酶生物化学

3.共价催化学说
催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产 物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程， 称为共价催化。
酶中参与共价催化的基因主要包括以下亲核基团： His的咪唑基，Cys的巯基，Asp的羧基，Ser的羟基等； 亲电子基团：H+、Mg2+、Mn2+、Fe3+
某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛也可以参 与共价催化作用。
邻近效应与定向效应对反应速度的影响
➢ 使底物浓度在活性中心附近很高 ➢ 酶对底物分子的电子轨道具有导向作 用 ➢ 酶使分子间反应转变成分子内反应 ➢ 邻近效应和定向效应对底物起固定作 用
普通化学反应—随即碰撞（受浓度、碰撞角度 影响）相当于—社会上的自由恋爱
酶的活性中心——相当于“婚姻介绍所”
重点
➢ 酶、酶的活性中心 ➢ 酶原和酶原激活 ➢ 同工酶 ➢ 酶的组成和酶促反应特点 ➢ 酶促反应动力学
难 点
酶的活性中心 同工酶 酶促反应特点 酶促反应动力学 酶的催化机制
本章主要内容
酶的分子结构 酶促反应的特点与机制 酶促反应动力学 酶的命名、分类和活性测定 酶与医学的关系
第一节 酶的分子结构
酶（Enzyme,E） 由活细胞合成的、具有催化作用的蛋 生物催化剂 白质
核酶（ribozyme） 由活细胞合成的、具有催化作用的核酸
本章知识要点
掌握酶、酶的活性中心，酶原和同工酶的 概念，酶的组成和酶促反应特点 熟悉酶的分类，酶促反应动力学 了解酶的命名、催化机制和酶活性测定， 酶与医学的关系
一、酶促反应的特点
❖ 高度的不稳定性
• 高度的催化效率 能
量
• 高度的特异性
...
1. 绝对特异性（尿非素催化酶）
...
2. 相对特异性（己一糖般催激化
. . 酶.）
剂催化
3.
.
酶催化
立体异构特异性
底（物 D-氨基酸氧化酶）
• 酶活力可调节性
产物
反应过程
酶促反应的特点
二、酶促反应的机制
（一）决定酶促作用高效率的机制
H+或胃蛋白酶
胰蛋白酶原
肠激酶或胰蛋白酶
胰凝乳蛋白酶原
胰蛋白酶或胰凝乳 蛋白酶
羧基肽酶原A
胰蛋白酶
弹性蛋白酶原 胰蛋白酶
活性酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶
除去的小分 子
6个多肽碎片
六肽
胰凝乳蛋白酶 2个二肽
羧基肽酶A 弹性蛋白酶
几种碎片 几种碎片
酶原与酶原激活的生理意义
酶原适于酶的安全转运 胰腺细胞合成的消化酶类
• 邻近效应与定向排列
• 表面效应
• 多元催化
• 共价催化学说
• 张力学说
1.邻近效应与定向排列
在酶促反应中，由于酶和底物分子间的亲和性，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。
定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱 导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基因和底 物的反应基团正确定向排列，同时使反应基因之间的分 子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。以 上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。
酶的分子组成 酶的活性中心 酶按结构的分类
酶 单纯酶 结合酶
酶的分子组成
蛋白质部分 + 非蛋白质部分
脱辅基酶蛋白 + 辅助因子 = 全酶（有活性）
辅酶 辅基
小分子有机化合物 （B族维生素）
无机金属离子
酶蛋白作用：决定催化反应的特异性
结
活性中心的组成成分
合
酶
金属离子作用 连接酶与底物的桥梁
辅助因子
邻近效应提高了酶的活性（“婚介”）中心底 物的浓度（非婚男女集中）
定向排列缩短了底物与催化基因间（“男女”） 的距离
提高反应速度（成功率）108倍
影响酸碱催化反应速度的两个因素
酸碱强度（pK值）：组氨酸咪唑基的 解离常数为6，在pH6附近给出质子和结 合质子能力相同，是最活泼的催化基因 给出质子或结合质子的速度：咪唑基 最快，半寿期小于10-10秒
酶原适于酶的安全储存 凝血酶类和纤溶酶类
四、同工酶
概念：催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子组成、结构、 理化性质乃至免疫学性质和电泳行为都不相同的一组酶。
乳酸脱氢酶（LDH）：
蛋
或氢键
S
源自文库
白
酶原激活本质：形成或暴露S酶-S 的活性中心的过酶 程
原
常见酶原：消化道的蛋白肠酶激以酶及血液中的凝血酶
六肽
和纤维缬 天蛋天白天溶天解赖酶
缬 异组
丝
S
胰 蛋
• 意义：避免细胞的自身消S -化S 及血S管内凝血白酶，
保证酶在特定的部位和环境中发挥作用
各种蛋白酶的激活
酶原
激活条件
胃蛋白酶原
维持酶的构象
辅酶或辅基的作用： 起传递电子、原子和某些基团 的作用即决定反应的类型
辅助因子-结合程度分类
辅酶（coenzyme） 与脱辅基酶蛋白结合不牢固，可以用透析或 超滤的方法除去
辅基（prostheti group） 与脱辅基蛋白结合牢固，不能用透析或超滤 的方法除去
酶的活性中心
• 活性中心： 能与底物特异结合并将底物转化为产 物。是酶蛋白构象的一个特定空间结
结合基构团区：域与底物结合，形成酶底物复合物 催化基团：把底物转化为产物
必需基团：酶蛋白中与酶活性相关的基团
（羟基、巯基、咪唑基和羧基） 活性中心内必需基团——结合和催化 活性中心外必需基团——维持酶构象
酶的活性中心
酶的分类
• 单体酶 : 一条多肽链构成，只含有一个活性中心
• 寡聚酶 : 由多个亚基以非共价键结合构成，含有 多个活性中心，这些活性中心位于不同的亚基上， 催化相同的反应
• 多酶体系 : 几个酶嵌合而成的具有特定构象的多 酶复合物，催化不同的反应
• 多功能酶：一条多肽链构成，含有多个活性中心， 催化不同的反应
第二节 酶促反应的特点和机制
酶促反应的特点 酶促反应的机制 酶原与酶原激活 同工酶
酶与一般催化剂的共性
只能催化热力学上允许的化学反应 只能提高化学反应速度，但不改变化学 平衡 作用的机理都是降低化学反应的活化能 本身在化学反应前后没有质和量的改变
• 表面效应 在避开水分子的干扰下，分子间的离子键才容易产生
6.
（二）酶促反应特异性的机制——诱导契合学说
E+S
锁钥学说
ES
E+ P
A.互相匹配，能互相作用
B.不匹配，不能作用
“三点附着” 学说
三、酶原与酶原激活
缬天天天天赖异缬甘 组
胰
离子酶键原：无活性的酶的前体 丝
S