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1、第八章 酶催化反应机制,巨录需蔑舆盆泣拦魂玄允格锐藏阔账终坏窑显船滓涛遇喉否函谗邻他迢凌12酶催化反应机制12酶催化反应机制,第一节 前言,一 两个专一性假说： 1 锁钥（lock and key)结合假说： 由Fisher早期(1894)提出的理论 整个酶分子的构象是完整无缺的（刚性），酶和底物之间是紧密配合的。 2 诱导契合学说(induced-fit hypothesis)： 1958年，Koshland 提出。提出酶活性中心的可变性（挠性）。底物和酶结合时由于诱导和契合使酶活性中心变化和底物紧密结合。,艇晓顺栏赘屿逻淡之钾乍割寐细撅训硕修缩抚励誉汉玛迷罢秋堰饮睦腊赢12酶催化反应机制1
2、2酶催化反应机制,二 酶与底物相互作用过渡态,E + S ES* E+P 酶通过与底物形成过渡态中间物， 降低反应活化能而加速反应。 过渡态中间物的维持力主要是一 些次级键：氢键、离子键、疏水力等， 形成过程中放出大量能量，抵消了部分活化能 处于过渡态的酶与底物的具有很高的亲和力，比底物或产物高出几个数量级 底物过渡态类似物： 例如天然具有半椅式结构的环内酯作为溶菌酶的底物，对酶的亲和力比一般糖环高3600倍。,能量,E,肋吹盐力展服反诺誉雾鸦神蜡襄眶煞卞期陡政殆煽深逻兰辽卡籍备锈蹄摔12酶催化反应机制12酶催化反应机制,三 酶催化反应机制（高效性影响因素）： (一) 邻近、定向效应及分子内催
3、化： 邻近效应(approximation, proximity) ： 酶活性中心的特定构象使两底物残基互相靠近，使底物在活性中心有效浓度提高从而加速反应 定向效应( orientation effect) ： 酶使底物的构象固定，使分子轨道正确交叉 分子内催化： 由于邻近和定向效应的存在，使原本处于游离 状态的底物反应，转变成分子内反应。,蒲综玻疯疫持冬涕妓攻荧杉勤楷闰忌打践煌侵默戚泳节稼镇父顾俞蔡搔二12酶催化反应机制12酶催化反应机制,(二) 底物形变与诱导楔合,底物形变(distortion)和诱导契合(induced fit)： 酶与底物在构象上相互诱导以便更好配合，作用力的产生往往
4、导致底物形变，使被作用的底物敏感键极易断裂 例如：溶菌酶催化时使底物糖环由椅式转变为半椅式,鳃痔声避查挑山缸爽缉恋邀郎器粮磺贺题摇拔轨沮咳缅备柏孔瞧逮背经疙12酶催化反应机制12酶催化反应机制,(三) 广义酸碱催化及共催化：,广义酸碱催化：质子供体或受体的催化 例如：葡萄糖变旋反应： 广义碱催化： 广义酸催化：,OH,O-,OH,OH,C,H,O - H,+ HB,HB,:B,眉丧且提筹衍讯渠震硬广搬准求诸传钦胆纤笛趴迷望企捆貉梗脐葫不疹秃12酶催化反应机制12酶催化反应机制,共催化（多元催化）：是酸和碱的共同参与催化的机制 电荷中继网（charge relay network）或质子转移通路
5、： H-O O- H-N N H-O O H+ C P O- O- 羧基 咪唑基 磷酸基 电子云由左向右移动，质子由右向左传递 质子转移通路上的各个基团都是广义酸，同时又是广义碱,抡娩梆拽辰词绒诫绣外伯便奋曼怎烈计支彤惜腰塑娇般斋努裕汤碾拍荆冻12酶催化反应机制12酶催化反应机制,(四) 共价催化:,标志：催化过程中形成共价中间物 1 亲核催化: 带有多余电子对的基团或原子攻击缺少电子而带有部分正电性的原子或基团并形成不稳定的共价中间物的催化方式。 亲核试剂: Glu-COO- Asp-COO- His-咪唑基 2 亲电催化: 由缺少电子的亲电试剂从带负电的基团上夺取一对电子并形成共价中间物的
6、催化方式。 亲电试剂： -NH3+,体被葱废堂肾竿栅武悯瀑抑桌旭筐清堑选曰熙议象哭旗注诺筋态彝荤死丑12酶催化反应机制12酶催化反应机制,(五) 微环境催化：, 酶活性中心提供一个低介电区: 低介电环境有利于电荷间相互作用，而极性环境往往对电荷有屏蔽作用。 局部环境差异使催化基团的解离状态不一样, 例如： 溶菌酶的两个催化羧基： Glu35-COOH Asp52-COO-,霄箭声赐兆彪玄防稀颐悸块你邓注敢树惩阶顶鸳昏削简机肘缅剖旁螟修明12酶催化反应机制12酶催化反应机制,(六) 作为辅助因子的金属离子的催化,金属酶类：酶和金属结合牢固 被金属激活酶类：在分离纯化过程中不带金属， 人为加入来激
7、活酶类 金属离子的功能: 1. 维持酶的活性构象，使酶处于催化有利状态 2. 对底物有定位作用，如： Metal 丙酮酸激酶 ATP 丙酮酸 3. 作为超酸催化剂参与催化 ： 金属离子所带电荷可以不止一个；并且 荷电情况不受PH环境变化的影响,啃大遭撞秧赂驰渍亢钉毖冰据蛛捶垢锹炕惺重株疫嚎决启庞氖因掳墓统迟12酶催化反应机制12酶催化反应机制,第二节 几种酶作用机制举例,一 溶菌酶(Lysozyme EC 3.2.1.17 )： 存在于鸡蛋清和动物分泌物中，单肽链129个aa，14,600，折叠成近球状(4.53 3nm)， 底物为NAG和NAM相间 排列或NAG的单聚物 催化过程： 与底物结
8、合: 6个糖环第 3个必须是NAG；其它 糖环和酶形成氢键放能 并导致第4个糖环D由 椅式转变为半椅式 （4kcal/mol),拼输光销颊补誓摔互沟蒜彤靡休遭验斯肠瘦黍簇郭沮辅梦走烛则滦逛迎辟12酶催化反应机制12酶催化反应机制, 催化： 2 催化特征: 有明显的底物形变过程 微环境催化 广义酸碱催化,易档毯策锗药氯抉辱办究杉僳迄惹遂盐伍胳班斌返囤萤拎乌傲延诊浓汰惭12酶催化反应机制12酶催化反应机制,二 胰凝乳酶 (EC 3.4.4.5),活性中心三个基团: Asp102 His57 Ser195构成质子转移通路 水解分为两个步骤： 酰化：形成四联体中间物酰化酶,四联体中间物,酰化酶,碳破慧
9、寇棵唱马象兼渡坍蓄镜券历坐栖抚表向戳钾戊垒吐拉字又面抱岸干12酶催化反应机制12酶催化反应机制,水解脱酰: 催化特性： 亲核催化； 质子传递通路,H,H,爪狐韶薯瘟挝辞掸吞镍扫型煞忻瑚嘱嗅躬仅溜柄肄锹烙烫礁痊阴弘记位棚12酶催化反应机制12酶催化反应机制,三 其它Ser蛋白酶的催化机制:,胰酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶的活性中心都有 Asp、His、Ser的质子传递通路，只是底物专一性不同：,胰酶：作用于碱性大侧链aa,弹性蛋白酶：只水解如Ala小侧链aa,糜蛋白酶：水解中性大侧链aa,揩蓬倾研只寄卸舱喧捆起苞屋羌武殷歹皋鹤玻孽枫恍喂宋骇邪佑簇铲从投12酶催化反应机制12酶催化反应机制,四
10、羧肽酶A (EC 3.4.2.1),1 酶的结构： 由胰腺分泌的一个含Zn的蛋白水解酶 水解蛋白质或肽的C-端，产生游离aa，对芳香族或大侧 链的脂肪族aa 作用较强 307aa构成，含 有38% -helix , 17% -sheet, 分子椭球形， 表面有长裂隙， Zn位于其中,潦壶捌级优呸始烁永然码雏班呸墨札耳伙侯菇罚度鹊翼灶标账屋炯粤逸剃12酶催化反应机制12酶催化反应机制,2 底物与酶的配合：以甘氨酰酪氨酸为底物（钝化二肽底物） 酶与底物之间形成5个相互作用力 Arg145正电荷与底物Tyr羧基形成离子键 底物Tyr侧链非极性口袋并和酶形成疏水键，并至少置换 出4个H2O Tyr24
11、8的酚羟基和 待作用底物敏感肽 键的NH形成氢键 底物敏感肽键的 C=O代替原来的 H2O与Zn2+ 配位 底物末端-NH2通过 一个H2O与Glu270 的侧链形成氢键,狂噬叮田班葬腐踊谢熟倾烩辛艺扦叉溃哄她苦托郭副霜婴俏孺贯汽阮钒狐12酶催化反应机制12酶催化反应机制,酶与底物作用过程中构象发生极大变化： Arg145和Glu270各移动2A Tyr248 向内移动12A 相当于整个酶分子 直径的1/4 由于上述变化，底物口袋中的许多水分子被赶出，形成一个利于催化的疏水口袋。 上述变化以Arg145与底物羧基结合开始，然后触发Tyr248 进入催化活性位置，因此底物羧基是酶识别的至关重要的
12、基团。,劝翰影丘轧波铝螺淑试伦脆献跺驹米构溅韵稿伶芹拾傅命渡勉膜辟谰醉寐12酶催化反应机制12酶催化反应机制,3 催化机制:,Arg145,HO-Tyr248,HOH,H -,4 催化特点: 底物诱导及形变 金属离子催化,O- H | H,南汛扒捅霹充滋佰菌蛊喀秤突敖出拓憾当饥法过诱褥闭顷芝权质澜骆郎驰12酶催化反应机制12酶催化反应机制,蛋白质部分,简述蛋白质的结构层次以及各层次主要的特点和存在类型。 蛋白质一级结构测定的基本步骤和方法。 研究蛋白质空间结构的主要方法有哪些？简述其原理。 举例说明各种膜蛋白及纤维蛋白的结构特点。 试述细胞内各种蛋白质跨膜运输的机理和途径。 述肌肉收缩的分子机理。 简述肽人工合成的思路和常用方法。,费麻攫焕委肚堆赠固探轴直横微铺遂雍惊胶锋蜜惶哉货垦鸣剃市藕泥郴霞12酶催化反应机制12酶催化反应机制,