第10章_酶的作用机制和酶的调节
酶的作用机理有哪些
酶的作用机理有哪些酶是一类具有生物催化功能的蛋白质，它在生物体内起着至关重要的作用。
酶通过降低反应的活化能，加速了生物体内的化学反应，实现了生物体内的新陈代谢、生长和繁殖等生命活动。
那么，酶的作用机理究竟是如何实现的呢？1. 酶的底物亲和力酶的底物亲和力是酶催化反应的基础。
酶能够特异性地结合其底物形成酶-底物复合物，并在复合物中使底物发生化学变化。
酶与底物之间的结合是通过酶的活性部位与底物的亲和作用实现的，这种亲和力保证了酶只在特定的底物上发挥作用。
2. 酶的催化作用酶能够降低反应的活化能，使底物之间更容易发生反应。
酶与底物结合后，通过调整底物的构型或提供辅助功能团，降低了化学反应的能量峰值，促使底物之间的键合和断裂更容易进行。
这种催化作用使得生物体内的反应能够在较温和的条件下进行，节省了能量消耗。
3. 酶的稳定性酶在反应中本身并不消耗，反复使用并保持稳定是酶作用的重要机理之一。
酶在一定的温度和pH范围内能够保持其催化活性，这得益于酶分子的空间构象稳定以及酶的特定结构对环境条件的适应性。
4. 酶的调控机制酶的活性往往受到多种调控因素的影响，如温度、pH值、离子浓度、辅因子、抑制物等。
这些因素能够改变酶的构象或与酶结合，进而影响酶的活性。
酶在生物体内往往处于动态平衡状态，在不同的条件下能够调整自身的活性以适应生物体的需要。
综上所述，酶的作用机理主要包括底物亲和力、催化作用、稳定性和调控机制等几个方面。
了解酶的作用机理有助于我们更好地理解生物体内的化学反应过程，同时也为生物医学和生物工程领域的研究提供了重要理论基础。
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。
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
酶的作用和作用机理
在生物化学领域中，酶是一类高效的催化剂，对生物体内各种生物化学反应起着至关重要的作用。
酶在细胞内起到了调控代谢途径、合成分子和分解废物等重要功能。
本文将探讨酶的作用与作用机理。
酶的作用
酶在生物体内参与了各个生物化学反应，可以加速反应速率，降低活化能，从而促进生物体的正常代谢。
以消化系统为例，唾液中的唾液淀粉酶可以催化淀粉分解成葡萄糖，使得食物中的多糖得以被吸收。
类似地，胃蛋白酶可以将蛋白质分解成氨基酸，以供生物体合成自身所需的蛋白质。
此外，酶还可以通过调控代谢路径来维持细胞内的稳态。
例如，ATP合成酶和ATP分解酶协调合成和分解ATP，保持细胞内ATP的水平，从而满足细胞对能量的需求。
酶的作用机理
酶的作用机理主要是通过诱导适当的环境条件，使得底物能够更容易地进入酶的活性中心，并促使反应发生。
酶的活性中心通常是一个具有特定结构的裂解活性相对较高的部分。
酶的活性中心与底物结合后形成酶底物复合物，而这个复合物的形成使得反应能够以更少的活化能发生。
此外，酶的活性会受到温度、pH值等环境条件的影响。
一般来说，酶对于适宜的温度和pH值会有最高的活性，当环境条件偏离适宜范围时，酶的活性会受到影响。
这也是为什么在一些生物学实验中，需要严格控制温度和pH值的原因。
总的来说，酶作为生物体内重要的催化剂，在调控细胞代谢、合成和分解各种生物分子等方面发挥着非常重要的作用。
通过了解酶的作用和作用机理，可以更好地理解生物体内种种生物化学过程的本质。
酶的作用机制范文
酶的作用机制范文酶是一类能够催化生物化学反应的蛋白质分子。
酶能够加速化学反应速度，但本身不参与反应，也不会改变反应的热力学性质。
酶的作用机制可以通过以下几个方面来进行解释。
1.酶与底物结合：酶通过与底物分子相互作用，使其与酶发生结合，形成酶-底物复合物。
这种结合通常是通过酶的活性部位（也称为催化部位）来实现的。
酶的活性部位通常是一个立体特异性的凹槽或裂隙，可以与底物分子的特定结构进行键合。
2.底物转换：一旦酶和底物结合，酶会促使底物经历一系列转换，从而形成产物。
这些转换的过程包括底物的化学键的断裂和形成。
酶通过提供合适的环境，如稳定性氧化态、酸碱环境、金属离子等，来引导底物分子进行转换。
3.过渡态稳定：底物在转换过程中通常会形成过渡态，即反应物和产物之间的中间状态。
酶能够通过与底物结合来稳定过渡态，降低过渡态的自由能，从而降低了反应的活化能，加速反应速率。
4.反应解离：完成底物转换后，酶会与产物解离，恢复到其初始状态，以便与下一个底物分子发生反应。
这种解离可以是因为酶与底物结合力减弱，也可以是因为酶通过结构变化使产物从酶的活性部位释放出来。
酶的催化机制可以通过四种基本模型来解释：酶底物复合物模型、酶的诱导模型、酶的近距离模型和酶的呈合模型。
1.酶底物复合物模型：该模型认为酶与底物结合形成复合物后，复合物发生结构变化，使底物分子接近理想反应构型，从而促进反应进行。
这种模型强调酶的立体特异性和与底物的非共价相互作用。
2.酶的诱导模型：该模型认为酶通过与底物结合，诱导底物分子发生结构变化，从而使底物分子能够更容易地进行反应转化。
这种模型强调酶对底物的诱导和对底物结构的调整。
3.酶的近距离模型：该模型认为酶通过将底物分子靠近彼此的距离，使它们在反应发生时更容易相互作用。
这种模型强调酶对底物分子的位置安排和使反应发生的条件。
4.酶的呈合模型：该模型认为酶在催化反应过程中会经历多个构象变化，使底物分子能够适应不同的转换过程。
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)
酶作用机制
酶活性中心示意图
S- S
活性中心外 必需基团 活 性 中 心 必 需 基 团
底物
结合基团
催化基团 肽链
活性中心
多肽链 底物分子 活性 中心 以外 必需 基团 酶活性中心 活性 催化基团 中心 必需 结合基团 基团
有的酶的必需基团 兼有两者的功能
胰凝乳蛋白酶活性部位示意图
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶
糖原磷酸化酶 磷酸化酶b激酶 糖原合成酶 丙酮酸脱羧酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸脱氢酶 HMG-CoA还原酶 HMG-CoA还原酶激酶 乙酰CoA羧化酶 脂肪细胞甘油三脂脂肪酶 黄嘌呤氧化酶
化学修饰类型
磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 磷酸化/脱磷酸化 -SH/-S-S-
1
（接近过渡 CH 2 CH 2 态） 108
O
三）酸碱催化
酸碱催化是通过瞬间的向反应物提供质子或 从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应 的一类催化机制。
狭义的酸碱催化 H+、OH-
酸碱催化
广义的酸碱催化，质子受体和供体
酶蛋白中具有广义的酸碱催化的功能基：氨 基、羧基、巯基、酚羟基、咪唑基等。
His存在于许多酶的活性中心；咪唑基是催化中很活泼的一个催化 功能基，它既能供出质子又能接受质子，且速度十分迅速，所 以，His在Pr的含量虽小，往往位于活性中心。
研究酶活性部位的方法
1．分子侧链基团的化学修饰法 2、动力学参数测定法 3、射线晶体结构分析法 4、定点诱变法
二、酶反应的独特性质
• 酶反应；一类反应仅涉及电子转移，另一类 反应涉及电子和质子两者或其他基团的转移 • 酶催化作用以残基上的功能基团和辅酶为媒 介，如His, Ser, Cys, Lys, Glu, Asp • 酶催化反应的最适pH范围狭小 • 酶活性部位比底物稍大 • 酶除进行催化反应所必需的活性基团外，还 有其他因素，如使底物产生张力等作用因素
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。
10章酶反应动力学-教学用
将实验测定的米-曼氏曲线的坐 标作平移，并用新坐标系 (x，y) 表示旧坐标系(v0，[S])，米-曼 氏方程可以转变为 xy = -Km 其 曲线为以坐标轴(x，y)为渐近线 的直角或等轴或等边双曲线
Vmax 2
从米-曼氏方程或其曲线可以看出三种情况：
当[ S ] [ K m ]，v0 Vmax[ S ] Km
基于快速平衡模型或平衡稳态模型的米氏方程: 早年的米式方程 最初，Michaelis 和 Menten 根据“快速平衡假说”推出米式方程。 快速平衡假说：一些假设
k1 E S ES k-1
反应可逆，且很快达到平衡 限速步骤，K2 << K-1 P的生成不足以破坏快速平衡
k2 ES PE
5为初始底物浓度s的函数所做的底物饱和曲线也称米曼氏作图或米曼氏曲线将实验测定的米曼氏曲线的坐标作平移并用新坐标系xy表示旧坐标系v0s米曼氏方程可以转变为xykm其曲线为以坐标轴xy为渐近线的直角或等轴或等边双曲线从米曼氏方程或其曲线可以看出三种情况
第 10 章
教学内容
酶促反应动力学
酶促反应动力学： 研究酶促反应的速度及其影响因素的科学。为酶的机理研究提供实验 证据，指导酶在生产中的应用。
2. Kcat 的意义: 催化常数或转换数
3. Kact/KM 的意义: 催化效率指数或专一性常数
1. KM的意义: 真实解离常数和表观解离常数
① 米氏常数KM是 v0=1/2 Vmax时的底物浓度。遵循米-曼氏动力 学的酶,也称为米-曼型酶, 是指呈现v0对[S]的双曲线关系的酶。 ② KM的真实意义决定于酶促反应机制的特定方面, 如反应步骤 数目和各步的速率常数。对于简单的二步反应： KM=(K-1+K2)/K1 当K2是限速步骤的速率常数时，即k2<<k-1 ，KM即Ks。 此时， KM 的意义是真实解离常数，代表ES复合体中酶对 底物的亲和力大小， 但是这种意义对大多数酶是不适用的。 当 k2、k-1 相当时，KM是三个速率常数的函数。
上海交大 中文翻译 生物化学课本：第10章 调节机制
第十章调节机制如同机动车交通，用信号调节代谢途径流动效率更高。
CTP是一个多步骤反应的最终产物。
CTP抑制限速步骤催化酶（即天冬氨酸-氨基甲酰转移酶ATCase）活性能够控制这个代谢途径。
为了在合适的时间和地点发挥作用，必须调节酶的活性。
这种调节对于协调生物体内一直发生的大量生化过程而言是必需的。
酶活性的调节方式主要有五种。
1.变构控制。
变构蛋白质含有独特的调节位点和多个活性位点。
信号小分子与调节位点的结合是控制这些酶蛋白活性的主要手段。
而且，变构蛋白有协同性：一个活性位点的活性会影响其它活性位点。
因此有变构控制能力的蛋白质也是信息转导分子：能够将信号分子或同一酶蛋白活性位点的信息传递给蛋白质，调节酶蛋白活性。
本章介绍研究最深入的变构蛋白，即天冬氨酸-氨基甲酰转移酶（ATCase）。
该酶催化嘧啶合成途径的第一步反应，即氨基甲酰转移给天冬氨酸的化学反应。
这个酶受该途径终产物CTP的反馈抑制。
在第7章我们已经介绍了一种变构蛋白（即运送氧气的血红蛋白）。
2.酶的多重形式。
同功酶（isozyme，isoenzyme）是在不同位置或时间调节酶活性的另一种形式。
同功酶是同一生物体内存在的催化同一反应的同源酶，它们之间在结构上稍1有差异，但是催化反应的Km和Vmax，以及调节特性差异显著。
通常同功酶随表达的时间、地点和发育状态而改变。
3.可逆共价修饰。
有很多酶共价连接一个基团后催化活性显著改变，最常见的修饰基团是磷酸。
ATP作为这些修饰反应的磷酸供体，催化的酶是蛋白激酶。
蛋白磷酸酯酶负责删除蛋白质的磷酸基团。
本章介绍蛋白激酶的结构、特异性和活性调节。
PKA是真核生物广泛存在的蛋白激酶，能够调节不同的目标蛋白质。
4.蛋白裂解活化。
有些调节使酶蛋白活性能够来回变化，使之处于有活性和无活性两种状态。
还有一种调节方式是酶蛋白活性不可逆转地激活。
只要水解少数几个肽键甚至一个肽键就能够酶激活的蛋白质称为酶原(zymogen, or proenzyme)。
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、
酶的作用和作用机理有哪些
酶的作用和作用机理有哪些
酶是一类生物大分子催化剂，在生物体内发挥着重要的作用。
酶通过降低活化能，加快化学反应速率，促进生物体内的代谢活动和生长发育过程。
酶的作用机理涉及酶与基质的结合、底物的结合与转化等关键步骤。
酶的作用
生物催化剂
酶作为生物体内的催化剂，能够在较低的温度和压力条件
下加速生物体内的化学反应，降低能量消耗，提高反应速率。
底物特异性
不同的酶对应不同的底物，具有底物特异性，只能催化特
定的反应。
反应后酶的再生
酶在反应中不消耗，反应后可以再次参与催化其他底物反应，实现循环利用。
酶的作用机理
酶与基质的结合
酶在活性位置与基质形成酶-基质复合物，通过特定的结合
方式促进底物分子准确定位到酶的活性部位。
底物结合与转化
酶与底物结合后，通过特异性的催化作用，降低化学反应
的活化能，促进底物分子的转化。
酶的构象变化
在底物与酶结合后，酶发生构象的变化，使底物更容易发生化学反应，从而加速反应速率。
不改变反应自由能变化
酶催化过程中不改变反应自由能变化，只是加速反应的过程，达到快速平衡。
综上所述，酶通过特定的作用机理促进生物体内复杂的代谢过程，加速化学反应速率，实现生命活动的正常进行。
对于生物体的生长、发育以及代谢过程都具有不可或缺的作用。
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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三、影响酶催化效率的有关因素
邻近效应
酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物之间， 酶的催化基团与底物之间结合与同一分子而使有效浓度 得以极大的升高，从而使反应速率大大增加。
定向反应(1)
反应物的反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应 基团之间的正确取位产生的效应 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。
2 2 1 1
3
3
A
B
A为K型效应物，B为V型效应物
1、未加效应物 2、加激活剂 3、加抑制剂
别构调控(9)
别 构 酶 的 齐 变 模 型
别 构 酶 的 序 变 模 型
别构模型
酶原激活(1)
[酶原] 某些活性酶的无活性前体蛋白（如果不是酶，则称某蛋白原）， 这种前体蛋白经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化， 形成酶的活性部位，变成活性蛋白 [酶原激活的本质] 活性中心的形成或暴露过程 胃和胰脏的酶原和有活性的酶
胰蛋白酶、
胰凝乳蛋白酶、
弹性蛋白酶、
消化酶，在胰腺中合成，在消化道中 通过除去部分肽链转变成活性酶形式
凝血酶、
枯草杆菌蛋白酶、
在血凝级联中是一个重要的酶 一种细菌蛋白酶 裂解血凝块的纤维多聚体 特异地裂解纤溶酶原产生纤溶酶 丝氨酸酯酶，能降解神经递质乙酰胆碱
纤溶酶、
组织纤溶酶原激活剂 乙酰胆碱酯酶
丝氨酸蛋白酶(2)
溶菌酶催化作用
胰核糖核酸酶A（1）
胰核糖核酸酶A（2）
胰核糖核酸酶A（3）
A. 酶切法
① 用枯草杆菌蛋白酶限制性水解20-21氨基酸残基间肽键，得到 S肽（20肽）和S蛋白（104肽），两者均无活性 ② S肽与S蛋白在中性pH共同保温，可恢复活性 ③ 人工合成S肽氨基端的13个氨基酸与S蛋白共同保温，可恢复70%活性 ④ 去除人工肽His12和Met13的S肽，共同保温不能恢复活性
kobs
专一的酸碱催化（狭义的酸碱催化）： 在水溶液中通过高反应性的质子和氢 氧离子进行的催化反应
缓冲液浓度
pH8 pH7 pH6
总酸碱催化（广义的酸碱催化）： 通过H+和OH-以及能提供 H+及OH-的供体 进行的催化反应
kobs
pH8 pH7 pH6
缓冲液浓度
酸碱催化（2）
氨基酸残基 广义酸基团 （质子供体） 广义碱基团 （质子受体）
底物 变构激活剂
活性较低的酶
活性较高的酶
高活性酶-底物复合物
别构激活模型
别构调控(5)
A
A. ATCase三重对称轴的俯视
B
B. ATCase的垂直观
ATCase中亚基的排列
别构调控(6)
别构调控(7)
1 2 3
正、负协同别构酶与非别构酶的动力学曲线比较
1、非别构酶 2、正协同 3、负协同
别构调控(8)
研究酶活性部位的方法(1)
1 酶分子侧链基团的化学修饰法 （1）非特异性共价修饰 （2）特异性共价修饰 （3）亲和标记法 2 动力学参数测定法 3 X射线晶体结构分析法
4 定点诱变法
研究酶活性部位的方法(2)
酶分子侧链基团的化学修饰法
用带标记的化合物与酶的活性部位氨基酸残基侧链基团共价结合，然后 水解该酶，分离出带有标签的肽段，即可分析出活性部位的氨基酸残基。
① 在活性部位存在1个以上的催化基团，所以能进行协同催化 ② 存在结合部位，因此底物分子可以以反应中固有的方位结合在活性部位附近 ③ 在包含有2个或2个以上底物分子参加反应的情况中，存在着一个以上的底物 分子结合的部位 ④ 底物以某种方式结合到酶分子上，使底物分子中的键产生张力，从而有利于 过渡态复合物的形成
特异性共价修饰
研究酶活性部位的方法(3)
定点诱变法
根据蛋白质结构研究的结果，可以利用定点诱变技术，改变编 码蛋白质基团中的DNA顺序，研究酶活力部位的必需氨基酸 如果被代换的氨基酸不影响酶的活性，则该位置的氨基酸残基 不是必需基团 如果被代换的氨基酸使酶活性丧失或降低，则该位置的原有氨 基酸残基是必需基团 ① Vmax不变，Km值升高，该位置氨基酸为结合基团 ② Vmax降低，Km值不变，该位置氨基酸为催化基团 ③ 酶活性完全丧失，该位置氨基酸为必需基团
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(13)
⑦
第二个产物释放，酶再生
胰凝乳蛋白酶反应的Hale Waihona Puke 细机制天冬氨酸蛋白酶(1)
天冬氨酸酶的某些代表
名称 胃蛋白酶 凝乳酶 组织蛋白酶 肾素 HIV-1蛋白酶
来源 动物胃 动物胃 脾、肝和许多其他动物组织 肾 AIDS病毒
功能 消化饮食蛋白 消化饮食蛋白 溶酶体蛋白消化
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(10)
加水，His-N攻击H2O的H，OH-的O攻击羰基C
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(11)
⑤
His-N攻击H2O的H，H2O裂解，OH-的O攻击羰基C
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(12)
⑥
His-NH提供H给Ser的O，第二个产物形成，但仍与酶结合
生物化学网络教程
酶的作用机制和酶的调节
南昌大学生命科学院
李思光
章 节 目 录
一、酶的活性部位 二、酶催化反应的独特性质 三、影响酶催化效率的有关因素 四、酶催化反应机制的实例 五、酶活性的调节控制 六、同工酶
一、酶的活性部位
（一）酶活性部位的特点
① 活性部位在酶分子的总体积中只 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，它们是通过诱导 契合的过程使两者互补 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
307 374×2
His12，His119，Lys41 Asp52，Glu35 Asp57，Asp102，Ser195 Asp57，Asp102，Ser195 Asp57，Asp102，Ser195 Asp32，Asp215 Asp25 Cys25，His159 His64，Ser221，Asp32 His94-Zn-Lys96 His119 Arg127，Glu270，Tyr248，Zn2+ Ser48，His51，NAD+，Zn2+
转换血管紧张肽原成为血管紧张肽Ⅰ 调节血压 加工AIDS病毒蛋白
天冬氨酸蛋白酶(2)
天冬氨酸蛋白酶(3)
天冬氨酸蛋白酶的机制
天冬氨酸蛋白酶(4)
天冬氨酸蛋白酶(5)
五、酶活性的调节控制
（一）别构调控
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，称为酶的别构调节 具有这种别构调节作用的酶称为别构酶 凡是能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物（别构剂）
二、酶催化反应的独特性质
（1）酶反应可以分为两类，一类反应仅仅涉及到电子的转移， 另一类反应涉及到电子和质子两者或其他基团的转移 （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的
（3）酶催化反应的最适pH范围通常狭小 （4）与底物相比较，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
B. 化学修饰法
① 碘乙酸修饰His119和His12，酶失活 ② 酶与胞嘧啶核苷3‘-磷酸抑制剂结合，碘乙酸不能在修饰 ③ 2，4-二硝基氟苯修饰Lys41，酶失活
C. 结论：活性中心由His119、His12、Lys41构成
羧肽酶A(1)
羧肽酶A(2)
羧肽酶A(3)
丝氨酸蛋白酶(1)
丝氨酸蛋白酶是一类最有特色的酶家族， 这个家族包括：
活性部位微环境的影响
酶分子表面有一个裂缝，活性部位就 位于疏水环境的裂缝中。 在非极性环境中的介电常数较在水介 质的介电常数低。 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
胰凝乳蛋白酶
四、酶催化反应机制的实例
溶菌酶(2)
溶菌酶(3)
溶菌酶催化作用
溶菌酶(4)
-
O
R-O-P-X + R'O
O E
O
X E
X
O E 磷酰酶
-
+ YY
X
E
E
X
葡萄酶
:
金属离子催化（1）
需要金属的酶可以分为：金属酶和金属-激活酶两类 金属离子以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）通过可逆地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
合成部位 胃 胰脏 胰脏 胰脏 胰脏 酶原 胃蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶原 胰蛋白酶原 羧肽酶原 弹性蛋白酶原 有活性的酶 胃蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 羧肽酶 弹性蛋白酶
酶原激活(2)
酶原激活(3)
酶原激活(4)
酶原激活(5)
胰凝乳蛋白酶原（无活性） 胰蛋白酶原（无活性）
π-胰凝乳蛋白酶（有活性）
丝氨酸蛋白酶(3)
丝氨酸蛋白酶通过共价催化和广义酸碱催化的混合方式进行
丝氨酸蛋白酶(4)
酶活性部位位于酶分子表面凹陷的小口袋中
丝氨酸蛋白酶(5)
用于研究胰凝乳蛋白酶机制的人工底物
丝氨酸蛋白酶(6)
释 放 的 乙 酸 或 p 硝 基 苯 酚 的 量
稳态阶段
p硝基苯酚
乙酸 突发阶段
时滞
时间
胰凝乳蛋白酶两阶段反应机制
因别构导致酶活性增加的物质称正效应物（别构激活剂）
因别构导致酶活性降低的物质称负效应物（别构抑制剂）