酶的催化作用機制

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1、4.4.4酶的催化作用機制1.酶促反應（Enzymecatalysis）又稱酶催化或酵素催化作用，指的是由酶作為催化劑進行催化的化學反應。酶促反應與非酶促反應比較非酶促反應：S?S≠→P酶促反應：E+S?ES?ES≠→EP→E+P反應方向，即化學平衡方向，主要取決于反應自由能變化ΔG。而反應速率快慢，則取決于反應活化能Ea反應酶Ea/(KJ·mol-1)H2O2分解反應無75.3H2O2分解反應肝過氧化氫酶23.01脲的水解無99.6脲的水解脲酶49.8酶催化作用的本質(zhì)是酶的活性中心與底物分子通過短程非共價力（如氫鍵，離子鍵和疏水鍵

2、等）的作用，形成ES反應中間物，其結(jié)果使底物的價鍵狀態(tài)發(fā)生形變或極化，起到激活底物分子和降低過渡態(tài)活化能作用2.酶催化反應機制類型（1）酸堿催化（2）共價催化（3）金屬離子催化作用（1）酸堿催化酸堿催化可分為狹義的酸堿催化和廣義的酸堿催化。酶參與的酸堿催化反應一般都是廣義的酸堿催化方式。廣義酸堿催化（general-basecatalysis）是指通過Bronsted酸（質(zhì)子酸）提供部分質(zhì)子，或通過Bronsted堿（質(zhì)子堿）接受部分質(zhì)子的作用，達到降低反應活化能的過程。這種機制參與絕大多數(shù)酶的催化。蛋白質(zhì)分子上的某些側(cè)鏈基團（如A

3、sp、Glu和His）可以提供質(zhì)子并將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到反應的過渡態(tài)中間物而達到穩(wěn)定過渡態(tài)的效果。影響酸堿催化的反應速率的因素有兩個：1、酸或堿的強度；2、質(zhì)子傳遞速率。pH和緩沖溶液濃度對特定酸堿催化和廣義酸堿催化的影響廣義的酸催化廣義的堿催化酮式--烯醇式互變異構(gòu)反應，在無催化劑的條件下，由于其過渡態(tài)活化能比較高，異構(gòu)化速率很慢，當存在廣義酸（堿）情況下，過渡態(tài)活化能明顯降低，異構(gòu)化速率加快。氨基酸殘基廣義酸基團（質(zhì)子供體）廣義堿基團（質(zhì)子受體）Glu,AspR—COOHR—COO-Lys,ArgR—NH3R—NH2CysR—SHR—S

4、-HisTyr酶蛋白中His殘基咪唑基的pKa約為6-7，說明咪唑基上解離下來的質(zhì)子濃度與水中H+也就是說咪唑基既可以作為質(zhì)子供體，又可以作為質(zhì)子的受體在酶促反應中發(fā)揮作用。咪唑基供給質(zhì)子和接受質(zhì)子的速率非常快，供給和接受質(zhì)子速率幾乎相等His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能性氨基酸咪唑基作為廣義酸催化酯水解機制咪唑基作為廣義堿催化酯水解機制催化反應機制的實例（一）溶菌酶1.溶菌酶的作用是水解多糖鏈，細菌細胞壁上的多糖鏈可被溶菌酶水解而破壞。溶菌酶廣泛存在于微生物及各種動植物組織及分泌液中。2.作用：使細胞壁不溶性黏多糖分解

5、成可溶性糖肽，導致細胞壁破裂內(nèi)容物逸出而使細菌溶解。溶菌酶還可與帶負電荷的病毒蛋白直接結(jié)合，與DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復鹽，使病毒失活。因此，該酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。一些人體細胞分泌液中含有溶菌酶在，如唾液、眼淚、鼻涕；溶菌酶也存在于粒線體中的細胞質(zhì)顆粒體和蛋清中。3.酶的催化活性底物：N-乙酰氨基葡糖N-乙酰氨基葡糖乳酸的共聚物或幾丁質(zhì)催化機理：底物長度要求六個糖殘基以上，與酶活性部位相適應；酶活性中心的Glu和Asp參與水解作用，將第四和第五殘基間的糖苷鍵水解，水分子羥基結(jié)合C1，具體機理為：①底物進入活性中心，

6、酶活性中心空間效應和Asp的作用下，誘導并使第四（D）殘基由椅式變?yōu)榘胍问?，形成過渡態(tài)構(gòu)象②Glu35的羧基提供一個H+，進行酸催化，使得四五殘基間1-4糖苷鍵籪裂D殘基C1與氧原子分開，并形成正碳離子過渡態(tài)③D殘基正碳離子過渡態(tài)與溶劑中OH-結(jié)合。3.?催化的特點經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)酶與底物構(gòu)象都發(fā)生變化；誘導契合的證據(jù)表示了靠近及定向；Asp與Glu的協(xié)同作用表現(xiàn)為酸堿催化；Glu提供質(zhì)子，Asp是穩(wěn)定的因素；底物變形作用由椅式到船式溶菌酶的Glu35被疏水氨基酸殘基所環(huán)繞溶菌酶Glu35的廣義酸催化（二）核糖核酸酶A1、作用：專一性水解

7、嘧啶核苷酸的磷酸二酯鍵，生成嘧啶核苷酸或以3-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡聚核苷酸。2、結(jié)構(gòu)：Moore和Stein測定該酶一級結(jié)構(gòu)，124氨基酸殘基組成，含4對二硫鍵，Richards和Wyckoff對其三維結(jié)構(gòu)進行分析。分子表面有一裂縫，His12、His119、Lys41為其酶活性基團，RNA分子進入后，能與活性中心結(jié)合部位基團間結(jié)合，嘌呤核苷酸結(jié)合后，His12和核糖C-2’-OH之間距離增加了0.15nm，無催化活性。3、催化機理;：定核酸分子進入活性部位后，通過與結(jié)合部位結(jié)合和酶構(gòu)象變化，使酶催化部位與底物部位靠近。①His12作

8、為堿，與核糖C-2’-OH的質(zhì)子結(jié)合，促使C-2’-O2-與磷酸環(huán)化，His119作為酸，提供質(zhì)子，使3-5磷酸二酯鍵斷裂，生成C-5’-OH②His12作為酸，His119作為堿（先與H2O結(jié)合），使磷酸水解斷開③Lys41正電荷對