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1、5.4酶的作用機理（一）基本概念：酶的活性中心是指結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，通常是相隔很遠的氨基酸殘基形成的三維實體。酶的活性中心包括兩個功能部位：結(jié)合部位和催化部位。1．結(jié)合部位（Bindingsite）酶分子中與底物結(jié)合的部位或區(qū)域一般稱為結(jié)合部位。此部位決定酶的專一性。2．催化部位（Catalyticsite）酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應的性質(zhì)。5.4.1酶的活性中心(Activecenter)1必需殘基:酶分子中有些基團若經(jīng)化學修飾（氧化、還原、酰
2、化、烷化）使其改變，則酶的活性喪失，這些基團稱為必需殘基。非必需殘基：有的酶溫和水解掉幾個AA殘基，仍能表現(xiàn)活性，這些基團即非必需殘基。結(jié)合基團—與S結(jié)合的部位（結(jié)合中心）接觸殘基Activecenter催化基團—催化S發(fā)生反應的部位（催化中心）輔助殘基－促進結(jié)合基團與底物結(jié)合，促進催化基團對底物的催化作用結(jié)構(gòu)殘基－穩(wěn)定酶的構(gòu)象和對酶的活性間接起作用活性中心外的殘基非貢獻殘基－對酶的穩(wěn)定和其它方面起作用，由非必需殘基組成（由必需殘基組成）2底物產(chǎn)物Cleft，creviceorcavities(裂縫、凹穴
3、、裂溝)為疏水的微環(huán)境34（二）酶活性中心的結(jié)構(gòu)特點1.活性中心只占酶分子總體積的很小一部分，往往只占整個酶分子體積的1%-2%。某些酶活性部位的AA殘基酶AA殘基數(shù)活性部位的AA殘基RNase124His12,His119,Lys41Lysozyme（溶菌酶）129Asp52,Glu35Chymotrypsin（胰凝乳蛋白酶）241His57,Asp102,Ser195Pepsin（人胃蛋白酶）348Asp32,Asp215Papain（木瓜蛋白酶）212Cys25,His159Carboxypepti
4、daseA（羧肽酶A）307Arg127,Glu270,Tyr248,Zn2+5親核性基團：絲氨酸的羥基，半胱氨酸的巰基和組氨酸的咪唑基。常見酶活性中心的基團6酸堿性基團：門冬氨酸和谷氨酸的羧基，賴氨酸的氨基，酪氨酸的酚羥基，組氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巰基等。常見酶活性中心的基團72.酶的活性部位是一個三維實體，具有三維空間結(jié)構(gòu)?；钚灾行牡目臻g構(gòu)象不是剛性的，在與底物接觸時表現(xiàn)出一定的柔性和運動性。（鄒承魯研究酶變性的工作）3.酶的活性部位并不是和底物的形狀正好互補的，而是在酶和底物的結(jié)合過程中，底物分子
5、或酶分子、有時是兩者的構(gòu)象同時發(fā)生了一定的變化后才互補的，此時催化基團的位置正好處在所催化底物鍵的斷裂和即將生成鍵的適當位置，這個動態(tài)辨認過程稱為誘導契合（induced-fit）.4.酶活性部位位于酶分子表面的一個裂隙(crevice）內(nèi).裂隙內(nèi)是一個相當疏水的環(huán)境，從而有利于同底物的結(jié)合。5.底物靠許多弱的鍵力與酶結(jié)合。8（三）判斷和確定酶活性中心的主要方法酶的專一性研究：研究酶的專一性底物的結(jié)構(gòu)特點、酶的競爭性抑制劑結(jié)構(gòu)特點等。酶分子側(cè)鏈基團的化學修飾法：例如1.用共價修飾的試劑作用于酶，查明保持酶
6、活力的必需基團；2.親和標記（合成底物類似物）X-射線晶體衍射法：定點誘變法9用共價修飾的試劑作用于酶，查明保持酶活力的必需基團DFP的作用二異丙基氟磷酸Inactiveenzyme1011專一性抑制劑：N-對甲苯磺酰－L－賴氨酰氯甲基酮(TPCK)底物：N-對甲苯磺酰－L－賴氨酰甲基酯(TPE)Trypsin(胰蛋白酶)的底物和專一性抑制劑12牛胰蛋白酶用DFP修飾得知Ser195,用TPCK得知His189,用X-光衍射等方法得知Asp102這些必需基團。13Chymotrypsin(胰凝乳蛋白酶)的
7、底物和專一性抑制劑底物：N-對甲苯磺酰－L－苯丙氨酰乙基酯專一性抑制劑：N-對甲苯磺酰－L－苯丙氨酰氯甲基酮(TPCK）與必需基團His57結(jié)合14判斷抑制劑是否與酶的活性中心必需基團結(jié)合的標準：1.反應速度的降低與[I]正比關(guān)系，即失活程度與修飾程度之間成化學計量學關(guān)系（Stoichiometricrelationship）。100%V50%00.51.0Degreeofmodification(Sidechainsperactivecenter)152.底物、競爭性抑制劑具有保護作用(Protecti
8、oneffect)，即在修飾過程中，加入競爭性I或S,則E的失活減慢。100%50%00.51.0VWithsubstrateorcompetitiveinhibitoerNosubstrateorcompetitiveinhibitoerTime165.4.2酶作用專一性的機制1.鎖鑰學說（1894年EmilFischer）—lockandkey或模板學說（template）：認為整個酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面
