酶促反应的机制专题培训课件

邻近效应与定向效应对反应速度的影响：
①使底物浓度在活性中心附近很高 ②酶对底物分子的电子轨道具有导向作用 ③酶使分子间反应转变成分子内反应 ④邻近效应和定向效应对底物起固定作用
普通化学反应—随机碰撞（受浓度、碰撞角度影响）相当 于——社会上的自由恋爱；
酶的活性中心—相当于“婚姻介绍所”；
四.酶催化机理实例—胰凝乳蛋白酶
A.酶与底物结合，形成米氏复合物（ES）
B.形成四联体过度态中间物
E.形成包括水分子的四联体过度中间物
F.羰基产物形成，酶游离
第四节、酶促反应动力学
本节需要解决的问题
底物浓度与酶促反应速度的影响 酶浓度对酶促反应速度的影响 pH对酶促反应速度的影响 温度对酶促反应速度的影响 抑制剂对酶促反应速度的影响 激活剂对酶促反应速度的影响
5.张力效应 （strain effect）

酶-底复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子
也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭
曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，
有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。
诱导底物变形，扭曲，促进了化学键的断裂。
酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子 云密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。
产团 物， ，通 使过
－OH的亲核催化(胰蛋白酶)
某些通过共价催化机制进行的酶反应
酶
3-磷酸甘油醛脱氢酶 D-氨基酸氧化酶
乙酰CoA酰基转移酶 Gly咪基转移酶 蔗糖磷酸化酶 转醛醇酶 胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 碱性磷酸酯 ATP-柠檬酸解酶
果糖二磷酸醛缩酶 磷酸葡萄糖变位酶 琥珀酰CoA合成酶
共价中间络合物
酰基-酶 Schiff-碱 酰基-酶 咪基-酶 葡糖基-酶 Schiff-酶 酰基-酶 酰基-酶 磷酰基-酶 磷酰基-酶 Schiff-碱 磷酰基-酶 磷酰基-酶
参与共价中间络合物 形成的氨基酸残基
Cys Lys Cys His Cys Lys Ser Ser Ser Glu Lys Ser His
酶促反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及 影响反应速度的各种因素。
结合区可避免水分子干扰
+ -
在避开水分子的干扰下，分子间的离子键才容易产生。
疏水性口袋
疏水口袋
OH 肽链
Zn2+
C H2 HC C HN
H2N
O
C
O- + NH2
A rg 145
OC H
+H O
O
C H2
H _
N
H
O
O
C
T y r248
G lu 270
底物
Slide 17
A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com
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。
3.共价催化 （covalent catalysis）
反与 应底 活物酶 化形作 能成为 降过亲 低渡核 ，性基 加的团 速共或 反价亲 应过电 。渡基
底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又 使底物分子的敏感键产生“张力”甚至“形变” ，从而促 使酶－底物中间产物进入过渡态。
-
+
稳定的底物
+
-
通过电荷等相互作用，底物张
力变形激活形成过渡态
-
+
+
-
羧肽酶催化中的电子云形变化
＋
注 意
定向 Leabharlann Baidu性专一性契
合区
靠近
C端确认区
H2+N＝C 精氨酸
邻近效应提高了酶的活性（“婚介”）中心底物的浓度（ —非婚男女集中）；
定向排列缩短了底物与催化基团间（“男女”）的距离；
提高反应速度（成功率）108倍。
2.酸--碱催化(acid-base catalysis）
酸--碱催化：酶分子的一些功能基团，如His，Asp作为质 子的受体或供体，通过瞬时向底物提供质子或从底物接受 质子以稳定过渡态。 酶活性中心广义酸碱基团
综上所述： 酶与底物结合时，由于酶的变形（诱导契合）
或底物变形使二者相互适合，并依靠离子键、氢键、 范德华力的作用和水的影响，结合成中间产物，在 酶分子的非极性区域内，由于酶与底物的邻近、定 向，使二者可以通过亲核/亲电催化、一般酸/碱催 化或金属离子催化方式进行多元催化，从而大大降 低反应所需的活化能，使酶促反应迅速进行。如凝 乳蛋白酶：Ser-195亲核催化， His-57碱催化等。
6. 金属离子的催化作用
7.多元催化 (multielement catalysis)
+
+/- -/+
-
接受质子：碱
提供质子：酸
酶活性中心的某些基团可作为质子的供 体或受体，从而对底物进行酸碱催化
如组氨酸的咪唑基, 解离常数为6.0，在 生理pH下酸碱形式均可存在，很活跃
酸碱催化可参与多种反应，如多肽的水 解、酯类的水解、磷酸基的转移
4.酶活性中心低介电性
又表面效应(surface effect)。酶活性中心的疏水区域对水分 子的排除、排斥，在非极性环境中可显著增高两个带电基团 之间的静电作用，有利于同底物的结合；同时，酶的催化基 团被低介电环境所包围，底物分子的敏感键和酶的催化基团 之间就会有很大的反应力，有利于酶加速反应的。
广义酸基团（质子供体） 广义碱基团 （质子受体）pK
COOH
N
H
+
3
NH NH2+ NH2
SH
..C O O .. N H 2
NH NH
NH 2 S
3.96(Asp),4.32(Glu ) 10.80 12.48 8.33
OH
O
10.11
HN
NH +
HN
N
6.00
碱催化
酸催化
＋
影响酸碱催化反应速度的两个因素
酶促反应的机制
1、趋近与定向效应
(proximity and orientation effect)
邻近效应(proximity effect) ：由于酶和底物分子之 间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋 势，使底物在酶活性中心的有效浓度增加的效应。
定向作用(orientation arrange) ：当底物向酶活性中 心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶的催 化基团与底物的反应基团之间的正确定向，酶促反 应易于进行。