2011 酶作用机制PPT精选文档
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酶的作用机制和酶的调节 PPT
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胰蛋白酶
Gly216
Gly226
Asp189
有利于结合正电 荷的Lys,Arg,裂
解碱性AA
胰凝乳 蛋白酶
Ser189
疏水AA环绕的 口袋,大得足以容 纳一个芳香残基,
裂解芳香 AA(Phe,Tyr)
Val216
Thr226
弹性蛋白酶
Ser189
浅口袋,开口处有 大的Thr和Val,故
仅能容纳小的
活性中心内 必需基团
（活性中心）
结合基团 催化基团
活性中心外必需基团
(一)酶活性部位的特点
1、酶活性部位在酶分子的总体中只占相当小的部分(1-2%体积); 2、 ～是一个三维实体;并不是和底物的形状正好互补,而有个动态的
诱导契合过程; 3、 ～是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区); 4、底物通过次级键(较弱的力:氢键、盐键、范德华力和疏水相互作用)
别构酶的动力学
别构酶大都不遵循米氏动力学。 有正协同效应的别构酶其v-[S]
曲线具有S形,负协同则类似双 曲线,说明酶对底物浓度的敏感 性不同。 某些寡聚酶解离成单体后,失去 了别构调节能力,但仍保留活性, 其v-[S]曲线为米氏曲线。
别构效应物
别构效应物,也称别构调节物。依照他们对别构酶的动 力学过程的影响分为K系和V系。K系改变酶的K0、5, 不改变Vmax;V系改变Vmax ,不改变K0、5 。
AA
五、酶活性的调节控制
通过对酶的催化活性的调节,就能够达到调节代谢活动 的目的。
能够通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方 向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。
有些酶活性是能够自身调节的,这种酶称为调节酶 有两类调节酶,即别构调节酶和共价调节酶。
酶的作用机理PPT课件
生物体内酶代谢的调节与控制
1 2
酶活性的调节
通过改变酶的构象、共价修饰、别构效应等方式 调节酶的活性。
酶含量的调节
通过改变酶的合成速率或降解速率来调节细胞内 酶的含量。
3
酶在代谢途径中的调控作用
通过反馈抑制、前馈激活等机制对代谢途径进行 精细调控。
酶与疾病的关系及药物治疗
酶与疾病的关系
许多疾病与酶的异常有关，如酶缺陷病、酶活性异常等。
酶可以作用于一类具有相似结构 的底物，生成不同的产物。这种 专一性是由酶和底物之间的相互
作用力决定的。
立体异构专一性
酶只能作用于立体异构体中的一 种，而不能作用于其他立体异构 体。这种专一性是由酶的立体结
构和底物的立体构型决定的。
酶的高效性
催化效率高
01
酶的催化效率比无机催化剂高得多，可以加速化学反应的速率，
食品添加剂与酶
探讨酶作为食品添加剂的功能，如增稠剂、乳化 剂等。
酶工程在医药工业中的应用
01
药物合成中的酶
介绍酶在药物合成中的应用，如抗生素、激素等药物的生产。
02
疾病诊断与治疗中的酶
阐述酶在疾病诊断与治疗中的应用，如酶联免疫吸附试验、酶替代疗法
制药领域的应用，如基因工程药物的生产等。
酶的作用机理ppt课 件
https://
REPORTING
• 酶的基本概念与分类 • 酶的结构与功能 • 酶的作用机理 • 酶的性质与影响因素 • 酶在生物体内的应用 • 工业应用中的酶工程
目录
PART 01
酶的基本概念与分类
REPORTING
WENKU DESIGN
01
02
03
04
酶的作用机制和酶活性的调节.ppt
O
O
HH
HH33CC
CC OO
OO CC
OO--
+O
O H HH NH
OC HH C HH H
几种常见酶的结构与功能
蛋白酶
• 蛋白酶是催化肽键水解的一类酶的总称。尽管肽键的水解在能量学上 是十分有利的，但如果没有蛋白酶的催化，一个肽键在中性pH和25℃ 条件下大概需要300年~600年的时间才能完成水解。
四面体中间物因肽氧负离子与Ser195以及Gly193之间形成的氢键而得 到稳定，这些相互作用的净效应导致活化能的降低。
肽键断裂，离开基团（原来肽键的氨基一侧作为第一产物）从His57 咪唑环上得到一个质子。原来肽键的羧基一侧通过氢键以及与Ser195形成 的共价键仍然与酶结合。
水进入活性中心，质子化His57使之成为酸。而释放出来的OH-亲核 进攻留下来的多肽羰基碳，于是第二个四面体形的过渡态中间物形成了 。
广义的酸碱催化
溶菌酶Glu35的广义酸催化溶菌酶Biblioteka Glu 35被疏水氨基酸残基所环绕
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。
乳酸脱氢酶催化的酶促反应
What is an isozyme?
(1) Isozymes are physically distinct forms of the same enzyme.
(2) Isozymes may differ from each other by differences in their amino acid sequences or by the presence of different posttranslational modifications in each isozyme.
《酶作用机制》PPT课件
医学PPT
17
邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更 好的定向，使反应速率提高2.5×1011
中富集出来，使它们 固定在活性中心附近， 反应基团相互邻近， 同时使反应基团的分 子轨道以正确方位相 互交叠，反应易于发 生。
医学PPT
19
2、底物的形变与诱导契合
医学PPT
21
3、酸碱催化
酸碱催化是通过瞬时向反应物提供或接受质子以稳定过渡态， 加速反应的一种催化机制。
医学PPT
22
医学PPT
23
✓影响酸碱催化反应速度的因素
⑴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 团。
⑵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。
形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降
低反应活化能，促进产物生成。
医学PPT
26
5、活性中心金属离子的催化作用
金属酶（metalloenzyme):含紧密结合的金属离子 Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+
金属-激活酶（metal-activated enzyme):含松散 结合的金属离子 Na+、K+、Mg2+、Ca2+
医学PPT
8
2. 酶活性中心的必需基团
O
➢ 酶表现催化活性不可
H 2N
CH
C
OH
缺少的基团。
CH 2
➢ 亲核性基团：丝氨酸
OH O
的羟基，半胱氨酸的 H 2 N CH C OH
巯基和组氨酸的咪唑
CH 2
基。
酶作用的机制PPT课件
(2) 催化机制： 两个步骤 ▼ Acylation: 切开后 N-peptide 共价結合在酶上 (Ser195) ▼ Deacylation: 加水分解后释放 N-peptide (slow step) Nitrophenyl acetate (作用很慢的底物类似似物) (3) 稳定过渡状态： -C-O- 可与 Gly193与Ser195 的 -N-H 产生氢键而稳定 (4) 专一性结合区： 活性区附近有 non-polar pocket 辨别底物
第四章 酶作用的机制
酶作用专一性的机制 酶作用高效性的机制
概念
必需基团（essential group) 关系到酶催化作用的化学基团 eg. 组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨 酸的巯基等。 活性中心（active center）或活性部位 酶分子上必需基团比较集中并构成一定空间构 象、与酶的活性直接相关的结构区域。 酶的活性部位（中心）由结合部位和催化部位 组成。
活性区
丝氨酸蛋白酶的专一性不同
Trypsin
切 Lys, Arg
Chymotrypsin
切 Trp, Phe, Tyr O O –C–N–C–C–N– C
Elastase
切 Ala, Gly O O –C–N–C–C–N– CH3
Shallow and non-polar pocket
Non-polar pocket
Serine protease
Active site pockets of two serine proteases.
Elastin ---Ala
酶作用高效率的机制
Effect of a catalyst on activation energy
2011 酶作用机制
精品课件
3、可逆的共价修饰
概念：共价调节酶通过其它酶对其多肽链上某些基团 进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的状态， 从而起到调节酶的作用，称为可逆的共价调节。 特点：共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两 种形式之间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。 种类：磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、ADP-糖基化、 甲基化等
精品课件
2、底物的形变与诱导契合
酶与底物相互接近，结构相 互诱导、相互变形，进而相 互结合
酶的构象改变有利于与底物 的结合
底物在酶的诱导下发生变形， 处于过渡态，易受到催化基 团的攻击
精品课件
脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底 物，说明酶可以引起底物的形变。
小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力 远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。
1、底物和酶的邻近效应与定向效应 2、底物的形变与诱导契合 3、酸碱催化 4、共价催化 5、活性中心金属离子 6、活性部位微环境的影响
精品课件
1、底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底
物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近， 提高了反应基团的有效浓5向前移动， O原子向后移动
半椅式：C5、C1、C2 和 O在同一平面上
面
溶菌酶底物D糖环变形模型图
精品课件
精品课件
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。
NAG
NAG
EO
Glu C O H
35 O
非极性区
EO
H C4 H
C4 H
O
-O
C1 H C
Asp
O
D
O
52
Glu C O-
3、可逆的共价修饰
概念：共价调节酶通过其它酶对其多肽链上某些基团 进行可逆的共价修饰，使其处于活性与非活性的状态， 从而起到调节酶的作用，称为可逆的共价调节。 特点：共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两 种形式之间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。 种类：磷酸化、腺苷酰化、尿苷酰化、ADP-糖基化、 甲基化等
精品课件
2、底物的形变与诱导契合
酶与底物相互接近，结构相 互诱导、相互变形，进而相 互结合
酶的构象改变有利于与底物 的结合
底物在酶的诱导下发生变形， 处于过渡态，易受到催化基 团的攻击
精品课件
脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底 物，说明酶可以引起底物的形变。
小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力 远大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。
1、底物和酶的邻近效应与定向效应 2、底物的形变与诱导契合 3、酸碱催化 4、共价催化 5、活性中心金属离子 6、活性部位微环境的影响
精品课件
1、底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底
物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近， 提高了反应基团的有效浓5向前移动， O原子向后移动
半椅式：C5、C1、C2 和 O在同一平面上
面
溶菌酶底物D糖环变形模型图
精品课件
精品课件
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。
NAG
NAG
EO
Glu C O H
35 O
非极性区
EO
H C4 H
C4 H
O
-O
C1 H C
Asp
O
D
O
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Glu C O-
酶的作用机制和酶的活性部位调节.ppt
疏水环境大大有利于酶的催化作用。
上述加速酶促反应的诸因素，不是同时在一种酶中起作用。 不同的酶，起作用的主要因素是不一样的，每种酶都有自己
的特点。
三、酶活性的别构调节
酶的调节
酶活性的调节（细调）
–别构调节 –酶原激活 –共价调节
酶数量的调节（粗调）
控制酶的合成和降解速度
（一） 酶的别构效应和别构酶
第11章 酶作用机制和酶活性调节
主要内容
酶的活性部位 酶促反应机制 酶活性的别构调节 酶活性的共价调节 同工酶
一、酶的活性部位
1.酶的活性部位（active site，活性中心active center）:
是指酶分子的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定的空 间结构的微小区域，在这里必需基团参与和底物结合并完成 把底物转变成产物的化学反应。
暂时性地向底物提供质子或从底物接纳质子以稳定过渡态 的一种催化机制。
特殊的酸碱催化 （或狭义） ：
一般的酸碱催化
√ （或广义） ：
H+和OH-的催化作用
质子酸提供质子,或是质子碱 接受质子的作用。
2.共价催化（covalent catalysis）
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。 包括亲核催化（为主）和亲电催化。
④ 大多数底物都是以相当弱的力与酶活性部位 结合的，这些力与稳定酶（蛋白质）三维结 构的力基本相同。
⑤ 活性部位是酶分子表面的一个空穴或裂沟。 疏水的微环境下有利于极性氨基酸残基发生 结合和催化。
频率最高的活性中心的氨基酸残基： Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。
Ser
Glu
别构效应（allosteric effect）:
上述加速酶促反应的诸因素，不是同时在一种酶中起作用。 不同的酶，起作用的主要因素是不一样的，每种酶都有自己
的特点。
三、酶活性的别构调节
酶的调节
酶活性的调节（细调）
–别构调节 –酶原激活 –共价调节
酶数量的调节（粗调）
控制酶的合成和降解速度
（一） 酶的别构效应和别构酶
第11章 酶作用机制和酶活性调节
主要内容
酶的活性部位 酶促反应机制 酶活性的别构调节 酶活性的共价调节 同工酶
一、酶的活性部位
1.酶的活性部位（active site，活性中心active center）:
是指酶分子的表面有一个必需基团比较集中、并构成一定的空 间结构的微小区域，在这里必需基团参与和底物结合并完成 把底物转变成产物的化学反应。
暂时性地向底物提供质子或从底物接纳质子以稳定过渡态 的一种催化机制。
特殊的酸碱催化 （或狭义） ：
一般的酸碱催化
√ （或广义） ：
H+和OH-的催化作用
质子酸提供质子,或是质子碱 接受质子的作用。
2.共价催化（covalent catalysis）
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。 包括亲核催化（为主）和亲电催化。
④ 大多数底物都是以相当弱的力与酶活性部位 结合的，这些力与稳定酶（蛋白质）三维结 构的力基本相同。
⑤ 活性部位是酶分子表面的一个空穴或裂沟。 疏水的微环境下有利于极性氨基酸残基发生 结合和催化。
频率最高的活性中心的氨基酸残基： Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。
Ser
Glu
别构效应（allosteric effect）:
酶的作用机制和酶的调节ppt课件
〔底1〕物T蛋h白r、质S被er磷、酸Ty化r、的A氨sp基、酸G残lu┉基P有-O两键类衔：接 〔2〕Lys、Arg、His┉P-N键衔接
主 要 是
Ser
Thr
Ca2+ 依赖性 蛋白激酶〔PKC)
六、同工酶〔isoenzyme〕
〔一〕定义： 催化一样的化学反响，但其
蛋白质分子构造、理化性质和免 疫性能等方面都存在明显差别的 一组酶。
〔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 发扬作用；防止细胞本身消化；有的酶原可 以视为酶的储存方式。
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
CTP反馈抑制ATCase
O HN
O
COON
H
ATP 别构激活剂 CTP 别构抑制剂
NH2
N
CTP（嘧啶生物合成的终端产物)
O
O
O
O
N
O- P O O-
PO O-
P O H2C O
-
OOH OH
调理亚基 催化亚基
② 3－磷酸甘油醛脱氢酶 具有负协同效应的别构酶代表
〔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〕
——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 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
结合基团
底物 催化基团 活性中心
〔二〕 酶活性部位的特点
主 要 是
Ser
Thr
Ca2+ 依赖性 蛋白激酶〔PKC)
六、同工酶〔isoenzyme〕
〔一〕定义： 催化一样的化学反响，但其
蛋白质分子构造、理化性质和免 疫性能等方面都存在明显差别的 一组酶。
〔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 发扬作用；防止细胞本身消化；有的酶原可 以视为酶的储存方式。
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
CTP反馈抑制ATCase
O HN
O
COON
H
ATP 别构激活剂 CTP 别构抑制剂
NH2
N
CTP（嘧啶生物合成的终端产物)
O
O
O
O
N
O- P O O-
PO O-
P O H2C O
-
OOH OH
调理亚基 催化亚基
② 3－磷酸甘油醛脱氢酶 具有负协同效应的别构酶代表
〔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〕
——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 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
结合基团
底物 催化基团 活性中心
〔二〕 酶活性部位的特点
酶的催化作用机制ppt正式完整版
酶的催化作用机制
1.酶促反应（Enzyme catalysis）又称酶催化或酵 素催化作用，指的是由酶作为催化剂进行催化的化 学反应。
酶促反应与非酶促反应比较
非酶促反应：S⇌S≠→P 酶促反应：E+S⇆ES⇆ES≠→EP→E+P
• 反应方向，即化学平衡方向，主要取决于反应自 由能变化ΔG。而反应速率快慢，则取决于反应活 化能Ea
咪唑基作为广义酸催化酯水解机制
咪唑基作为广义碱催化酯水解机制
催化反应机制的实例
• （一）溶菌酶 • 1.溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。溶菌酶
作用：使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。 催化机理：底物长度要求六个糖残基以上，与酶活性部位相适应；
咪唑基供给质子和接受质子的速率非常快，供给和 咪唑基作为广义碱催化酯水解机制
咪唑基供给质子和接受质子的速率非常快，供给和接受质子速率几乎相等
接受质子速率几乎相等 蛋白质分子上的某些侧链基团（如Asp、Glu和His）可以提供质子并将质子转移到反应的过渡态中间物而达到稳定过渡态的效果。
溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。 广义酸碱催化（general-base catalysis）是指通过Bronsted酸（质子酸）提供部分质子，或通过Bronsted碱（质子碱）接受部分质子
His是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能性 的作用，达到降低反应活化能的过程。
溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。 咪唑基作为广义酸催化酯水解机制
氨基酸 广义酸碱催化（general-base catalysis）是指通过Bronsted酸（质子酸）提供部分质子，或通过Bronsted碱（质子碱）接受部分质子
1.酶促反应（Enzyme catalysis）又称酶催化或酵 素催化作用，指的是由酶作为催化剂进行催化的化 学反应。
酶促反应与非酶促反应比较
非酶促反应：S⇌S≠→P 酶促反应：E+S⇆ES⇆ES≠→EP→E+P
• 反应方向，即化学平衡方向，主要取决于反应自 由能变化ΔG。而反应速率快慢，则取决于反应活 化能Ea
咪唑基作为广义酸催化酯水解机制
咪唑基作为广义碱催化酯水解机制
催化反应机制的实例
• （一）溶菌酶 • 1.溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。溶菌酶
作用：使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。 催化机理：底物长度要求六个糖残基以上，与酶活性部位相适应；
咪唑基供给质子和接受质子的速率非常快，供给和 咪唑基作为广义碱催化酯水解机制
咪唑基供给质子和接受质子的速率非常快，供给和接受质子速率几乎相等
接受质子速率几乎相等 蛋白质分子上的某些侧链基团（如Asp、Glu和His）可以提供质子并将质子转移到反应的过渡态中间物而达到稳定过渡态的效果。
溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。 广义酸碱催化（general-base catalysis）是指通过Bronsted酸（质子酸）提供部分质子，或通过Bronsted碱（质子碱）接受部分质子
His是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能性 的作用，达到降低反应活化能的过程。
溶菌酶的作用是水解多糖链，细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏。 咪唑基作为广义酸催化酯水解机制
氨基酸 广义酸碱催化（general-base catalysis）是指通过Bronsted酸（质子酸）提供部分质子，或通过Bronsted碱（质子碱）接受部分质子
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⑴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 团。
⑵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。
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4、共价催化
酶部分残基侧链作为亲核基团或亲电基团，与 底物形成一个反应活性很高的共价中间物。
酶亲核基团： Ser-OH，Cys-SH，His-N：
七 酶的作用机制和调节
1
（一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直 接有关的区域叫酶的活 性中心（active center） 或活性部位（active site)。
2
➢ 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。
结合基团
(binding group) 与底物相结合
催化基团
(catalytic group) 催化底物转变成产物
➢活性中心外的必需基团
位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。
12
3.酶活性中心的特点
占酶分子的极小部分 酶活性部位是三维实
体 诱导契合.构象改变 酶活性部位位于酶分
底物亲电中心： 磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH）
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酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
26
5、活性中心金属离子的催化作用
金属酶（metalloenzyme):含紧密结合的金属离子 Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+
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酶把底物分子从溶液 中富集出来，使它们 固定在活性中心附近， 反应基团相互邻近， 同时使反应基团的分 子轨道以正确方位相 互交叠，反应易于发 生。
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2、底物的形变与诱导契合
酶与底物相互接近，结构相 互诱导、相互变形，进而相 互结合
酶的构象改变有利于与底物 的结合
底物在酶的诱导下发生变形， 处于过渡态，易受到催化基 团的攻击
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（１）.溶菌酶的结构
溶菌酶相对分子量１４６００， 由１２９个氨基酸残基所组 成．四对二硫键。活性中心的氨基
3
4
➢ 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。
5
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶
牛胰核糖核酸酶
溶菌酶 牛胰凝乳蛋白酶 牛胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 弹性蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 碳酸酐酶
CO
CO
酪氨酸的酚羟基，组
OH
O OH
O
氨酸的咪唑基和半胱 H 2N CH C OH
NH 2
H 2 N CH C OH
氨酸的巯基等。
CH 2
CH 2
CH 2
OH
CH 2
CH 2
NH 2 OH
10
活性中心内必需基团 活性中心外必需基团
结合基团---专一性 催化基团---催化能力
11
➢ 活性中心内的必需基团
His93-Zn-His95 His117
6
7
➢ 调控部位(Regulatory site):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
8
2. 酶活性中心的必需基团
O
➢ 酶表现催化活性不可
H 2N
CH
C
OH
缺少的基团。
CH 2
物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近， 提高了反应基团的有效浓度。
定向效应：由于酶的构象作用，底物的反应
基团之间、酶与底物的反应基团之间正确取向 的效应.
16
咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快 24倍。
17
邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更 好的定向，使反应速率提高2.5×1011
子的一个裂缝内 底物通过次级键与酶
结合 活性部位具有柔性
13
酶的高效催化的结构
14
(二)、酶高效性的作用机理
1、底物和酶的邻近效应与定向效应 2、底物的形变与诱导契合 3、酸碱催化 4、共价催化 5、活性中心金属离子 6、活性部位微环境的影响
15
1、底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底
残基总数
124
129 245 238 212 240 275
258
活性中心残基
His12, His119, Lys41
Asp52, Glu35 His57, Asp102,Ser195 His46, Asp90, Ser183 Cys25, His159 His45, Asp93, Ser188 His46, Ser221
➢ 亲核性基团：丝氨酸
OH O
的羟基，半胱氨酸的 H 2 N CH C OH
巯基和组氨酸的咪唑
CH 2
基。
O SH
H 2N
CH
C
OH
CH 2
N NH
OH
SH N
N H
9
O
H 2 N CH C OH
O
➢ 酸碱性基团：天门
CH 2酸和谷氨酸的羧
CH 2
CH 2
基，赖氨酸的氨基，
金属-激活酶（metal-activated enzyme):含松散 结合的金属离子 Na+、K+、Mg2+、Ca2+
（1）通过结合底物为反应定向 （2）通过自身价数的改变参加氧化还原反应 （3）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷
27
6、多元催化和协同效应
多个基元催化反应结合催化
28
7、活性中心的微环境
20
脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底 物，说明酶可以引起底物的形变。
小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力远 大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。
21
3、酸碱催化
酸碱催化是通过瞬时向反应物提供或接受质子以稳定过渡态， 加速反应的一种催化机制。
22
23
✓影响酸碱催化反应速度的因素
酶的活性中心周 围的环境是一 个非极性环境， 即低介电环境， 在低的介电环 境中排斥水分 子，酶催化基 团和底物分子 的敏感键之间 有很大的反应 力，有助于加 速酶促反应。
29
八．酶催化反应机制的实例
溶菌酶(Lysozyme)
1922年Fleming在鼻黏液中发现一种具有溶解细菌能 力的酶，定名为溶菌酶。随后又在鸡蛋清中发现了这 种酶，是自然界分布很广的一种酶。溶菌酶是第一个 用X-射线法阐明其全部结构和功能的酶。
⑵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。
24
4、共价催化
酶部分残基侧链作为亲核基团或亲电基团，与 底物形成一个反应活性很高的共价中间物。
酶亲核基团： Ser-OH，Cys-SH，His-N：
七 酶的作用机制和调节
1
（一）. 酶的活性中心（active center）
1、活性中心的概念
酶分子中直接与底物结 合，并和酶催化作用直 接有关的区域叫酶的活 性中心（active center） 或活性部位（active site)。
2
➢ 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。
结合基团
(binding group) 与底物相结合
催化基团
(catalytic group) 催化底物转变成产物
➢活性中心外的必需基团
位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。
12
3.酶活性中心的特点
占酶分子的极小部分 酶活性部位是三维实
体 诱导契合.构象改变 酶活性部位位于酶分
底物亲电中心： 磷酰基（P=O）酰基（C=O） 糖基（Glu-C-OH）
25
酶的亲核中心X未成键电子对进攻底物的亲电中心， 形成共价结合，迅速形成不稳定的中间复合物，降 低反应活化能，促进产物生成。
26
5、活性中心金属离子的催化作用
金属酶（metalloenzyme):含紧密结合的金属离子 Fe2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co3+
18
酶把底物分子从溶液 中富集出来，使它们 固定在活性中心附近， 反应基团相互邻近， 同时使反应基团的分 子轨道以正确方位相 互交叠，反应易于发 生。
19
2、底物的形变与诱导契合
酶与底物相互接近，结构相 互诱导、相互变形，进而相 互结合
酶的构象改变有利于与底物 的结合
底物在酶的诱导下发生变形， 处于过渡态，易受到催化基 团的攻击
30
（１）.溶菌酶的结构
溶菌酶相对分子量１４６００， 由１２９个氨基酸残基所组 成．四对二硫键。活性中心的氨基
3
4
➢ 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。
5
一些酶活性中心的氨基酸残基
酶
牛胰核糖核酸酶
溶菌酶 牛胰凝乳蛋白酶 牛胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 弹性蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 碳酸酐酶
CO
CO
酪氨酸的酚羟基，组
OH
O OH
O
氨酸的咪唑基和半胱 H 2N CH C OH
NH 2
H 2 N CH C OH
氨酸的巯基等。
CH 2
CH 2
CH 2
OH
CH 2
CH 2
NH 2 OH
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活性中心内必需基团 活性中心外必需基团
结合基团---专一性 催化基团---催化能力
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➢ 活性中心内的必需基团
His93-Zn-His95 His117
6
7
➢ 调控部位(Regulatory site):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
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2. 酶活性中心的必需基团
O
➢ 酶表现催化活性不可
H 2N
CH
C
OH
缺少的基团。
CH 2
物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近， 提高了反应基团的有效浓度。
定向效应：由于酶的构象作用，底物的反应
基团之间、酶与底物的反应基团之间正确取向 的效应.
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咪唑催化对硝基苯酯的水解，分子内反应比分子间反应快 24倍。
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邻羟基苯丙酸内脂的形成反应，两个甲基使羧基和羟基更 好的定向，使反应速率提高2.5×1011
子的一个裂缝内 底物通过次级键与酶
结合 活性部位具有柔性
13
酶的高效催化的结构
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(二)、酶高效性的作用机理
1、底物和酶的邻近效应与定向效应 2、底物的形变与诱导契合 3、酸碱催化 4、共价催化 5、活性中心金属离子 6、活性部位微环境的影响
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1、底物和酶的邻近效应与定向效应
邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底
残基总数
124
129 245 238 212 240 275
258
活性中心残基
His12, His119, Lys41
Asp52, Glu35 His57, Asp102,Ser195 His46, Asp90, Ser183 Cys25, His159 His45, Asp93, Ser188 His46, Ser221
➢ 亲核性基团：丝氨酸
OH O
的羟基，半胱氨酸的 H 2 N CH C OH
巯基和组氨酸的咪唑
CH 2
基。
O SH
H 2N
CH
C
OH
CH 2
N NH
OH
SH N
N H
9
O
H 2 N CH C OH
O
➢ 酸碱性基团：天门
CH 2酸和谷氨酸的羧
CH 2
CH 2
基，赖氨酸的氨基，
金属-激活酶（metal-activated enzyme):含松散 结合的金属离子 Na+、K+、Mg2+、Ca2+
（1）通过结合底物为反应定向 （2）通过自身价数的改变参加氧化还原反应 （3）屏蔽底物或酶活性中心的负电荷
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6、多元催化和协同效应
多个基元催化反应结合催化
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7、活性中心的微环境
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脯氨酸消旋酶的过渡态类似物与酶的亲和力远大于其底 物，说明酶可以引起底物的形变。
小牛小肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物与酶的亲和力远 大于其底物，说明酶可以引起底物的形变。
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3、酸碱催化
酸碱催化是通过瞬时向反应物提供或接受质子以稳定过渡态， 加速反应的一种催化机制。
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✓影响酸碱催化反应速度的因素
酶的活性中心周 围的环境是一 个非极性环境， 即低介电环境， 在低的介电环 境中排斥水分 子，酶催化基 团和底物分子 的敏感键之间 有很大的反应 力，有助于加 速酶促反应。
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八．酶催化反应机制的实例
溶菌酶(Lysozyme)
1922年Fleming在鼻黏液中发现一种具有溶解细菌能 力的酶，定名为溶菌酶。随后又在鸡蛋清中发现了这 种酶，是自然界分布很广的一种酶。溶菌酶是第一个 用X-射线法阐明其全部结构和功能的酶。