酶作用机制和酶调节
酶的作用机制和酶的调节
别构激活剂 别构抑制剂
（2）别构酶的动力学
S形曲线（正协同） 表观双曲线（负协同效应）
（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。酶原激活的实质是酶活性部位 的形成或暴露至分子的表面。
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；也可保证某些 特殊生理过程的正常进行，如凝血作用；有 的酶原可以视为酶的储存形式。
溶菌酶催化底物C1-O键裂解
五、酶活性的调节控制
（一）别构调控（allosteric regulation）
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。通常为小分子代谢物或辅因子
白
S
酶
SS
胰蛋白酶原
肠激酶
胰凝乳蛋白酶原
α-胰凝乳蛋白酶 +两个二肽
自
六肽
身 催
+
化
胰蛋白酶
弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 + 碎片
羧基肽酶原A
羧基肽酶A + 碎片
肠激酶启动的酶原激活
出血性胰腺炎发病机制？
凝血机制：1、受伤血管收缩减少血流；2、血小板粘聚成
栓堵住伤口；3、凝血相关因子的级联激活作用
蛋白激酶，磷酸化
酶
磷酸酶，脱磷酸化
酶-P
由核苷三磷酸（ATP）提供磷酸基，都需Mg2+。
酶的活性形式： 可能是磷酸化也可能是脱磷酸化
底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基有两类： （1）“P-O”键连接，如Thr, Ser, Tyr, Asp, Glu…… （2）“P-N”键连接，如Lys, Arg, His……
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。
酶的作用机制和酶的调节101214
酶的别构调节：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，进而改变酶的活性状态。
别构酶：具有别构调节作用的酶。 效应物（别构剂）：凡能使酶发生别构作用的物质。通常为
小分子代谢物或辅因子。
正效应物（别构激活剂）：因别构导致酶活性增加的物质。
负效应物（别构抑制剂）：因别构导致酶活性减少的物质。
⑴ 疏水环境（酶分析表面的裂缝）
介电常数低，加强极性基团间的作用。
⑵ 电荷环境
在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子。
四、 酶催化反应机制的实例(自学)
（一）溶菌酶（lysozyme）（P394）
溶菌酶存在于蛋清和动物的眼泪中，其生物学功能是催化某些 细菌细胞壁多糖的水解，从而溶解这些细菌的细胞壁。
三、 影响酶催化效率的有关因素
（一）底物和酶的邻近效应与定向效应(P388)
1.邻近效应(approximation) ：指酶与底物结合成ES后，使底
物和底物之间(如双分子反应) 、酶催化基团与底物
之间结合于同一分子而使有效浓度得以极大升高， 从而使反应速率大大增加的一种效应。
2.定向效应(orientation) ：指反应物的反应基团之间、酶的催
也可能在不同亚基上。
每个别构酶分子可以有一个以上的活性部位和调节部位，因此 可以结合一个以上的底物分子和调节物分子。
T(tense) - 态
R(relax) -态
PALA(N-磷乙酰-L-天冬氨酸)结合到ATCase活性中心的模型
图10-52
（5）底物结合到ATCase上引起高度协同的别构转变。
（6）ATP和CTP通过改变T态和R态之间的平衡来调节 ATPcase 的活性。
酶的作用和调控
酶的作用和调控酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的速率，而且在反应过程中自身不发生改变。
酶在生物体内起着极其重要的作用，参与了几乎所有的生物反应，包括新陈代谢的调节、信号传导、DNA复制等等。
本文将重点讨论酶的作用和调控机制。
一、酶的作用酶具有高度特异性，只能催化特定的底物。
它们通过在底物分子上形成暂时的键合，降低活化能，从而使反应速率增加。
酶的作用主要可以从以下几个方面来理解。
1. 催化底物转化酶可以催化底物转化为产物，如淀粉酶能将淀粉分解为葡萄糖单元，蛋白酶能加速蛋白质的降解，而核酸酶能剪切DNA链。
这些反应都是通过酶与底物的特定结合来实现的。
2. 降低活化能酶可以通过形成酶-底物复合物来降低反应的活化能。
这是因为酶能够在底物的特定位置形成特定的电荷分布或空间结构，从而使底物分子更容易发生化学反应。
3. 提高反应速率由于降低了反应的活化能，酶可以使反应速率大大增加。
一般来说，酶催化的反应速率比非酶催化的速率快几百到几百万倍。
二、酶的调控为了维持生物体内的稳态，酶的活性需要得到严格调控。
酶的调控可以分为两类：遗传调控和非遗传调控。
1. 遗传调控遗传调控是通过改变酶的基因表达水平来调控酶的活性。
这可以通过以下几种方式实现。
a. 转录调控转录调控是通过调控酶基因的转录来控制酶的产量。
这可以通过激活或抑制酶基因的转录因子来实现。
转录因子是一类能够结合到基因启动子上的蛋白质，它们可以增强或抑制酶基因的转录，从而影响酶的产量。
b. 翻译调控翻译调控是通过调控酶基因的转录产物的翻译过程来调控酶的产量。
这可以通过调控转录产物的稳定性或翻译速率来实现。
例如，一些miRNA可以与转录产物相互作用，从而降解转录产物或阻止其翻译。
c. RNA剪接调控RNA剪接调控是通过调控基因转录产物的剪接方式来调控酶的活性。
不同的剪接方式会生成不同的转录产物，从而影响酶的功能。
2. 非遗传调控非遗传调控是通过调控已存在的酶分子的活性、稳定性或定位来调控酶的活性。
酶的作用机制和酶的调节
O H2N CH C OH CH CH2 O C O OH O CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 OH OH C H2N OH CH C OH NH2 O O C OH COOH
CH2 H2N CH2 C OH
酸、碱性基团： 天冬氨酸和谷氨 酸的羧基，酪氨 酸的酚羟基 赖氨酸的氨基， 组氨酸的咪唑基。
酶分子侧链基团的化学修饰法 非特异性共价修饰 特异性共价修饰 亲和标记 动力学常数测定法 X射线晶体结构分析法 定点诱变法
二、酶催化反应的独特性质
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 酶反应加速：
1、底物和酶的邻近效应和定向效应
5、 金属离子催化作用
*根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为两类： 金属酶和金属—激活酶。 （1）金属酶：酶蛋白与金属离子结合紧密。如 Fe2+/ Fe3+ 、Cu+/Cu3、Zn2+ 、Mn2+、Co2 等过 渡态离子。 （2）金属—激活酶：金属离子与酶的结合一般 较松散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激 活。如Na+ 、K+、 Mg2+、 Ca2+ 等。 以3种主要途径参加催化过程： （1）通过结合底物为反应定向
（2）通过可逆改变金属离子 氧化态调节氧化还原反应
许多氧化-还原酶 中都含有铜或铁离 子，它们作为酶的 辅助因子起着传递 电子的功能。 Fe3+ e Fe2+ e Cu2+ Cu+
（3）通过静电稳定或屏蔽负电荷
电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能。
酶的作用机制和酶的活性部位调节
金属离子的作用： 作为亲电催化剂稳定反应时形成的负电荷，以利于底物进
入反应过渡态。
（二）酶具有高催化能力的原因
1. 邻近效应与定向效应 作用：使分子间的反应变成类似分子内的反应
邻近效应（proximity effect） ：中间复合物的形成使有效 浓度极大升高。
接触残基：R1、R2、R6、 R8、R9、R163
辅助残基：R3、R4、R5、 R164、R165
结构残基：R10、R162、 R169
非贡献残基：其它
2. 酶活性部位的一般特点
① 只 占 酶 整 体 的 相 当 小 的 一 部 分 （ 1%~2% ） 。
② 是一个三维实体。
③ 底物结合的专一性决定于活性部位中精确地 原子排列，即直接契合或诱导契合。
酶活性部位：结合部位+催化部位
结合基团(binding group)：参与和底物结合的必需基团； 决定酶的专一性。
催化基团(catalytic group)：催化使底物转变为产物的 化学反应的必需基团；决定酶的催化能力。
必需基团：
某些氨基酸残基的侧链、有时也 包括辅酶分子或它的基团。
酶蛋白
异促别构效应
（heterotropic allosteric effect）
必需残基 非必需残基
活性中心
结合残基 接触残基
催化残基
辅助残基
活性中心外 非贡献残基
结构残基
酶分子中的残基分为四类：
接触残基：负责底物的结合与催化 辅助残基：起协助作用； 结构残基：维持酶的构象； 非贡献残基：它的替换对活性无影响，但对酶的
免疫、运输、调控与寿命等有作用。பைடு நூலகம்前二者构成活性中心，前三者称为酶的必需基团。
第08章酶的作用机制和酶的调节(王)
己糖激酶的真正底 物是Mg --ATP 物是Mg2+--ATP
（六）多元催化和协同效应
酶的催化过程通常是多种机制同时作用， 酶的催化过程通常是多种机制同时作用， 相互协同，因而有很高的催化效率。 相互协同，因而有很高的催化效率。 如：咪唑基的pK值接近生理pH值。在中 咪唑基的pK值接近生理pH值 值接近生理pH 性条件下，有一半以酸形式存在， 性条件下，有一半以酸形式存在，另一半 以碱形式存在， 以碱形式存在，可同时进行酸催化和碱催 的接受和供出速度快， 化。且H+的接受和供出速度快，是酸碱催 化中最重要的基团。 化中最重要的基团。
协同指数（饱和比值） 协同指数（饱和比值）
饱和比值 Rs =([S]90%V/[S]10%V)=811/n 等于81为米氏酶， 等于81为米氏酶， 81 小于81则为正协同效应 81则为正协同效应， 小于81则为正协同效应， 大于81 负协同效应。 81为 大于81为负协同效应。 更常用的是Hill系数法。 更常用的是Hill系数法。 Hill系数法 米氏酶等于 等于1 米氏酶等于1， 正协同酶大于 大于1 正协同酶大于1， 负协同小于 小于1 负协同小于1。 log(v/(Vm-v))对log[S]作图 作图， 以log(v/(Vm-v))对log[S]作图，曲线的最大 斜率为Hill系数。 Hill系数 斜率为Hill系数。
（2）别构酶的动力学
正协同效应： 1）正协同效应：
酶的一个亚基与 底物结合后， 底物结合后，其他亚 基与底物的结合能力 加强， [S]曲线为 曲线为S 加强，v-[S]曲线为S 形。
负协同效应： 2）负协同效应：
酶的一个亚基与 底物结合后， 底物结合后，其他亚 基与底物的结合能力 减弱， [S]曲线为 减弱，v-[S]曲线为 表观双曲线。 表观双曲线。
酶的作用与调节
酶的作用与调节酶是生物体内一种特殊的蛋白质，具有催化化学反应的功能。
酶在生物体内起着至关重要的作用，参与了代谢过程中几乎所有的生化反应。
本文将探讨酶的作用机制以及它们是如何被调节的。
一、酶的作用机制酶能够催化化学反应的原因是因为它们具有一种特殊的结构，称为活性中心。
活性中心是酶分子中的一个小结构，与底物分子结合，促进其转化成产物。
酶与底物之间的结合是非常具体和高度选择性的，这是因为活性中心中的氨基酸残基与底物之间能够形成氢键、离子键和范德华力等相互作用。
酶催化反应的过程可以分为两步：底物结合和催化反应。
在底物结合阶段，底物与酶的活性中心发生相互作用，形成酶底物复合物。
在催化反应阶段，酶改变了底物的化学键，使其转化成产物。
酶并不参与反应本身，因此，在反应完成后，酶可以再次被使用。
二、酶的调节方式酶的活性受多种因素的调节，这些调节机制有助于维持生物体内化学反应的平衡，使代谢过程能够适应外部环境的变化。
1. 温度调节酶的活性受温度的影响。
随着温度的升高，酶的活性增加，因此在生物体内，温度的变化会影响酶催化反应的速率。
然而，当温度超过酶的特定温度范围时，酶的结构可能会受到破坏，导致其失去活性。
这种现象被称为酶的热变性。
2. pH值调节酶的活性还受pH值的调节。
不同的酶对pH值的依赖程度不同，有些酶对酸性环境敏感，而另一些酶则对碱性环境敏感。
这是因为不同的pH值能够改变酶的活性中心的电离状态，从而影响酶底物复合物的形成。
3. 底物浓度调节酶的活性还受底物浓度的调节。
当底物浓度较低时，酶与底物之间的碰撞几率较小，限制了酶催化反应的速率。
随着底物浓度的增加，酶与底物之间的碰撞次数增加，酶催化反应的速率也随之增加。
然而，当底物浓度过高时，酶活性可能达到饱和状态，酶催化反应速率停止增加。
4. 抑制剂与激活剂抑制剂和激活剂是调节酶活性的重要因素。
抑制剂能够结合到酶的活性中心，阻止底物与酶的结合，从而降低酶活性。
激活剂则能够增加酶与底物的亲和力，促进酶活性。
酶的催化作用及调控机制
酶的催化作用及调控机制酶是生物体内的一类特殊蛋白质，在维持生物体正常代谢中起着重要的催化作用。
它通过与底物结合形成酶-底物复合物，降低活化能并加速反应速率。
酶的催化作用不仅仅局限于生理过程中，还可以应用于工业生产和药物研发等领域。
本文将从酶的催化原理、催化机制以及调控方法等方面进行详细探讨。
一、酶的催化原理酶的催化原理主要可以归结为两个方面：构象适配和过渡态稳定。
首先，酶与底物之间的结合需要通过构象适配来实现。
酶通过调整自身结构，使其与特定的底物相互作用，形成酶-底物复合物。
这种构象适配能够降低活化能，从而促进反应的进行。
其次，酶通过过渡态稳定来提高反应速率。
在催化反应中，底物需要经历一个过渡态才能转变为产物。
酶通过与过渡态形成稳定的酶-过渡态中间体，降低反应过程中的能垒，从而加速反应速率。
这种过渡态稳定通常涉及酶与底物之间多种强弱不同的相互作用，如氢键、离子键和范德华力等。
二、酶的催化机制酶的催化机制主要可以分为三类：酸碱催化、共价催化和金属离子催化。
酸碱催化是指酶通过提供或接受质子来促进反应进行。
酸催化和碱催化通常涉及到游离氨基酸残基的质子化或去质子化过程，从而调节反应的酸碱度。
共价催化是指酶通过与底物形成共价键来催化反应。
这种催化机制通常涉及到酶与底物之间的亲核或电子云吸引力作用。
金属离子催化是指酶中含有金属离子辅助反应进行。
金属离子可以提供额外的配位位点，形成酶-金属离子-底物复合物，从而促进反应进行。
此外，金属离子还可以通过与底物中的某些基团相互作用，改变底物的构象，降低反应的能垒。
三、酶的调控机制酶的活性可以通过多种方式进行调控，包括底物浓度、pH值、温度、离子浓度和酶抑制剂等。
底物浓度对酶的活性有直接影响，较高的底物浓度通常能够提高反应速率。
pH值和温度对酶的催化活性同样有重要的影响。
不同酶对pH值和温度的适应范围不同，超出适应范围将影响酶的催化效率。
离子浓度对酶的活性也具有调控作用。
酶的作用机制和调节
酶的作用机制和调节酶是一类生物催化剂，它在生物体内起着至关重要的作用。
酶能够加速化学反应的进行，降低活化能，使生物体内的代谢过程更加高效。
本文将探讨酶的作用机制以及调节机制。
一、酶的作用机制酶的催化作用主要通过两个机理实现，即酶与底物的结合和酶催化反应。
1. 酶与底物的结合酶与底物之间的结合是通过酶的活性位点来完成的。
活性位点是酶分子上具有特定结构和氨基酸残基的区域，与底物结构相互吻合。
酶与底物结合的特异性是酶高效催化的基础。
酶与底物的结合可以通过“钥匙-锁”模型来描述。
即酶的活性位点（“锁孔”）与底物的结构（“钥匙”）相互适配，形成酶底物复合物。
这种结合使得底物的活化能降低，从而促进酶催化反应的进行。
2. 酶催化反应酶催化反应是指酶通过调整反应路径、提供催化剂或者转移化学基团而加速化学反应的过程。
酶能够调整底物的构象，使得底物更容易进行特定的化学转化。
此外，酶还可以提供催化剂，如辅因子或金属离子，来促进反应的进行。
同时，酶还可以通过转移化学基团的方式来调节反应，例如酶可以将底物中的氢离子或者电子转移给另一个底物分子。
这些机制使得酶能够高效地催化反应，提高反应速率。
二、酶的调节机制为了适应生物体内不同的环境和代谢需求，酶的活性需要被调节。
酶的调节机制主要分为两种类型：可逆性调节和不可逆性调节。
1. 可逆性调节可逆性调节是指酶的活性可以在不同条件下被逆转或者恢复的调节机制。
可逆性调节主要包括以下几种形式。
（1）反馈抑制：产物在代谢途径中的积累可以抑制酶的活性，从而调节代谢途径的进行。
这种调节机制可以保证代谢途径的稳定性和平衡性。
（2）物质的结合：某些物质（如激活剂或抑制剂）可以结合到酶上，通过改变酶的构象或者酶与底物的结合能力来调节酶的活性。
（3）共价修饰：酶可以通过化学修饰（如磷酸化、乙酰化等）来调节自身的活性。
这种修饰可以通过激酶和磷酸酶等酶的协同作用来实现。
2. 不可逆性调节不可逆性调节是指酶的活性受到不可逆的结构变化或者修饰的调节机制。
酶的作用及其调节方式
酶的作用及其调节方式酶是一类生物催化剂，在生物体内起着至关重要的作用。
它们能够促进化学反应的进行，降低活化能，并加速反应速率。
酶的作用机理及其调节方式是生物学中非常重要的研究内容。
本文将详细探讨酶的作用机理以及其调节方式，以期对读者有所启发和帮助。
一、酶的作用机理酶是由特定的蛋白质分子组成的，因此它们具有特定的立体结构和活性位点。
酶与底物结合后，在活性位点上发生一系列的化学反应，从而转化底物成为产物。
酶的作用机理主要包括以下几个方面：1. 底物结合：酶与底物以一种“锁和钥”的方式结合，即酶的活性位点与底物的结构互补。
这种结合使得底物分子能够稳定存在于活性位点上，形成酶-底物复合物。
2. 底物转变：在酶-底物复合物的稳定结构中，酶能够对底物分子进行特定的化学反应。
这些反应包括裂解、合成、转移等等，有助于底物分子的转变。
3. 产物释放：反应完成后，产物分子在酶的作用下脱离酶-底物复合物，使得酶重新恢复活性，为下一个反应做准备。
产物的释放也是酶作用的最终目标之一。
二、酶的调节方式酶的活性受到许多因素的调控，包括温度、 pH 值、底物浓度、抑制剂等等。
下面将详细介绍几种常见的酶调节方式：1. 温度调节：酶的活性与温度密切相关，在适宜的温度范围内，酶的活性会逐渐增加。
高温可能导致酶的变性，使其失去活性，而低温则会降低酶的催化效率。
2. pH 值调节：酶对于 pH 值的敏感度较高，不同的酶对于适宜的pH 值有不同的要求。
过高或过低的 pH 值都会影响酶的三维结构，从而影响其活性。
通过调节 pH 值，可以调节酶的活性。
3. 底物浓度调节：在一定范围内，底物浓度的增加会增加酶催化反应的速率。
然而，当底物浓度超过一定限制时，酶的催化速率将达到饱和，不再增加。
这是因为酶分子有限，无法在极高的底物浓度下继续承载反应。
4. 抑制剂：抑制剂可以通过多种方式抑制酶的活性。
竞争性抑制剂与酶活性位点竞争结合，阻碍底物的进入。
非竞争性抑制剂则与酶的其他部位结合，改变酶的构象，使其失去活性。
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
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酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或 受体对底物进行酸碱催化。
His 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个 催化功能团。
酸碱催化
+
-COOH3,,
-N -SHH,
+
OHHN NH
（4）酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内。
（5）底物通过次级键较弱的力结合到酶上。
（6）酶活性部位具有柔性或可运动性。
活性中心以外 的必需基团
结合基团
底物 催化基团 活性中心
➢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。
通常将酶的结合部位 和催化部位总称为酶的 活性部位或活性中心。
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。
胰凝乳蛋白酶
牛的胰蛋白酶
（二）研究酶活性部位的方法
二．酶催化反应的独特性质
（1）酶反应可分成两类，一类反应仅仅涉及到 电子的转移，这类反应的速率或转换数在108
s-1数量级；另一类反应涉及到电子和质子两者或 其他基团的转移，它们的速率在103 s-1 。
某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也 可以参与共价催化作用。
共价催化
（5）离子催化
酶的催化实例—溶菌酶
溶菌酶的活性中心
*谷氨酸35和天 冬氨酸52是催化 基团；
*色氨酸62和63、 天冬氨酸101和色 氨酸108是结合基 团；
*A~F为底物多糖 链的糖基，位于 酶的活性中心形 成的裂隙中。
定向效应
(2)“张力”和“形变”
底物与酶结合诱导酶的分子构象变化， 变化的酶分子又使底物分子的敏感键产 生“张力”甚至“形变” ，从而促使酶 －底物中间产物进入过渡态。
诱导契合
(3)酸碱催化
酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。 酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的酸－碱催化方 式。
（一）酶的活性部位的特点
（1）活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分，通 常只占整个酶分子体积的1%-2%。
（2）酶的活性部位是一个三维实体。酶的活性取决于活 性中心的构象。
（3）酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是 在酶和底物结合的过程中，底物分子或酶分子，有时 是两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，这 是催化基团的位置也正好在所催化底物键断裂和即将 生成键的适当位置。
或活性中心(active center)。 • 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
酶的活性部位
与催化作用相关的结构特点
• 活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化 反应的空间局限（部位）。
• 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）酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基 团和辅酶为媒介。
（3）酶催化反应的最适pH范围通常是狭小的。
（4）与底物相比，酶分子很大，而活性部位通 常只比底物稍大一些。
（5）酶除了具有进行催化反应所必需的活性基 团外，还有别的特性。
三.影响酶催化效率的有关因素
• 多元催化 (multielement catalysis) 酶促反 应通常是几个基元反应协同作用的结果，包括 酸碱催化、共价催化、金属离子催化等。 表面 效应 (surface effect) 酶的活性中心形成疏水 性口袋，防止水分子干扰酶与底物的结合。
胰核糖核酸酶A
胰核糖核酸酶A
胰核糖核酸酶 A
胰 核 糖 核 酸 酶
A
羧肽酶AΒιβλιοθήκη 丝氨酸蛋白酶族消化作用的丝氨酸蛋白酶
• 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶是一组 密切相关的水解酶类，它们的作用是水解肽链。
• 在胰脏内合成的是它们没有活性的酶原，然后 被分泌到消化道，并且仅仅在使用前被活化。 这3种酶各有分工，每种酶在不同类型氨基酸 侧链相邻的肽键处水解蛋白质链。
-CO - O..2 ,, ---S N,H O- :N NH
广义酸基团 （质子供体）
广义碱基团 （质子受体）
(4)共价催化
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团主要包括 His 的咪唑 基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
(1)临近定向效应
在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方 面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，另一方面， 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。
邻近效应 (proximity effect)与定向排列 (orientation
arrange )
邻近指底物汇聚于酶的活性中心，使
酶活性中心的底物浓度高于其它处，定向则指底物的
敏感化学键与酶的催化基团正好对准，使反应加速进
行。
有利于提高反应速度；
• 定向效应包括 1)反应物的反应基团之间（双底物反应基
团邻近） 2)酶的催化基团和底物反应基团之间 • 活性中心内定向使反应变成分子内反应
一.酶的活性部位(active site)
• 存在于酶分子表面的具有结合和催化底物形成产物的 空间区域
• 活性中心=结合基团+催化基团 • 必须基团=结合基团+催化基团+活性中心外必须基团
（维持活性中心存在的基团） • 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。 • 通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位
溶菌酶
溶 菌 酶
溶菌酶
溶菌酶 溶菌酶
葡萄糖残基结合于酶D位使葡萄糖基由椅式转为高级量维持的半椅式活化态 D位葡萄糖基环上氧原子未成键电子对向C1转移形成双键 C1-O间电子对转移至O成O-，O-接受Glu35羧基之H，C1-O断裂，释放第一个产 物R-OH C1因电子丢失呈正电状态，Asp52电离的O-维持C1的正电过渡态 因Glu35之OH间电子对转移至O，Glu35之O呈负电（未成键电子对） Glu35-O-攻击H2O之H形成-OH，促使水电离产生OH葡萄糖C1+与OH-结合恢复低能量维持的稳定葡萄糖椅式构象并释放第二个产物