第 10 章酶的作用机制和酶的调节

Enzyme 第10章酶的作用机制和酶的调节

一、酶的活性部位 ( active site ） 活性中心（active center) ——与酶活力直接相关的区域局限在酶分子的特定部位

结合中心：与S结合 决定酶促反应的专一性催化中心：促进S发生化学变化决定酶促反应的性质活性中心

（一）必需基团 ——与酶的催化活性直接相关的化学基团常见：His咪唑基、Ser-OH、 Gluγ-COOH、Cys-SH、Asp-OH 位于活性中心必需基团活性中心以外，稳定分子构象非必需基团

底物 活性中心以外的必需基团催化基团结合基团活性中心

（二）酶活性部位的特点 1、几个残基+辅助因子（单纯/结合） 2、在空间构象上集中到一起（单体/寡聚） 3、疏水空穴 4、通过次级键与底物结合 5、与底物诱导契合 6、活性中心构象具有柔韧性和可塑性

二、研究酶活性部位的方法 1.酶分子侧链基团的化学修饰法化合物活性部位AA残基侧链基团 ↓ 共价结合水解酶，确定一级结构位置

（1）非特异性共价修饰 ——推测某基团是否在活性中心某基团被修饰后：酶活力改变：为必需基团

（2）特异性共价修饰 ——试剂专一修饰活性部位某AA，使酶失活。如：二异丙基氟磷酸（DFP)专一修饰E Ser-OH 仅修饰活性中心Ser-OH

(3)亲和标记法 • ——与S结构相似的共价修饰剂 • 能被专一地引入活性部位，接近S结合位点 • 其活泼的化学基团可与活性部位某一基团 • 形成稳定的共价键

对甲苯磺酰－L－苯丙氨酸乙酯 (TPE) 胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶对甲苯磺酰－L－苯丙氨酰氯甲基酮（TPCK）

2.动力学参数测定法 活性部位AA残基解离状态和酶活性直接相关通过动力学方法求有关参数，对酶活性部位化学性质作出判断。 3.X射线晶体结构分析法

4.定点诱变法 利用定点诱变技术，改变编码蛋白基因中的DNA顺序，改变其中某AA后，测定酶活性的变化。

三、酶催化高效性的机制 • 诱导契合机制酶与底物靠近定向酶与底物相互诱导变形契合成中间产物产物脱离酶催化的本质：降低反应的活化能。

过渡态 非催化反应活化能能量改变一般催化剂反应活化能酶促反应活化能初态反应总能量变化终态活化过程酶促反应降低活化能

（一）底物和酶的邻近效应和定向效应 定向靠近静电吸引疏水作用底物酶

（二）底物的形变和诱导契合 诱导互补性结构变化契合能否契合— 专一性的由来

产物脱离 酶复原－催化剂

羧肽酶 A

羧肽酶催化中的电子云形变 ＋

靠近注意 C端确认区电子云形变 C＋=O－定向极性专一性契合区＋ H2+N＝C 精氨酸

H2O A- : H+ A- : B+ EH E- EH + OH- + H+ （三）酸碱催化酶活性中心提供H+/H+受体使敏感键断裂的机制。酸催化(－OH、－NH3+、＝NH+、-COOH、－SH) AH + B+ 碱催化(失电子态) + E-COO- A- + E-COOH E-COO- + H+

酸催化 碱催化＋

使肽键失稳 稳定活性中心吸附羧氧原子

（四）共价催化 ——酶活性中心亲电/亲核基团参与S敏感键断裂的机制。亲电基团——带正电荷性质的基团亲核基团——带负电荷性质的基团

A- : B+ ¨ ¨ -SH -OH +Mg2+ + 2B+ 2A- : 2 B+ A ¨ A: Mg A- :+ HO :B 中间产物不稳定，断裂，形成产物，酶复原。（不同酶促反应中的催化因素影响大小不同。） ¨ - NH2 咪唑基亲电催化亲核催化 ¨ + -OH

－OH的亲核催化(胰凝乳蛋白酶)

（五）金属离子催化 1、需要金属离子的酶（1）金属酶 (metalloenzyme) • 含紧密结合的金属离子（2）金属激活酶( metal-activited enzyme) • 含松散结合的金属离子

2、金属离子的作用 A、参与底物反应的定向 B、通过价态改变参与电子转移 C、通过静电稳定/屏蔽负电荷

（六）多原催化和协同效应

（七）活性部位微环境的影响

四、酶催化反应机制的实例 （一）溶菌酶（lysozyme）

（二）胰凝乳蛋白酶 疏水口袋活性位点残基

4.丝氨酸蛋白酶的催化机制 催化三联体稳定His的正电形式亲核攻击

第 10 章 酶的作用机制和酶的调节