酶的催化作用机制

His
Tyr
酶蛋白中His残基咪唑基的pKa约为6-7，说明咪唑基 上解离下来的质子浓度与水中H+ 也就是说咪唑基既 可以作为质子供体，又可以作为质子的受体在酶促 反应中发挥作用。 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 His是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能性 氨基酸
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 广泛存在于微生物及各种动植物组织及分泌液中。 2.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。溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱辅基蛋白形 成复盐，使病毒失活。因此，该酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。一些人体细胞分 泌液中含有溶菌酶在，如唾液、眼泪、鼻涕；溶菌酶也存在于粒线体中的细胞质颗粒 体和蛋清中。 3.酶的催化活性 底物：N-乙酰氨基葡糖N-乙酰氨基葡糖乳酸的共聚物或几丁质 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；酶活性中心的Glu和 Asp参与水解作用，将第四和第五残基间的糖苷键水解，水分子羟基结合C1，具体机 理为： ① 底物进入活性中心，酶活性中心空间效应和Asp的作用下，诱导并使第四 （D）残基由椅式变为半椅式，形成过渡态构象 ② Gຫໍສະໝຸດ Baiduu35的羧基提供一个H+，进行酸 催化，使得四五残基间1-4糖苷键簖裂D残基C1与氧原子分开，并形成正碳离子过渡态 ③ D残基正碳离子过渡态与溶剂中OH-结合。
• • •
• 3. 催化的特点 • 经测定发现酶与底物构象都发生变化；诱导契合 的证据表示了靠近及定向；Asp与Glu的协同作用 表现为酸碱催化；Glu提供质子，Asp是稳定的因 素；底物变形作用由椅式到船式
溶菌酶的Glu 35被疏水氨基酸残基所环绕
溶菌酶Glu35的广义酸催化
（二）核糖核酸酶A
酮式--烯醇式互 变异构反应，在 无催化剂的条件 下，由于其过渡 态活化能比较高， 异构化速率很慢， 当存在广义酸 （碱）情况下， 过渡态活化能明 显降低，异构化 速率加快。
氨基酸残基 Glu,Asp Lys,Arg Cys
广义酸基团（质子供体） R—COOH R—NH3 R—SH
广义碱基团（质子受 体） R—COOR—NH2 R—S-
反应 H2O2分解反应 H2O2分解反应 脲的水解
酶 无 肝过氧化氢酶 无
Ea /(KJ· mol-1)
75.3 23.01 99.6
脲的水解
脲酶
49.8
酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子 通过短程非共价力（如氢键，离子键和疏水键 等）的作用，形成ES反应中间物，其结果使底 物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物 分子和降低过渡态活化能作用
化。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。
• 影响酸碱催化的反应速率的因素有两个： • 1、酸或碱的强度； • 2、质子传递速率。
pH 和缓冲溶液浓度对特定酸碱催化和广义酸碱催化的影响
• 广义的酸催化
广义的碱催化
• 1、作用：专一性水解嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，生成嘧啶核苷酸或 以3-嘧啶核苷酸结尾的寡聚核苷酸。 • 2、结构 ： Moore和Stein 测定该酶一级结构，124氨基酸残基组成， 含4对二硫键，Richards 和Wyckoff对其三维结构进行分析。分子表 面有一裂缝，His12、His119、Lys41为其酶活性基团，RNA分子进 入后，能与活性中心结合部位基团间结合，嘌呤核苷酸结合后， His12和核糖C-2’-OH之间距离增加了0.15nm，无催化活性。 • 3、催化机理 ; ：定核酸分子进入活性部位后，通过与结合部位结合 和酶构象变化，使酶催化部位与底物部位靠近。 ① His12作为碱， 与核糖C -2’-OH的质子结合，促使C -2’-O2-与磷酸环化，His119 作为酸，提供质子，使3-5磷酸二酯键断裂，生成C-5’-OH ② His12 作为酸， His119作为碱（先与H2O结合），使磷酸水解断开 ③ Lys41正电荷对磷酸环化和开环过程中过渡态五磷酸的瞬时形成有关。
2.酶催化反应机制类型
• （1）酸碱催化 • （2）共价催化 • （3）金属离子催化作用
（1）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。 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）接受部分质子的作用，达到 降低反应活化能的过程。这种机制参与绝大多数酶的催
4.4.4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
核糖核酸酶A的广义酸碱催化
其 他 两 种 催 化 形 式