酶的催化机制

的催化作用是降低反应的活化能，从而 增加了活化分子的百分数，使反应更容 易进行。
酶的催化包括酶如何同底物结合及酶如何
能使反应加快两个方面。酶同底物结合已 在酶催化作用的中间产物的实验中的得到 证实。但酶究竟与底物何种方式结合，目 前还停留在设想阶段，而且有不同的观点。 一般认为酶同底物的结合发生在酶蛋白的 活性部位。


诱导契合”学说（induced fit theory） 酶对于它所作用的底物有着严格的选择,只能催化一定结构或者 一些结构近似的化合物,使这些化合物发生生物化学反应。有的 科学家提出,酶和底物结合时,底物的结构和酶的活动中心的结构 十分吻合,就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状,使 酶只能与对应的化合物契合,从而排斥了那些形状、大小不适合 的化合物,这就是“锁钥学说”。 科学家后来发现,当底物与酶结合时,酶分子上的某些基团常常发 生明显的变化。另外,酶常常能够催化同一个生化反应中正逆两 个方向的反应。因此,“锁和钥匙学说”把酶的结构看成是固定不 变的,这是不符合实际的。于是,有的科学家又提出,酶并不是事先 就以一种与底物互补的形状存在,而是在受到诱导之后才形成互 补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后,才诱导手套的形 状发生变化一样。底物一旦结合上去,就能诱导酶蛋白的构像发 生相应的变化,从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物,这就是 1958年D.E.Koshland提出的“诱导契合学说”：酶分子活性中 心的结构原来并非和底物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔 软的而非刚性的。当底物与酶相遇时，可诱导酶活性中心的构象 发生相应的变化，有关的各个基因达到正确的排列和定向，从而 使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反 应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的 构象。
价键方式结合，使酶活性丧失。这些抑制剂一般不 能用稀释、透析、超滤等物理方法除去，由他引起 的抑制作用称不可抑制作用。按其作用的选择性不 同又可分为非专一性和专一性两类。 （1）非专业性不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一 类或几类基团作用，无论是非必须基团还是必须基 团，都进行共价结合。 （2）专一性不可逆抑制 有机磷杀虫剂（敌百虫、 对琉磷、敌敌畏等）能专一性的与胆碱酯酶等羟基 酶的羟基作用，与之结合使酶磷酰化而不可逆抑制 酶的活性。
最适PH：酶催化活
性最大时的环境PH PH影响酶活力的原 因： 环境过酸、过碱是 酶活性失活；影响 酶活性基团的解离
米氏方程式
• 1913年Michaelish 和 Menten 提出反应速 度与反应底物关系 的数学方程式即 米—曼氏方程式简 称米氏方程
米氏常数的意义
Km值是当酶促反应速率为最大速率一半时的底物浓度，
反竞争抑制作用
抑制剂并不直接与酶结合，而是与酶 和底物形成的复合物结合，ES复合物 结合为ESI，使酶失去催化活性，ESI 同样也不能分解产物，所以ES实际生 成量下降。
酶的催化机制
• 酶的催化作用 • 过渡态 • 分子活化能
在一个反应体系中，化学反应能否进行 与活化分子的多少直接相关，活化分子 越多，反应速率越快。所谓活化分子是 指其所含能量达到或超过某一限度的分 子，其在碰撞中能发生化学发应。某一 限度是指能垒；活化分子所处的状态即 我们所指的过渡态。活化能是指活化分 子具有的能量与常态分子的能量差。酶
即可以表示酶与底物的亲和力。Km值越大，酶与底物 的亲和力越小；反之Km值越小酶与底物的亲和力越大， 表示不需要很高底物浓度，便可以达到最大反应速率。 Km值是酶的特征性常数之一。Km值只与酶的性质、 酶所催化的底物有关，与酶的浓度无关。 由若干酶催化一个连续代谢过程时，如能确定各种酶催 化反应底物的Km值及相应的底物浓度时，可以推断出 其中Km值最大的一步反应为连续反应中的限速反应， 该酶为限速酶 用【S】对反应速度作图不能准确的获得数据，因为是 一个渐进的极限值，不可能从实验中直接得到Vm和 Km数据，因为Vm是一个渐进值不可能直接得到。而 Km是V=Vm/2时的 【S】值也难以准确测定。
在其他因素不变的情况下，
底物浓度对反应速度的影 响呈矩形双曲线 当底物浓度较低时，反应 速度与底物浓度成正比， 反应为一级反应。 随着底物浓度的增高，反 应速度不在呈正比加速， 反应为混合级反应 当底物浓度达到一定的程 度时，反应速度不再增加， 达到最大速度反应为零级 反应。
PH对酶促反应速率的影响
当酶和底物结合时，不仅酶的构像发 生改变，底物分子的构象也发生变化。 酶使底物中的敏感键发生变形，从而 使敏感键更容易断裂，并对底物产生 张力作用，使底物扭曲，促进ES进入 过渡状态，使反应加速进行。
酸碱催化
即质子供体及质子受体对酶反应的催
化作用
影响酶促反应的因素
激 活 剂 和 抑 制 剂 温 度 底 物 浓 度 酶 浓 度 PH
酶浓度对酶促反应的影响

在底物浓度足够大和 无酶抑制剂存在时， 酶促反应速率与酶浓 度成正比。酶催化反 应时，酶先要与底物 形成中间产物，当底 物浓度大大超过酶的 浓度时，反应达到最 大速率，这时增加酶 浓度可增加反应速率， 反应速率与酶的浓度 成正比关系。即v=k 【E】
底物浓度对酶促反应的影响
温度对酶促反应速率的影响

温度升 高，酶促反应速率升高， 温度降低，酶促反应速 率降低。

当反应在某一温度使两 者的影响处于平衡状态， 酶促反应速率达到最快 此时的温度称为最适温 度。
通常动物体内酶的温度一般在37℃-40℃之间，
而植物体内的酶一般在50℃-60℃之间，极有 少数的酶能耐高温如胰蛋白酶短时间加热到 100℃后，再恢复室温仍有活性，而大多数酶 加热到60摄氏度即丧失活性。 高温可以使酶失活，可以用于高温灭菌。低 温不能使酶失活，可以低温保存菌种和生物 剂。
中间产物学说
在酶促反应中，底物先与酶结合成
不稳定的酶-底物复合物，然后在 分解成酶与底物。子内的某些化 学键发生极化，呈不稳定的中间状态， 可以继续分解到P和E ，E又能狗与其他 S结合，继续发挥催化功能，所以少量的 酶可以催化大量的底物。在反应过程中， 如果是S到P，所需的活化能比上述有酶 参加的活化能大得多。 在双分子反应中（即反应中有两种底物 参加），酶先与一种底物结合成中间产 物，后者再与第二底物起作用。表示如 下
激活剂对反应速率的影响

凡是能提高酶活性的物质称为激活剂。
类别

无机阳离子： Na+·、K+ 、 Ca2+ 、
Mg2+ cu2+ 、Zn2+ 、 Co2+ 、 Cr3+ 、 Fe2+
无机阴离子 ： Br-、Cl-、I-、CN-、NO-
抑制剂对酶促反应的影响
不可逆抑制作用：抑制剂与酶分子的某些基团以共
可逆抑制作用
竞争性抑制作用
非竞争性抑制作用
反竞争抑制作用
（1）竞争性抑制作用
如果抑制剂在结构 上与底物相似，那么他可以同底物竞争性 的与酶的活性部位相结合。酶与这种物质 结合后，就不能再与底物结合，这种作用 称为竞争性抑制作用
非竞争性抑制作用 ： 非竞争性抑制剂与酶活性部位以外的部分 可逆的结合，不影响底物与酶分子的结合， 也不影响酶对底物的亲和力，这种抑制作 （2) 用称为非竞争性抑制作用 反竞争性抑制作用： 抑制剂不直接与酶结合酶结合而是和酶与 底物形成的复合物的结合 ，使酶失去催化 活性，称为反竞争性抑制作用
酶具有高催化效率的因素
• 近效应与定向排列
• 共价键催化 底物构想改变学说 酸碱催化
共价催化
• 在催化时，酶以底物以共价键形成一 个反应活性很高的共价中间产物，以 比较的概率转换为过渡态，从而降低 反应的活化能，使化学反应加快。
• 如某些辅酶：焦磷酸硫胺素和磷酸吡 哆醛参与共价键催化作用。
底物构想改变学说