酶的作用机理(课堂PPT)
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酶作用机制ppt课件
蛋白质的磷酸化主要由蛋白激酶催化 磷酸化主要以P-O键或P-N键连接
52
磷酸化 腺苷酰化 尿苷酰化
ADP糖基化
甲基化
53
蛋白质的磷酸化
蛋白质
NTP Pi
NDP 蛋白激酶
蛋白质-Pi
蛋白磷酸酶 H2O
（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu P-O键结合 （2）Lys、Arg、His P-N
如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力 增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同 效应。
44
(4)别构酶的结构特点和性质
已知的别构酶都是寡聚酶，通过次级键结合。 具有活性中心和调节中心，活性中心和调节中
心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 调节物多为小分子 调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 动力学特点：不遵循米氏方程，动力学曲线是
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。
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：
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。
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磷酸化 腺苷酰化 尿苷酰化
ADP糖基化
甲基化
53
蛋白质的磷酸化
蛋白质
NTP Pi
NDP 蛋白激酶
蛋白质-Pi
蛋白磷酸酶 H2O
（1）Thr、Ser、Tyr、Asp、Glu P-O键结合 （2）Lys、Arg、His P-N
如果对相邻亚基的影响是导致其对配体的亲和力 增加，则称为正协同效应；反之，则称为负协同 效应。
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(4)别构酶的结构特点和性质
已知的别构酶都是寡聚酶，通过次级键结合。 具有活性中心和调节中心，活性中心和调节中
心处在不同的亚基上或同一亚基的不同部位上。 调节物多为小分子 调节部位多为代谢途径的第一步或交汇点 动力学特点：不遵循米氏方程，动力学曲线是
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。
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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：
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。
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。
10-1酶的作用机制PPT课件
酶与底物相遇 时，酶分子诱 导底物分子内 敏感键更加敏 感，产生“电 子张力”发生 形变，比较接 近它的过渡态 。
酶催化机制
底物形变效应是底物与酶结合以后，其电子云要发生重排， 产生电子张力，使底物敏感键扭曲变形，敏感键更加敏感， 更易反应。
S
E E
底物敏感键扭曲变形结果： 使敏感键变的更为敏感，有利于断裂。
• 此外，一些辅酶或辅基也可以作为共价催化剂。如：硫胺素 焦磷酸（TPP）和磷酸吡哆醛。
• 共价催化可分为亲电催化和亲核催化。
丝氨酸蛋白酶、含巯基的木瓜蛋白酶、以硫胺素为辅酶的丙酮 酸脱羧酶，羟基、巯基和咪唑基都有亲核催化作用；金属离 子和酪氨酸羟基、－NH过程中，酶与底物形成共价中间复合体的催化方 式。 如：酯酶催化酯的水解。
电介常数有机物为7-10 ，水为80。
酶催化机制
+
—
水环境
+
—
疏水环境
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。
• 共价催化：指酶在催化过程中必须与底物上的某些基团暂时 形成不稳定的共价中间物的一种催化方式。
• 共价催化形成反应活性很高的共价中间物，将一步反应变成 两步或多步反应，绕过较高的能垒，使反应快速进行。例如 ：胰蛋白酶通过丝氨酸侧链羟基形成酰基-酶共价中间物， 降低活化能。
• 许多氨基酸残基的侧链可作为共价催化剂。如：Lys、His、 Cys、Asp、Glu、Ser或Thr。
N + H+
酶催化机制
1. H+或OH- 加速反应；酶分子上的酸性和碱性集团催化 2. 反应速率取决于pH；取决于pH及缓冲液浓度
酶的作用机理ppt课件
应用：“抗体酶”的故事
早在1946年，化学家Pauling就提出酶能够稳定底物形成的“过渡 态”从而完成催化作用。可是这如何证明呢？1960年代，人们掌握 的两种物质之间的特异性作用原理为解决这一问题带来了曙光。已 知将某物质A注射到小鼠体内，在小鼠体内能够提取与物质A特异性 结合的蛋白质A〇。这是因为物质A被小鼠的免疫细胞“学习”从而 产生针对它的蛋白质A〇。1986年，Pollack和他的研究小组在研究羧 酸酯酶（将羧酸酯分解）时，利用物质甲作为抗原注射到小鼠体内， 并分离出免疫细胞，并分离提纯出它分泌的各种蛋白质，他们惊喜 地发现，从蛋白质产物中发现了一种能够催化羧酸酯分解的物质甲 〇，从而将40年前的Pauling假说予以证实。
酶是降低反应活化能的催化剂
1
2
3
4
酶是降低反应活化能的催化剂
（1）第1组实验的目的是什么？
酶是降低反应活化能的催化剂
（2）第2组实验现象有何变化？加热有何作用？
酶是降低反应活化能的催化剂
（3）第3组实验现象有何变化？FeCl3有何作用？
酶是降低反应活化能的催化剂
（4）第4组实验现象有何变化？肝脏研磨液有何作用？
我能通过文字、语言描述出酶通过稳定反应“过渡态” 降低活化能，并通过实例说明酶催化的高效性和专一性。
我能通过文字、语言说出酶通过降低反应活化能从而实 现催化作用，并独立完成实验证实酶具有高效性和专一性。
我能通过学习体验概括出酶是生物化学反应的催化剂， 并通过参与实验认同酶具有高效性和专一性。
水平 水平四 水平三 水平二 水平一
应用：“抗体酶”的故事
阅读故事，思考讨论以下问题： （1）物质甲〇是一种具有催化能力的________，它的化 学本质是________。 （2）题目中物质结合的特异性是指________，这依赖于 它们的________。 （3）根据题意，Pollack实验中所使用的“物质甲”是 ________，说明酶的作用机理是通过结合________，从 而证实了Pauling的假说。 （4）你能够利用以上思路提出同一个治疗可卡因成瘾患 者的新途径吗？
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
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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
最新酶的作用机制教学讲义ppt课件
不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。
20世纪80年代发现某些RNA有催化活性， 还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA 也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受 到很大冲击。
·某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
1982年美国T. Cech等人发现四膜虫的rRNA前 体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发 现RNA有催化活性 。
·有些DNA也有催化活性（脱氧核酶，Deoxyribozyme ）
1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦 具有催化活性。
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区
（即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这部分区 域被赋予了酶的属性。
1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science上 发表论文，报道他们成功地运用单克隆抗体技术制备了具有 酶活性的抗体（catalytic antibody）。
辅酶在酶促反应中的作用特点
• 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。 • 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催
某一类型的反应。 • 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成
不同的全酶。 • 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类
• 键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解， 对于酯两端的基团没有严格的要求。
3．反应条件温和
• 酶促反应一般在常温、常压、中性pH 条件下进行。
20世纪80年代发现某些RNA有催化活性， 还有一些抗体也有催化活性，甚至有些DNA 也有催化活性，使酶是蛋白质的传统概念受 到很大冲击。
·某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
1982年美国T. Cech等人发现四膜虫的rRNA前 体能在完全没有蛋白质的情况下进行自我加工，发 现RNA有催化活性 。
·有些DNA也有催化活性（脱氧核酶，Deoxyribozyme ）
1995年Cuenoud等发现有些DNA分子亦 具有催化活性。
酶及生物催化剂概念的发展
克隆酶、遗传修饰酶 蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 （Biocatalyst）
核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme 模拟生物催化剂
抗体：与抗原特异结合的免疫球蛋白。 抗体酶：指具有催化功能的抗体分子，在抗体分子的可变区
（即肽链的N端）是识别抗原的活性区域，这部分区 域被赋予了酶的属性。
1986年美国Schultz和Lerner两个实验室同时在Science上 发表论文，报道他们成功地运用单克隆抗体技术制备了具有 酶活性的抗体（catalytic antibody）。
辅酶在酶促反应中的作用特点
• 辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。 • 每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催
某一类型的反应。 • 同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成
不同的全酶。 • 一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类
• 键(Bond)专一性。如酯酶催化酯的水解， 对于酯两端的基团没有严格的要求。
3．反应条件温和
• 酶促反应一般在常温、常压、中性pH 条件下进行。
《酶作用机制》PPT课件
医学PPT
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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
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
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2、底物的形变与诱导契合
医学PPT
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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。
医学PPT
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医学PPT
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✓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
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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
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
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fit）. 4.酶活性部位位于酶分子表面的一个裂隙(crevice） 内.裂隙内是一个相当疏水的环境，从而有利于同底物的 结合。 5.底物靠许多弱的键力与酶结合。
8
（三）判断和确定酶活性中心的主要方法
酶的专一性研究：研究酶的专一性底物的结构特 点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。
酶分子侧链基团的化学修饰法： 例如1.用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持酶活 力的必需基团； 2.亲和标记（合成底物类似物）
1
必需残基:酶分子中有些基团若经化学修饰（氧化、还 原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活性丧失，这些基 团称为必需残基。
非必需残基：有的酶温和水解掉几个AA残基，仍能表 现活性，这些基团即非必需残基。
结合基团—与S结合的部位（结合中心）
接触残基
Active center
（由必需残 基组成）
催化基团—催化S发生反应的部位（催化中心） 辅助残基－促进结合基团与底物结合，促进催化 基团对底物的催
与必需基团His57结合14
判断抑制剂是否与酶的活性中心必需基团结合 的标准：
1.反应速度的降低与[I]正比关系，即失活程度与修饰程 度之间成化学计量学关系（Stoichiometric relationship）。
100% V
50%
0
0.5
1.0
Degree of modification(Side chains per active ce1n5ter)
1.0
16
5.4.2 酶作用专一性的机制
1.锁钥学说（1894年Emil Fischer）—lock and key或模 板学说（template）：认为整个酶分子的天然构象是具有刚
性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥 匙对一把锁一样。
17
2.诱导契合学说（1958年 D.Koshland)_induced fit：
5.4 酶的作用机理
5.4.1 酶的活性中心(Active center)
（一）基本概念：酶的活性中心是指结合底物和将底 物转化为产物的区域，通常是相隔很远的氨基酸残 基形成的三维实体。酶的活性中心包括两个功能部 位：结合部位和催化部位。 1．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。此部位决定酶的专一性。 2．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。此部位决定酶所催化反应的性质。
CH2 O
SH H2N CH C OH
CH2
N NH
OH
SH N
N H
6
常见酶活性中心的基团
O
酸碱性基团： 门冬氨酸和谷 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。
H2N CH C OH O
CH2 H2N CH C OH
CH2
CH2
CO
CO
OH
O OH
某些酶活性部位的AA残基
酶
AAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基数
RNase
124
Lysozyme（溶菌酶）
129
Chymotrypsin（胰凝乳蛋白酶 ） 241
Pepsin （人胃蛋白酶）
348
Papain （木瓜蛋白酶）
212
Carboxypeptidase A （羧肽酶A） 307
活性部位的AA残基 His12, His119, Lys41 Asp52, Glu35
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形 状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利
于底物的结合。
概括其要点：四个方面 A. 酶有其原来的形状，不一定一开始就是底物的模板 B. 底物能诱导酶蛋白的形状发生一定变化（专一性结合） C. 当酶的形状发生变化后，就使得其中的催化基团形成 正确的排列。 D. 在酶反应过程中，酶活性中心构象的变化是可逆的。 即酶与底物结合时，产生一种诱导构象，反应结束时， 产物从酶表面脱落，酶又恢复其原来的构象。
His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+
5
常见酶活性中心的基团
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。
O
H2N CH C OH
CH2
OH O
H2N CH C OH
O
H2N CH C OH H2N CH C OH
CH2 CH2
CH2
CH2
CH2
NH 2 OH
COOH
NH 2 OH
7
2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结 构。活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表 现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的工作）
3.酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而 是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶分子、有时是 两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，此时催化 基团的位置正好处在所催化底物键的断裂和即将生成键的 适当位置，这个动态辨认过程称为诱导契合（induced-
X-射线晶体衍射法： 定点诱变法
9
▪ 用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持 酶活力的必需基团
DFP
二异丙基氟磷酸
的 作 用
Inactive enzyme
10
11
Trypsin(胰蛋白酶)的底物和专一性抑制剂
底物：N-对甲苯磺酰 －L－赖氨酰甲基酯
(TPE)
专一性抑制剂：N-对甲苯磺酰 －L－赖氨酰氯甲基酮
化作用
结构残基－稳定酶的构象和对酶的活性间接起作用
活性中心外的残基
非贡献残基－对酶的稳定和其它方面起作用，由非必需残 基组成
2
Cleft，crevice or cavities (裂 缝、凹穴、裂沟)为疏水的微 环境
底物
产物
3
4
（二）酶活性中心的结构特点
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往往只占整个酶分 子体积的1%-2%。
(TPCK)
12
牛胰蛋白酶
用DFP修饰得知Ser195,用TPCK得知His189,用X-光衍射 等方法得知Asp102这些必需基团。
13
Chymotrypsin(胰凝乳蛋白酶)的底物和专一性抑制剂
底物：N-对甲苯磺酰 －L－苯丙氨酰乙基酯
专一性抑制剂：N-对甲苯磺酰 －L－苯丙氨酰氯甲基酮
(TPCK）
2. 底物、竞争性抑制剂具有保护作用(Protection effect)， 即在修饰过程中，加入竞争性I或S,则E的失活减慢。
100%
V
50%
0
0.5
Time
With substrate or competitive inhibitoer
No substrate or competitive inhibitoer
8
（三）判断和确定酶活性中心的主要方法
酶的专一性研究：研究酶的专一性底物的结构特 点、酶的竞争性抑制剂结构特点等。
酶分子侧链基团的化学修饰法： 例如1.用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持酶活 力的必需基团； 2.亲和标记（合成底物类似物）
1
必需残基:酶分子中有些基团若经化学修饰（氧化、还 原、酰化、烷化）使其改变，则酶的活性丧失，这些基 团称为必需残基。
非必需残基：有的酶温和水解掉几个AA残基，仍能表 现活性，这些基团即非必需残基。
结合基团—与S结合的部位（结合中心）
接触残基
Active center
（由必需残 基组成）
催化基团—催化S发生反应的部位（催化中心） 辅助残基－促进结合基团与底物结合，促进催化 基团对底物的催
与必需基团His57结合14
判断抑制剂是否与酶的活性中心必需基团结合 的标准：
1.反应速度的降低与[I]正比关系，即失活程度与修饰程 度之间成化学计量学关系（Stoichiometric relationship）。
100% V
50%
0
0.5
1.0
Degree of modification(Side chains per active ce1n5ter)
1.0
16
5.4.2 酶作用专一性的机制
1.锁钥学说（1894年Emil Fischer）—lock and key或模 板学说（template）：认为整个酶分子的天然构象是具有刚
性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥 匙对一把锁一样。
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2.诱导契合学说（1958年 D.Koshland)_induced fit：
5.4 酶的作用机理
5.4.1 酶的活性中心(Active center)
（一）基本概念：酶的活性中心是指结合底物和将底 物转化为产物的区域，通常是相隔很远的氨基酸残 基形成的三维实体。酶的活性中心包括两个功能部 位：结合部位和催化部位。 1．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。此部位决定酶的专一性。 2．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。此部位决定酶所催化反应的性质。
CH2 O
SH H2N CH C OH
CH2
N NH
OH
SH N
N H
6
常见酶活性中心的基团
O
酸碱性基团： 门冬氨酸和谷 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。
H2N CH C OH O
CH2 H2N CH C OH
CH2
CH2
CO
CO
OH
O OH
某些酶活性部位的AA残基
酶
AAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基数
RNase
124
Lysozyme（溶菌酶）
129
Chymotrypsin（胰凝乳蛋白酶 ） 241
Pepsin （人胃蛋白酶）
348
Papain （木瓜蛋白酶）
212
Carboxypeptidase A （羧肽酶A） 307
活性部位的AA残基 His12, His119, Lys41 Asp52, Glu35
该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形 状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状,从而有利
于底物的结合。
概括其要点：四个方面 A. 酶有其原来的形状，不一定一开始就是底物的模板 B. 底物能诱导酶蛋白的形状发生一定变化（专一性结合） C. 当酶的形状发生变化后，就使得其中的催化基团形成 正确的排列。 D. 在酶反应过程中，酶活性中心构象的变化是可逆的。 即酶与底物结合时，产生一种诱导构象，反应结束时， 产物从酶表面脱落，酶又恢复其原来的构象。
His57, Asp102, Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+
5
常见酶活性中心的基团
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。
O
H2N CH C OH
CH2
OH O
H2N CH C OH
O
H2N CH C OH H2N CH C OH
CH2 CH2
CH2
CH2
CH2
NH 2 OH
COOH
NH 2 OH
7
2.酶的活性部位是一个三维实体，具有三维空间结 构。活性中心的空间构象不是刚性的，在与底物接触时表 现出一定的柔性和运动性。（邹承鲁研究酶变性的工作）
3.酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补的，而 是在酶和底物的结合过程中，底物分子或酶分子、有时是 两者的构象同时发生了一定的变化后才互补的，此时催化 基团的位置正好处在所催化底物键的断裂和即将生成键的 适当位置，这个动态辨认过程称为诱导契合（induced-
X-射线晶体衍射法： 定点诱变法
9
▪ 用共价修饰的试剂作用于酶，查明保持 酶活力的必需基团
DFP
二异丙基氟磷酸
的 作 用
Inactive enzyme
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Trypsin(胰蛋白酶)的底物和专一性抑制剂
底物：N-对甲苯磺酰 －L－赖氨酰甲基酯
(TPE)
专一性抑制剂：N-对甲苯磺酰 －L－赖氨酰氯甲基酮
化作用
结构残基－稳定酶的构象和对酶的活性间接起作用
活性中心外的残基
非贡献残基－对酶的稳定和其它方面起作用，由非必需残 基组成
2
Cleft，crevice or cavities (裂 缝、凹穴、裂沟)为疏水的微 环境
底物
产物
3
4
（二）酶活性中心的结构特点
1.活性中心只占酶分子总体积的很小一部分，往往只占整个酶分 子体积的1%-2%。
(TPCK)
12
牛胰蛋白酶
用DFP修饰得知Ser195,用TPCK得知His189,用X-光衍射 等方法得知Asp102这些必需基团。
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Chymotrypsin(胰凝乳蛋白酶)的底物和专一性抑制剂
底物：N-对甲苯磺酰 －L－苯丙氨酰乙基酯
专一性抑制剂：N-对甲苯磺酰 －L－苯丙氨酰氯甲基酮
(TPCK）
2. 底物、竞争性抑制剂具有保护作用(Protection effect)， 即在修饰过程中，加入竞争性I或S,则E的失活减慢。
100%
V
50%
0
0.5
Time
With substrate or competitive inhibitoer
No substrate or competitive inhibitoer