第七章酶的作用机制和酶的调节共22页文档

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。
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(五)金属离子催化
(六)多元催化和协同效应 如亲核催化和酸碱催化共同作用.
(七)活性部位微环境 活性部位位于疏水环境的裂缝中. 由于在非极性环境中的介电常数比水的介电常数低,在非
极性环境中的两个带电基团之间的静电作用比在极性环境 中中显著提高.疏水的微环境有利于酶的催化作用.
当酶遇到专一性底物时,酶中某些基团或离子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“张力”,使敏感键的一端更 加敏感,底物分子发生“形变” ,底物接近过度态,降低了反应活化能,使 反应易于发生.如溶菌酶与底物结合引起D-糖环构象由椅式变为半椅式 等例子,均为X射线晶体结构分析证实.
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(三)酸碱催化： 是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子 以稳定过度态,加速反应的机制.
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.是指向反应物提供质子,或是从 反应物接受质子的作用，达到降低反应活化能。
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。在很多酶的活性部位存在酸碱催化功能基,如氨基,羧基,巯基,酚羟 基和咪唑基,它们能在近中性pH的范围,作为催化性的质子供体或受体. 这类反应有:羧基的加成反应,酮基和烯醇的互变异构,肽和酯的水解,磷酸和 焦磷酸参与的反应.
（４）别构酶不遵循米氏方程。
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别构酶的性质
别构酶有和底物结合的活性部位，又有和 调节物或效应物结合的调节部位．调节部位与 活性部位虽然在空间上是分开的，但可互相影 响，通过构相的变化，产生协同效应．可发生 在底物－底物之间，调节物－底物之间，调节 物－调节物之间，可以是正协同，或负协同．
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． 别构酶动力学
别构酶动力学曲线:正协同效应是S形曲线
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别构酶与非别构酶动力学曲线的比较
协同指数 (饱和比值saturation ratio Rs)
协同指数可以鉴别不同的协同和协同程度
Rs=
位点被90%饱和时的底物浓度 位点被10%饱和时的底物浓度
1
= 81 n
n代表协同系数(Hill系数), 常用n判断酶属于哪一种类型.
1.酶反应大部分反应涉及电子和质子或其他基团的转移(速率108s-1),另有反应 仅涉及电子的转移(速率103s-1);
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,主要的是 His,Ser,Cys,Lys,Glu,Asp的侧链直接参加反应;
3.酶催化反应的最适pH范围通常很狭小; 4.与底物相比,酶分子很大; 5.生物酶特有的有利条件,使上述反应进行更有利:
第一节 酶作用的机制
一.酶活性部位的特点
1.只占酶分子总体积相当小的部分(1%-2%); 2.是一个三维实体; 3.通过诱导契合的动态过程形成; 4.是位于酶分子表面的一个裂缝内(疏水区域),底物有效浓度高; 5.底物通过次级键较弱地力结合到酶上; 6.具有柔性或可运动性.
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二.酶催化反应的独特性质
酸碱催化可提高反应速率102-105. 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。
+
-COOH3,,
-N -SHH,
-CO - O..2 ,, ---S N,H
+
wenku.baidu.comOHHN NH
O- :N NH
广义酸基团
4 （质子供体）
广义碱基团
（质子受体）
(四)共价催化 (亲核催化或亲电子催化)
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。
在催化时,亲核催化剂或亲电子催化剂能分 别放出电子或吸取电子,作用于底物的缺电 中心或负电中心,迅速形成不稳定的中间复 合物,降低反应活化能,使反应加速.
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）已知的别构酶几乎都是寡聚酶，由2个以上的亚基 组装而成，具有四级结构，分子较大，常常表现出 单体酶没有的特殊性质；
（2）一般有两个亚基，催化亚基有活性中心，决定反应 的快慢，该酶可在几秒可使酶活力改变，属快速调 节，是代谢过程关键步骤中发挥关键作用的关键酶。
（3）别构酶在某些物质（如调节物）的作用下，构象改 变，活力也发生变化，这种现象称别构效应。
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第二节 酶活性的调节控制和调节酶
(一)别构调控－别构酶调节
特点:（1）别构酶除了有活性中心外，还有别构中心； （2）该酶可在其分子内、不同的空间位置 上的特定位点具有传递改变构象信息的能力； （3）酶的特殊结构具有在不同外界环境条件时， 作出选择，以达到对代谢过程的调节控制。
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别构酶的结构特征：
活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；
酶和底物复合物的形成是把分子间的反应变为分子内的反应的过程, 底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位。定向效应 指反应物的反应基团之间、酶的催化基团与底物反应基团之间的正确 取位产生的效应,使酶促反应具有高效率。 科学家认为,如果临近效应和定向效应的促进作用分别达到提高反应速 率104倍,临近效应加定向效应共同作用使反应速率升高108倍,这与酶提 高催化效率计算数据很相近. (二) 底物的“形变” 和诱导契合：
(1)活性部位存在一个以上的催化基团,可进行协同催化; (2)存在结合部位,底物分子结合在活性部位附近; (3)存在一个以上的底物分子结合部位,可催化多底物反应; (4)底物与酶结合,使底物分子中的键产生张力,有利于过度态复合物的形成.
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三.与酶催化高效率有关的因素
(一)底物和酶的临近效应和定向效应： 临近效应是在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，底物在酶
典型的米氏酶Rs=81 ,即符合米氏方程的酶n=1. 具有正协同效应的酶n>1;
具有负协同效应的酶n<1.
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别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase
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在E.coli中，ATCase催化嘧啶核苷酸生物合成的第一个关键的反 应，是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。ATCase的 一个最有效的抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTP）。