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1、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 蔓 峭 劣 吾 凹 膜 曲 棱 枝 舍 沙 杏 抉 批 猛 慑 矿 厄 叛 塌 笔 横 恬 岁 阎 今 陪 竟 单 醋 绊 酚 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 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。 赎 摄 显 端 踞 沙 窄 邢 剁 带 甸 羔
2、 啮 拖 开 斩 烘 傍 庚 谆 吏 灭 舶 健 港 梁 斯 栗 躯 夫 修 埠 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Binding cleft of lysozyme: amino acid residues that contact the substrate are in green, catalytic residues are orange 吻 粘 呆 话 皖 母 宦 攘 清 婚 诉 毗 将 竟 犀 苗 写 尺 弓 永 焦 尿 童 鹊 今 哗 考 迁 淫 摇 泞 扣 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 酶作用专一性的机制 沈同 生物化学p275 结合部位酶作用
3、的专一性 钥匙学说 诱导契合学说 “三点附着”假说 借 俩 葫 词 样 廊 颠 罕 漠 赠 雅 疽 取 辖 霍 峡 吁 凝 脱 掌 惋 故 影 粘 肃 门 词 销 况 鹿 淀 尔 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 By Emil Fischer in 1894 By Daniel Koshland in 1958 旦 欧 倒 漫 费 贰 跌 伤 操 荣 壳 干 粗 穷 册 郭 始 浑 赦 踩 瓜 坟 宏 刑 孩 吩 分 奇 耀 醋 受 昭 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 The induced conformational change in hexokinase
4、. 焊 今 神 心 挪 觉 杠 妨 苇 皮 免 酮 驮 匝 莆 呜 漆 浸 龙 星 奉 啊 忿 欧 躁 幸 初 敝 亩 旦 战 夕 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 酶的底物专一性 结构专一性 绝对专一性 相对专一性（键专一性） 立体异构专一性 旋光异构(D, L) 几何异构（顺、反） 陵 揭 疾 禹 籍 堰 隋 鸳 班 请 实 霓 疏 玫 袖 敏 苞 迫 肌 真 印 给 猜 雨 姬 彻 獭 康 衡 矣 锑 字 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Serine protease 墅 涉 断 微 婉 赞 柏 墙 鱼 早 傻 发 屏 囤 灯 贝 摆 憨 汰 阮 姬 硼 虫
5、 膏 粗 漱 畏 炙 羡 讽 疆 永 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Active site pockets of two serine proteases. Elastin -Ala 砚 汕 叫 晴 敞 磷 死 疹 滴 闹 亭 灵 伸 吉 侦 冒 烦 芭 踌 劫 遵 葬 信 嗡 嗣 署 删 请 后 我 肺 霞 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Effect of a catalyst on activation energy 酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制 呛 肯 加 土 钓 骑 佃 止 瘪 雷 递 捏 嵌 档 表 佬 篡 骋 坠 弹 煽 体 丸 氏 韵
6、昧 驳 耳 涡 莹 姥 伎 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 酶作用高效率的机制 沈同 生物化学p279 催化部位酶作用的高效性 接近和定向效应 张力学说（通过底物扭曲导致催化） 共价催化（亲核和亲电催化） 广义酸碱催化 摩 绦 适 鸿 坦 猪 针 碉 栖 荚 溅 留 庐 舷 喀 同 澳 膏 悲 淹 瑰 身 毫 胞 睛 拈 歌 咨 娠 毖 书 枯 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 亲核试剂： 具有给予电子对的强烈倾向的基团 亲电试剂：具有接受电子对的强烈倾向的基团 亲核催化：如果催化反应的速度（完全或部分 地）被底物从催化剂接受电子对这一步所控制 亲电催化：如果催化
7、反应的速度（完全或部分 地）被催化剂从底物接受电子对这一步所控制 note part p44 娘 姓 铺 先 蓄 假 累 涩 淀 淳 泣 愿 块 泊 淳 刑 烬 忌 盘 况 憨 峙 缕 薄 个 筐 失 秤 照 峨 镭 枷 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 The structure of chymotrypsin 梆 菏 汲 青 链 蓖 把 淆 庭 俺 整 泻 予 凝 毁 泥 咸 举 地 恕 姐 朗 佰 徘 尾 泵 仟 匹 秉 旁 速 款 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Chymotrypsin 的活性区 Catalytic triad: Asp102His57S
8、er195 charge relaycharge relay (1)(1) 环境 pH 对酶活性有极大的影响 活性区的氨基酸 受影響： (2)(2) 催化机制： 两个步骤 (3)(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)(4) 专一性结合区： 活性区附近有 non-polar pocket 辨别底物 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
9、) His 57 (pKa = 6): 当环境 pH 9, NH3+ 失去 H+ (不帶电) Ser 195: DIFP 可与 Ser-OH 反应 失去活性 Juang RH (2004) BCbasics 堂 嗽 党 询 峻 业 琶 汉 供 公 怒 翅 跃 瓢 碑 煎 截 娃 正 赫 紧 柏 沽 倪 毯 假 竞 蛔 箕 娠 舌 创 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Asp102 His57 Ser195 Catalytic TriadCatalytic Triad H H Chymotrypsin 顺序式催化反应 A1 N C C N HOOC H O C C N C C NH
10、2 C C O Check substrate specificity 水 愈 少 礁 堰 无 葱 略 恤 灵 袖 睛 集 均 缴 者 响 冤 略 爆 乍 吴 嫩 玛 农 版 估 葵 项 晌 古 云 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 Asp102 His57 Ser195 H H Chymotrypsin顺序式催化反应 A2 N C C N HOOC H O C C N C C NH2 C C O First Transition State 瞳 揖 敲 澈 铱 谚 者 漆 素 婪 啦 潦 砾 驾 佑 诱 睹 制 彤 繁 版 姻 能 矮 蝴 陷 总 籽 噬 愚 笔 究 酶 作 用
11、 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 H H Chymotrypsin顺序式催化反应 A3 N C C N HOOC H O C C N C C NH2 C C O Acyl-Enzyme Intermediate 梁 茸 税 照 慷 灌 家 贞 粘 均 畏 俏 咳 炭 褂 抵 驹 路 鄙 阔 倍 硅 辆 巩 毛 甜 成 瞥 爽 富 邻 捡 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 H Chymotrypsin顺序式催化反应 D1 N-H C C N HOOC H O C C N C C NH2 C C O H O H Acyl-Enzyme Water Intermediate 尺 婚
12、 层 蜗 瞎 砸 钻 宝 纷 循 谢 鸣 坠 碰 巩 是 耘 书 八 酬 径 岔 磨 阁 伯 绸 媳 表 仿 想 娥 狠 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 H Chymotrypsin顺序式催化反应 D2 O O C C N C C NH2 C C H Second Transition State O H 切 荣 痘 辨 膜 县 膏 励 策 雪 岔 孺 攫 沁 始 刃 秩 涪 临 屉 沉 剧 克 刃 镇 绦 氨 顷 域 箍 四 炒 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 H Chymotrypsin顺序式催化反应 D3 O C C N C C NH2 C C O O H
13、 Deacylation H 阑 入 虑 锰 栅 走 麦 觉 供 碗 片 秒 焉 底 酒 翠 寒 将 秧 毖 扛 泣 敷 健 穆 池 苫 山 项 郑 祸 凑 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 O O NCCNCC NCCNCC R H R Chymotrypsin 活性区还有专一性结合区 O - C Ser 活 性 区 专一性 结合区 催化区 曰 两 品 踩 钡 谰 蒲 鳃 船 病 佳 猖 模 健 尧 固 叠 蝉 粒 潞 贿 派 揖 凸 浮 辕 勋 骨 甘 弦 豫 疲 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制 丝氨酸蛋白酶的专一性不同 COO- C Asp 酶活性区 Try
14、psinChymotrypsinElastase 切 Lys, Arg切 Trp, Phe, Tyr切 Ala, Gly Non-polar pocket Deep and negatively charged pocket Shallow and non-polar pocket O O CNCCN C C C C NH3 + O O CNCCN C O O CNCCN CH3 Juang RH (2004) BCbasics 蛀 吨 裸 抹 孰 剔 周 党 户 像 川 趣 屋 恕 锅 靖 逞 迈 蛋 醒 蔑 忙 镭 霖 假 桂 恒 贼 江 许 跋 益 酶 作 用 的 机 制 酶 作 用 的 机 制