第十章 酶的催化机理

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1、第十章第十章 酶的催化机制酶的催化机制提纲提纲一、酶催化机理研究的主要方法二、过渡态稳定学说三、过渡态稳定的化学机制邻近定向效应广义的酸碱催化静电催化金属催化共价催化底物形变四、几种常见酶的结构与功能蛋白酶1. 溶菌酶酶催化机理研究的主要方法酶催化机理研究的主要方法找出保守性的氨基酸残基三维结构的研究定点突变动力学分析化学修饰计算机模拟过渡态稳定学说过渡态稳定学说J 根据过渡态理论，在任何一个化学反应体系中，反应物需要到达一个特定的高能状态以后才能发生反应。这种不稳定的高能状态被称为过渡态。达到过渡态要求反应物必须含有足够的能量以克服活化能。J 1946年Pauling 提出，酶与过渡态的亲和

2、力要比对基态（底物）的亲和力高得多，酶的催化源于其对过渡态的稳定作用。化学反应的过渡态及化学反应的过渡态及其前后的自由能变化其前后的自由能变化HA-HB + HCHA-HB-HC（过渡态）HB-HC + HA“铁丝酶铁丝酶”催化反应的过渡态稳定机制催化反应的过渡态稳定机制支持过渡态稳定学说的证据支持过渡态稳定学说的证据 根据过渡态的结构设计的过渡态类似物可作为酶的强抑制剂，抑制效果远高于竞争性抑制剂。 利用过渡态类似物作为抗原或半抗原，去免疫动物，由此产生的抗体可能有类似酶的催化作用。脯氨酸消旋酶的过渡态及其过渡态类似物抑制剂脯氨酸消旋酶的过渡态及其过渡态类似物抑制剂免疫动物免疫动物产生抗体产

3、生抗体水解水解抗抗体体酶酶可卡因可卡因催化可卡因水解的抗体酶的制备催化可卡因水解的抗体酶的制备过渡态稳定的化学机制过渡态稳定的化学机制与酶催化相关联的过渡态稳定是酶活性中心结构和反应性以及活性中心与结合底物之间的相互作用的必然结果。酶充分使用一系列的化学机制来实现过渡态的稳定并由此加速反应。它们包括：邻近定向效应广义的酸碱催化静电催化金属催化共价催化底物形变邻近定向效应邻近定向效应 邻近定向效应是指两种或两种以上的底物（特别是双底物）同时结合在酶活性中心上，相互靠近（邻近）（邻近） ，并采取正确的空间取向（定向）（定向） ，这样大大提高了底物的有效浓度，使分子间反应近似分子内反应从而加快了反应

4、速度。 底物与活性中心的结合不仅使底物与酶催化基团或其它底物接触，而且强行“冻结”了底物的某些化学建的平动和转动，促使它们采取正确的方向，有利于键的形成。 广义的酸碱催化广义的酸碱催化 广义的酸碱催化是指水分子以外的分子作为质子供体或受体参与催化，这种机制参与绝大多数酶的催化。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。如果一个侧链基团的pKa值接近7，那么该侧链基团就可能是最有效的广义的酸碱催化剂。His残基的咪唑基就是这样的基团，因此它作为很多酶的催化残基。广义的碱催化广义的碱催化广义的酸催化广义的酸催化广义的酸

5、、碱催化广义的酸、碱催化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和缓冲溶液浓度对特定酸碱催化和广义酸碱催化的影响溶菌酶溶菌酶Glu35的广义酸催化的广义酸催化核糖核酸酶核糖核酸酶A A的广义酸碱催化的广义酸碱催化静电催化静电催化 活性中心电荷的分布可用来稳定酶促反应的过渡态，酶使用自身带电基团去中和一个反应过渡态形成时产生的相反电荷而进行的催化称为静电催化。 有时，酶通过与底物的静电作用将底物引入到活性中心。溶菌酶溶菌酶Asp52的静电催化的静电催化Glu35和Asp52分别所起的广义酸催化和静电催化，解释了溶菌酶的活性与pH之间的关系以及它的最适pHpH对溶菌酶活性的影响对溶菌