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”；
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
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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
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 NHNH 2 S3.96(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。
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。
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
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。
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
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 极性专一性契
合区
靠近
C端确认区
H2+N＝C 精氨酸
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。
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。
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
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