统一酶的单位，国际生化协会酶学委员会于1961年提出采用 统一的“国际单位”（IU）来表示酶活力，规定：
第二单元 酶
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第8章 酶（Enzyme）通论
一、酶催化作用的特点 (P320) 二、酶的化学本质及其组成(P323) 三、酶的命名和分类(P326) 四、酶的专一性(P332) 五、酶的活力测定和分离纯化(P335) 六、核酶(P339) 七、抗体酶(P343) 八、酶工程简介(P344)
王镜岩版生物化学总复习习题
生物化学各章复习题第 3 章氨基酸回答问题 :1. 什么是蛋白质的酸水解、碱水解和酶水解，各有何特点？2. 写出 20 种基本氨基酸的结构、三字母缩写和单字母缩写。
3. 甘氨酸、组氨酸和脯氨酸各有何特点？4. 什么是氨基酸的等电点？写出下了列氨基酸的结构、解离过程，并计算等电点：缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。
5. 在多肽的人工合成中，氨基酸的氨基需要保护，有哪些反应可以保护氨基？6. Sanger 试剂、 Edman 试剂分别是什么？与氨基酸如何反应，此反应有何意义？7. 试写出半胱氨酸与乙撑亚胺的反应，此反应有何意义？8. 写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的反应。
9. 蛋白质有紫外吸收的原因是什么，最大吸收峰是多少？10. 什么是分配定律、分配系数？分配层析的原理是什么？11. 什么是 HPLC?12. 课本 P156,15 题。
第 4 、 5 章蛋白质的共价结构，三维结构一．名词解释：单纯蛋白（举例），缀合蛋白（举例），辅基，配体，蛋白质的一、二、三、四级结构，超二级结构，结构域，肽平面（酰胺平面），谷胱甘肽（结构式），对角线电泳，完全水解，部分水解，同源蛋白质，不变残基，可变残基，α - 螺旋β - 折叠，膜内在蛋白，脂锚定膜蛋白，蛋白质的变性与复性，单体，同聚体，杂多聚蛋白二．回答问题：1. 试举例说明蛋白质功能的多样性？2. 那些实验能说明肽键是蛋白质的连接方式？3. 试述肽键的性质。
4. 试述蛋白质一级结构测定的策略。
5. 如何测定 N- 端氨基酸？6. 图示胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、嗜热菌蛋白酶及胃蛋白酶的作用专一性。
7. 书 p194 —第 2 题8. 研究蛋白质构象的方法都有哪些？9. 稳定蛋白质的三微结构的作用力有哪些？10. 影响α - 螺旋形成的因素有哪些？11. 胶原蛋白的氨基酸组成有何特点？12. 蛋白质变性后有哪些现象？13. 举例说明蛋白质一级结构决定三级结构。
第 6 章蛋白质结构与功能的关系一．名词解释：珠蛋白，亚铁血红素，高铁血红素，亚铁肌红蛋白，高铁血红蛋白二．回答问题：1. 肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线有何不同，试从蛋白质结构与功能的关系上加以解释。
第10章酶的作用机制和酶的调节
第10章酶的作用机制和酶的调节第10章酶的作用机制和酶的调节教学目的：掌握酶的活性部位结构与功能、酶活性的别构调节、酶原激活，了解酶高效性原因教学重点：酶活性部位的结构与功能及酶的活性的别构调节教学难点：酶活性的别构调节教学方法：多媒体教学内容：一、酶的活性部位及确定方法（一）酶活性部位概念及特点1、酶的活性中心(活性部位):指酶分子中的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定空间结构的微小区域。
酶活性中心的基团,按其功能可分为结合基团和催化基团。
活性中心的基团都是维持酶活性的必需基团，2、酶活性部位的共同点：（1）酶活性部位仅占酶体积的很小一部分，通常只占整个酶分子体积的1~2%，酶分子是大分子物质，由很多氨基酸构成，而活性部位仅由几个氨基酸残基组成催化部位一般由2~3个氨基酸残基组成。
结合部位氨基酸残基数目，不同的酶有所不同。
可能是一个，也可能是多个。
（2）酶的活性部位具有三维结构，构成酶活性中心的基团，可位于同一条肽链上，也可位于不同的肽链上，在一级结构上可能相距甚远，但在空间结构上位置必须相互靠近；酶的空间结构受物理或化学因素影响时，酶的活性部位可能会遭破坏，酶会失活。
（3）活性中心的结合基团与底物专一性结合，这需要活性部位的基团精确排列。
活性部位具有一定的柔韧性,活性部位的结构并不是与底物的结构正好互补。
在酶与底物结合过程中，酶活性中心的构象在底物的诱导下可发生形变，然后嵌合互补形成中间产物，而底物在酶活性中心的诱导下也可发生形变，变的易与酶结合，有时是两者的构象同时发生变化后才互补契合（诱导契合学说）。
（4）酶活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结合到裂缝中，裂缝内的非极性基团较多，形成一个疏水环境，提高与底物的结合能力，也有极性的氨基酸残基，以便与底物结合并催化底物发生反应。
（5）底物通过较弱的次级键与酶结合。
组成酶活性中心的氨基酸残基，常见的有：组氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、半胱氨酸和酪氨酸3、研究酶活性部位的方法（1）共价修饰（2）亲和标记法（3）切除法（4）X射线晶体结构分析法二、酶促反应机制（一）基元催化的分子机制：酶的催化作用包括若干基元催化。
《生物化学》酶促反应动力学
k4
[ES]
(3)推导过程-1 由中间产物学说可知，酶促反应分两步进行
在稳态下,ES的生成速率与分解速率相等,达到动态平衡即:
VES生成 = VES分解
k1([E]- [ES]) [S]=(k2+ k3) [ES] 令Km = (k2+ k3)/ k1,则
([E]- [ES]) [S]/ [ES]= (k2+ k3)/ k1= Km
第二单元 酶化学
第8章 酶通论 第9章 酶促反应动力学 第10章 酶的作用机制和酶的调节
第9章 酶促反应动力学
一、化学动力学基础(P351) 二、底物浓度对酶反应速率的影响(P355) 三、酶的抑制作用(P368) 四、温度对酶反应的影响(P378) 五、pH对酶反应的影响(P379) 六、激活剂对酶反应的影响(P380)
1、不可逆的抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活，称 为不可逆抑制（irreversible inhibition）。
2、可逆抑制作用
抑制剂与酶的必需基团以非共价键结合而引起酶活力丧 失，能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活， 称为可逆抑制（reversible inhibition）
4、抑制百分数：
i%= （1- a） × 100% = （1-vi/ v0）× 100%
（二）抑制作用的类型
抑制剂： 凡使酶的必需基团或酶的活性部位中的基团的化学
性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质， 称为抑制剂，用I表示，其作用称为抑制作用。
抑制作用一般分为: 不可逆抑制作用和可逆抑制作用两类。
的速率方程称为本征动力学方程，有具体的物理
生物化学-生化知识点_酶的作用机制 (10章)
2.11 酶的作用机制 P384 10章①①①酶的活性部位（1）酶活性部位：酶的特殊催化能力只局限在大分子的一定区域，活性部位又称活性中心。
酶分子中与酶活力直接相关的区域称为活性中心，分为：①结合部位：负责与底物结合，决定酶的专一性。
①催化部位：负责催化底物键的断裂或形成，决定酶的催化能力。
对需要辅酶的酶，辅酶分子或辅酶分子某一部分结构往往是酶活性部位组成部分。
（2）酶活性部位特点：1. 活性部位只占酶分子中相当小的部分，通常1~2%。
P384 表10-1列举一些酶活性部位的氨基酸残基。
如溶菌酶一共129个氨基酸残基，活性部位为Asp52和Glu35；胰凝乳蛋白酶241个残基，活性部位为His57，Asp102，Ser 。
1952.活性部位为三维实体。
活性部位氨基酸残基在一级结构上可能相距甚远，甚至不在一条肽链上，但在空间结构上相互靠近。
因此空间结构破坏酶即失活。
活性中心以外部分可为酶活性中心提供三维结构。
3.酶与底物的结构互补是指在酶和底物结合过程中，相互构象发生一定变化后才互补。
如P385 图10-1。
4.活性部位位于酶分子表面的一个裂缝内。
裂缝中为一个疏水微环境，也含有某些极性氨基酸残基有利于催化，底物在此裂缝内有效浓度很高。
5.酶与底物结合形成ES复合物主要靠次级键：氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用。
6. 酶活性部位具有柔性和可运动性。
①①①研究酶活性部位的方法①1①酶侧链基团化学修饰法：1.特异性共价修饰：如二异丙基磷酰氟（DFP）专一地与酶活性部位Ser-OH的羟基共价结合，使酶失活。
如胰凝乳蛋白酶共28个Ser，但DFP只与活性中心的Ser反应，见P386。
反应后，用HCl将酶部分水解，得含二异丙基磷酸酯（DIP）基团的肽的片断，序列分析定出DIP-Ser为Ser195。
2.亲和标记：用与底物结构相似的修饰剂，对酶活性部位进行专一性共价修饰。
如TPCK（结构式见P387），结构与胰凝乳蛋白酶的底物对甲苯磺酰-L-苯丙氨酸乙酯（TPE）类似，TPCK只与胰凝乳蛋白酶中His57结合，说明His57为该酶活性部位的一个氨基酸残基。
酶的活性调节
（二）E 的活性中心特点 1 几个氨基酸残基，1％〜2 ％酶分子体积
384
(二) E 的活性中心特点
2 3
三维实体 表面或接近表面
裂缝(crevice)
疏水区域
4 柔性或可运动性
E 诱导契合和 S底物的形变
5
ES 是由次级键形成
384
酶的活性中心示意图
酶的结构
活性中心
必需基团
结合部位 催化部位 活性中心以外的必需基团
长的凹穴。最适底物正好与
酶分子的凹穴相结合，凹穴
中的Glu35和Asp52 是活性中 心的氨基酸残基。
2. 催化作用机理 • 溶菌酶底物与酶活性中心的关系
溶菌酶活性中心上的Asp52氧 原子距离底物敏感键(C-O键)中 碳原子只有0.3nm，活性中心 上另一个氨基酸 Glu35的羧基 距离底物敏感键(C-O键)中氧原 子也只有0.3nm，溶菌酶的活 性中心的氨基酸残基与底物敏 感键既靠近又定向。
接有关，即与酶活力直接相关的区域称为酶的活性部位。
酶的活性部位是酶分子进行催化反应的一个场所，是酶分子的一小 部分区域，在这个区域上的少数几个特异的氨基酸参与结合底物催化底 物，把酶分子上的这个区域称为酶的活性部位。
结合部位
负责酶与底物的结合,决定
活性 部位
催化部位
酶 的专一性
负责催化底物，决定酶
酶活性中心的羧基与水形成氢键，导 致酶活性中心羧基表面有一层水化层，水 分子的屏蔽作用，大大削弱了酶分子与底 物离子间的静电相互引力，不利于酶促反 应。
酶催化作用机理： 综上所述：
酶与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合） 或底物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢 键、范德华力的作用和水的影响，结合成中间产 物，在酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的 邻近、定向，使二者可以通过亲核\亲电催化、
2022生物竞赛生物化学10酶的催化机理杨荣武《生物化学原理(一)》
构成催化三元体的3个氨基酸在催化中的具体功能是：
① Ser195充当进攻底物的亲核基团 ② His57作为广义的酸碱催化剂 ③ Asp102 的功能仅仅是定向His57，影响His的 pKa，改变其酸碱性质
① 邻近定向效应 ② 广义的酸碱催化 ③ 静电催化 ④ 金属催化 ⑤ 共价催化 ⑥ 底物形变
邻近定向效应
邻近定向效应是指两种或两种以上的底物（特别 是双底物）同时结合在酶活性中心上，相互靠近 （邻近） ，并采取正确的空间取向（定向） ， 这样大大提高了底物的有效浓度，使分子间反应 近似分子内反应从而加快了反应速度。
多肽底物
丝氨酸蛋白酶的作用机制
丝氨酸蛋白酶的作用机制
丝氨酸蛋白酶的作用机制
水分子的亲核进攻
丝氨酸蛋白酶的作用机制
丝氨酸蛋白酶的作用机制
丝氨酸蛋白酶的作用机制
酶恢复 到原来 的状态
广义的酸催化
广义的碱催化 广义的酸、碱催化
pH 和缓冲溶液浓度对特定酸碱催化和广义酸碱催化的影响
溶菌酶Glu35的广义酸催化
核糖核酸酶A的广义酸碱催化
静电催化
活性中心电荷的分布可用来稳定酶促反应的过 渡态，酶使用自身带电基团去中和一个反应过 渡态形成时产生的相反电荷而进行的催化称为 静电催化。
有时，酶通过与底物的静电作用将底物引入到 活性中心。
溶菌酶Asp52的静电催化
Glu35和Asp52 分别所起的广 义酸催化和静 电催化，解释 了溶菌酶的活 性与pH之间的 关系以及它的 最适pH
生物化学第10章 酶的作用机理和酶的调节
别够调节可发生在底物-底物、调节物-底物、调节物-调节 物之间，可以是正协同也可以是负协同。
2.别构酶的动力学
别构酶的[S]对V0的动力学曲线不是双曲线，而是S形曲线（正协 同）或表观双曲线（负协同），二者均不符合米氏方程。
定向效应: 底物会诱导酶分子构象改变，使酶活性中心的相 关基团和底物的反应基团正确定向排列，使反应基团之间 的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。
2. 底物的形变(distortion)与诱导契合
当酶遇到其底物时，酶中某些基团或离子可以使底物分子 内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生“电子 张力”，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变，底物 比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。
[S] (10-4molL-1)
(NAG)2 (NAG)3 (NAG)4 (NAG)5 (NAG)6 (NAG)8
相对水解率
0 1 8 4000 30000 30000
××
ABCDEF
NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM
××
NAG-NAG-NAG
NAG-NAG-NAG-NAG NAG-NAG-NAG-NAG-NAG NAG-NAM-NAG-NAM-NAG-NAM
酶与底物给合时构象变化的示意图
3.多元催化和协同效应
在酶催化反应中，几个基元催化反应配合在一起起作用， 如：胰凝乳蛋白酶是通过Asp102, His57,Ser195组成电荷中继网 催化肽键水解，包括亲核和酸碱共同催化共同作用。
4. 活性部位微环境的影响
酶的作用机理
酶的作用机理
酶是一类生物大分子催化剂，能够在生物体内加速化学反应速度，并在反应结束后不被消耗或改变。
酶在生物体内扮演着至关重要的角色，而其作用机理是通过一系列复杂的过程来实现的。
酶的结构
酶通常由蛋白质组成，蛋白质是由氨基酸组成的多肽链。
酶的活性部位是其结构中特定的区域，这里的氨基酸序列决定了酶的特定催化活性。
酶在反应过程中与底物结合形成酶-底物复合物，通过与底物分子的作用来催化反应。
酶的作用过程
酶的作用过程可以分为几个关键步骤：
1.底物结合：酶通过与底物特定的结合方式形成酶-底
物复合物。
2.过渡态形成：酶通过调整底物分子的构象，降低反
应所需的活化能，促进反应速率。
3.反应催化：酶引导底物分子以特定方式相互作用，
使得反应发生特定的化学变化。
4.产物释放：反应结束后，酶释放产生的产物，准备
接受新的底物继续催化反应。
酶与底物的相互作用
酶与底物之间的相互作用是通过亲和性来实现的。
亲和力越高，酶对底物的结合效率就越高，反之亦然。
酶结合底物后会发生构象变化，从而稳定底物分子在合适的位置和构象以促进反应的进行。
酶的催化机理
酶催化反应的机理可以分为两种：锁-键模型和诱导拟合模型。
在锁-键模型中，酶和底物之间的结合就像锁和钥匙的关系，具有高度特异性。
而在诱导拟合模型中，酶在与底物结合后发生构象变化，从而调整底物的构象以促进反应。
总的来说，酶通过其特殊的结构和活性部位，在生物体内实现了高效的催化作用，从而调节并加速生物体内的代谢和生化反应，对维持生命活动起着至关重要的作用。
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酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH)
H2 O EH EEH + OH-
A- : + B+ 碱催化(失电子态) A- : H+
H+
AH
+
B+
+ E-COO-
A- +
E-COOH
E-COO- + H+
（四）共价催化
——酶活性中心亲电/亲核基团参与S敏 感键断裂的机制。
能 量 改 变
一般催化剂 反应活化能 酶促反应活化能
初 态
反应总能量变化
终 态 活 化 过 程
酶促反应降低活化能
（一）底物和酶的邻近效应和定向效应
靠近 静电吸引 疏水作用
定 向
底物
酶
（二）底物的形变和诱导契合
诱导 互补性
契合
能否契合—
结构变化
专一性的由来
• 产物脱离
酶复原－催化剂
（三）酸碱催化
别构抑制剂
①天冬氨酸转氨甲酰酶
COOO H2N C O O P O
-
-OOC
O HN
O
-
+ H3N
+
CH 2 C COOH
Zn2+ ATCase
Pi
O
CH 2 C COO-
+ H2N
C NH
CTP反馈抑制ATCase
O
N H
COO-
NH2 N
CTP（嘧啶生物合成的终端产物)
ATP 别构激活剂 CTP 别构抑制剂
酶原激活的机理:
酶原 在特定条件下 一个或几个特定的肽键断裂，水解 掉一个或几个短肽
分子构象发生改变 形成或暴露出酶的活性中心
肠激酶
胰蛋白酶原
缬天天天天赖异缬甘
组
46
丝
18 3
S
S
S S 活性中心 缬天天天天赖
缬
异甘组 丝 S S
S
S
胰 蛋 白 酶
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶（isoenzyme）
核糖核酸酶 溶菌酶 胰凝乳蛋白酶
羧肽酶A 胰蛋白酶
124 129 241
307 223
HHKRDE D E H D S
R E Y Zn2+ H D S
二、酶催化高效性的机制
• 诱导契合机制
酶与底物靠近 定向
酶与底物相互诱导变形
产物脱离
契合成中间产物
酶催化的本质：降低反应的活化能。
过渡态
非催化反应活化能
（一）定义：
催化相同的化学反应，但其蛋白质分子 结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明 显差异的一组酶。
（二）特点：
1、都是寡聚酶 2、不同的亚基组成 3、不同亚基的活性中心非常相似
4、组织分布部位不同
5、所催化的反应有侧重点
如：
第10章 酶的作用机制和酶的调节
一、酶的活性部位 ( active site ） 活性中心（active center)
——与酶活力直接相关的区域
局限在酶分子的特定部位
活性中心
结合中心：与S结合 决定酶促反应的专一性
催化中心：促进S发生化学变化 决定酶促反应的性质
（一）必需基团
——与酶的催化活性直接相关的化学基团 常见：His咪唑基、Ser-OH、 Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-OH
O O
-
O O
-
O O
-
O O
-
N
-
P O
P O
P O
H2C O OH OH
调节亚基
催化亚基
（二）酶原的激活
酶原(zymogen)：酶的无活性的前体 酶原的激活：由无活性的酶原转变为有活 性的酶的过程。 酶原激活的意义：在特定的环境和条件下 发挥作用；避免细胞自身消化；有的酶原可 以视为酶的储存形式。
（五）金属离子催化 1、需要金属离子的酶
（1） 金属酶 (metalloenzyme)
• 含紧密结合的金属离子
（2）金属激活酶( metal-activited
enzyme)
• 含松散结合的金属离子
2、金属离子的作用
A、参与底物反应的定向 B、通过价态改变参与电子转移 C、通过静电稳定/屏蔽负电荷
亲电基团——带正电荷性质的基团 亲核基团——带负电荷性质的基团
中间产物不稳定，断裂，形成产物，酶复原。
（不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。）
¨ -OH 亲电催化 ¨ -SH -¨ 2 咪唑基 NH
2A- :
亲核催化
2 B+
+ Mg2+
A A: ¨ Mg
+ 2B+
A- :
B+
¨ + -OH
A- : + HO :B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位于活性中心
必需基团 活性中心以外， 稳定分子构象
非必需基团
活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
（二） 酶活性部位的特点
1、几个残基+辅助因子
2、在空间构象上集中到一起 3、疏水空穴 4、通过次级键与底物结合
5、与底物诱导契合
6、活性中心构象具有柔韧性和可塑性
酶
AA残基
活性中心AA
五、酶活性的调节控制
（一）别构调控（allosteric regulation）
1、定义
别构调节：酶分子的非催化部位与某些化 合物可逆地非共价结合后发生构象的改 变，进而改变酶活性状态。
别构酶：具有别构现象的酶。
别构剂：能使酶分子发生别构作用的物质。
2、 别构酶的特点
别构激活剂
（1）多亚基
一部分亚基有活性中心， 另一部分有别构调节中心