酶的作用機理

1、第三酶的用機理酶是一種高效催化劑，與一般催化劑比較，可使反應的活化能降低得 更多，因此，同樣初態(tài)的分子所需要的活化能就更低，活化分子數(shù)也就更 多，反應更容易進行。一酶活中1活性中的概念酶是生物大分子，酶作為蛋白質，其分子體積比底物分子體積要大得 多。在反應過程中酶與底物接觸結合時，只限于酶分子的少數(shù)基團或較小 的部位。酶分子中直接與底物結合，并催化底物發(fā)生化學反應的部位，稱 為酶的活性中心。2催化部和結合位從功能上看活性中心有兩個功能部位一是與底物結合的結合部位， 決定酶對底物的專一性；二是催化底物發(fā)生鍵的斷裂及新鍵形成的催化部 位，決定酶促反應的類型，即酶的催化性質。3必需基從形體上看活性中

2、心往往是酶分子表面上的一個凹穴從結構上講， 如果是單純蛋白酶，其活性中心通常由酶分子中幾個氨基酸殘基側鏈上的 極性基團組成。構成酶的活性中心的氨基酸有天冬氨酸（ 氨酸 （絲氨酸（氨酸（His胱氨酸（氨酸（Lys） 等它們的側鏈上分別含有羧基、羥基咪唑基巰基、氨基等極性基團。 這些基團若經(jīng)化學修飾，如氧化、還原、?；?、烷化等發(fā)生改變，則酶的 活性喪失這些基團就稱為必需基團對于需要輔因子的結合蛋白酶來說， 輔酶（或輔基）分子或其分子上某一部分結構往往也是活性中心的組成部 分。構成酶活性中心的幾個氨基酸，雖然在一級結構上并不緊密相鄰，可 能相距很遠，甚至可能在不同的肽鏈上，但由于肽鏈的折疊與盤繞使它

3、們 在空間結構上彼此靠近，形成具有一定空間結構的位于酶分子表面的、呈 裂縫狀的小區(qū)域。二酶作機1中間產(chǎn)學說酶催化某一化學反應時，酶總是先與作用物結合，形成不穩(wěn)定的中間 產(chǎn)物，此中間產(chǎn)物極為活潑，很容易轉變分解成反應產(chǎn)物，同時使酶重新 游離出來。以便繼續(xù)起催化作用?，F(xiàn)以 代表酶， 表反應物， 表中間產(chǎn)物， 表反應產(chǎn)物， 按照中間產(chǎn)物學說寫出酶所催化的反應，并與無酶催化的反應加以比較：1 31 3無酶時：S 緩慢)K K有酶時 + K2（快）中間產(chǎn)物學說的關鍵在于中間產(chǎn)物的形成。酶和底物可以通過共價 鍵、離子鍵和配位鍵等而結合成中間產(chǎn)物。根據(jù)中間產(chǎn)物學說，酶促反應 分兩步進行，而每一步反應的能閾較

4、低所需活化能較少如圖酶促反應減少所需的活化能從圖中可以看到當非酶催化反應時 需的活化能為 而酶 的催化下，由 所需的活化能為 b,由 要活化能為 c，b c 均比 a 得多，所以酶促反應比非酶催化反應所需的活化能要小，從而加 快反應的進行。對有兩種底物參加的酶催化反應，該學說可用下式表示： + S + S P +P +E 2中間產(chǎn)物學說已經(jīng)獲得可靠的實驗證據(jù)，中間產(chǎn)物的存在也已得到確 證。2鎖鑰學酶在催化化學反應時要和底物形成中間絡合物。但是酶和底物如何結 合成中間絡合物 又如何完成其催化作用酶對它所作用的底物有著嚴格的選擇性。它只能催化一定結構或一些 結構近似的化合物發(fā)生反應。于是有學者認為

5、酶和底物結合時，底物分子 或底物分子的一部分象鑰匙那樣，專一地楔入到酶的活性中心部位，底物 的結構必須和酶活性中心的結構非常吻合，也就是說底物分子進行化學反 應的部位與酶分子上有催化效能的必需基團間具有緊密互補的關系，這樣 才能緊密結合形成中間絡合物這就是 年由 出的“鎖 鑰學說鎖鑰學說屬于剛性模板學說，可以較好地解釋酶的立體專一性。酶和底物的結合示意圖酶和底物的三點結合決定了酶的立體專一性。鎖鑰學說雖然說明了酶 與底物結合成中間產(chǎn)物的可能性及酶對底物的專一性，但有些問題是這個 學說所不能解釋的，如對于可逆反應，酶常常能夠催化正逆兩個方向的反 應難解釋酶活性中心的結構與底物和產(chǎn)物的結構都非常吻

6、合鎖 鑰學說”把酶的結構看成是固定不變是不切實際的。3誘導契學說近年來，大量的試驗證明，酶和底物在游離狀態(tài)時，其形狀并不精確 的互補。但酶的活性中心不是僵硬的結構，它具有一定的柔性。當?shù)孜锱c 酶相遇時，可誘導酶蛋白的構象發(fā)生相應的變化，使活性中心上有關的各 個基團達到正確的排列和定向，因而使酶和底物契合而結合成中間絡合 物，并引起底物發(fā)生反應。這就是 1958 由 D.E .Koshland 出的“誘導 契合學說后來，對羧肽酶等進行 X-射線衍射研究的結果也有力地支持 了這個學說。應當說誘導是雙向的，既有底物對酶的誘導，又有酶對底物 的誘導。由于酶是大分子，可以轉動的化學鍵多，易變形；而底物多

7、是小 分子物質，可供選擇的構象有限，故底物對酶的誘導是主要的。酶與底物 的結合是包括多種化學鍵參加的反應。酶蛋白分子中的共價鍵、氫鍵、酯 鍵、偶極電荷都能作為酶與底物間的結合力。4、酶原激活某些酶，特別是一些與消化作用有關的酶，在最初合成分泌時，沒有 催化活性。這種沒有活性的酶的前體稱為“酶原酶原在一定條件下經(jīng) 適當?shù)奈镔|作用可轉變成有活性的酶。酶原轉變?yōu)榫哂谢钚缘拿傅淖饔梅Q 為酶原激活或活化作用。酶原激活過程的實質是酶活性部位形成或暴露的過程。實例分析：胰臟蛋白酶剛從胰細胞分泌出來時，是沒有催化活性的胰 蛋白酶原。當它隨胰液進入小腸時，可被腸液中的腸激酶激活。在腸激酶的作用下，水 解下一個六

8、肽，因而促使酶的構象發(fā)生某些變化，使組氨酸、絲氨酸、異 亮氨酸等殘基互相靠近，構成了活性中心，于是無活性的酶原就變成了有 活性的胰蛋白酶。在組織細胞中，某些酶以酶原的形式存在，具有重要的生物學意義。 因為分泌酶原的組織細胞含有蛋白質，而酶原無催化活性，故可保護組織 細胞不被水解破壞。胰蛋白酶原激活示意圖三酶化高機使酶具有催化效率高的因素有以下幾個方面。1鄰近與向效應是指酶受底物誘導發(fā)生構象變化，使底物與酶的活性中心楔合，對于 雙分子反應來說底物能集中在酶活性中心此靠近并有一定的取向。 這樣就大大提高了活性部位上底物的有效濃度，使一個分子間的反應變成 了一個近似于分子內的反應，從而增加了反應速度

9、。2底物分敏感鍵曲變形酶活性中心的結構有一種可適應性，當專一性底物與活性中心結合 時，可以誘導酶分子構象的變化，使反應所需要的酶中的催化基團與結合 基團正確的排列和定位，使催化基團能夠合適地處在被作用的鍵的地方， 這也就是前面提到過的“誘導契合”學說。與此同時，變化的酶分子又使底物分子的敏感鍵產(chǎn)生“張力至“變形促進-底物絡合物進 過渡態(tài)，降低了反應活化能，加速了酶促反應。實際上這是酶與底物誘導 契合的動態(tài)過程。3酸堿催酸堿催化有狹義的和廣義的義的酸堿催化就是 +子或 OH-離子 對化學反應速度表現(xiàn)出的催化作用。酸堿催化在有機化學反應中是比較普 遍的現(xiàn)象。如在酸堿的作用下，蛋白質可能水解為氨基酸

10、，脂肪可以水解為甘油和脂肪酸。由于細胞內的環(huán)境接近中性H+與 OH-離子的濃度都很低因此在生體內進行的酶促反應H+與 OH-離子的直接作用相當微弱。后來把酸定義為質子的供體，堿定義為質子的受體。廣義的酸堿催化是指 組成酶活性中心的極性基團，在底物的變化中起質子的供體或受體的作 用。發(fā)生在細胞內的許多類型的有機反應都是廣義的酸堿催化。具有酸堿 催化特征的酶促反應，酶與底物結合成的中間產(chǎn)物是離子型絡合物。4共價催還有一些酶以共價催化提高催化反應的速度。指酶活性中心處的極性 基團首先以共價鍵與底物結合生成一個活性很高的共價型的中間產(chǎn)物， 很容易向著最終產(chǎn)物的方向變化，反應所需的活化能大大降低，速度明顯 加快。根據(jù)活性中心處極性基團對底物進攻的方式不同，共價催化可分為 親電催化與親核催化兩種。較常見的是活性中心處的親核基團對底物的親 核進攻。親核基團含有未成鍵的電子對，在酶促反應中，向底物上缺少電 子的正碳原子進攻。因親核基團對底物親核進攻而進行的催化作用，稱為 親核催化。活性中心處的親核基團有