三、影响酶催化效率的有关因素
邻近效应
酶与底物结合形成中间复合物以后，使底物和底物之间， 酶的催化基团与底物之间结合与同一分子而使有效浓度 得以极大的升高，从而使反应速率大大增加。
定向反应(1)
反应物的反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应 基团之间的正确取位产生的效应 由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作 用，使底物分子与反应的基团相互接近，并被严格定 向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。
2 2 1 1
3
3
A
B
A为K型效应物，B为V型效应物
1、未加效应物 2、加激活剂 3、加抑制剂
别构调控(9)
别 构 酶 的 齐 变 模 型
别 构 酶 的 序 变 模 型
别构模型
酶原激活(1)
[酶原] 某些活性酶的无活性前体蛋白（如果不是酶，则称某蛋白原）， 这种前体蛋白经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化， 形成酶的活性部位，变成活性蛋白 [酶原激活的本质] 活性中心的形成或暴露过程 胃和胰脏的酶原和有活性的酶
胰蛋白酶、
胰凝乳蛋白酶、
弹性蛋白酶、
消化酶，在胰腺中合成，在消化道中 通过除去部分肽链转变成活性酶形式
凝血酶、
枯草杆菌蛋白酶、
在血凝级联中是一个重要的酶 一种细菌蛋白酶 裂解血凝块的纤维多聚体 特异地裂解纤溶酶原产生纤溶酶 丝氨酸酯酶，能降解神经递质乙酰胆碱
纤溶酶、
组织纤溶酶原激活剂 乙酰胆碱酯酶
丝氨酸蛋白酶(2)
溶菌酶催化作用
胰核糖核酸酶A（1）
胰核糖核酸酶A（2）
胰核糖核酸酶A（3）
A. 酶切法
① 用枯草杆菌蛋白酶限制性水解20-21氨基酸残基间肽键，得到 S肽（20肽）和S蛋白（104肽），两者均无活性 ② S肽与S蛋白在中性pH共同保温，可恢复活性 ③ 人工合成S肽氨基端的13个氨基酸与S蛋白共同保温，可恢复70%活性 ④ 去除人工肽His12和Met13的S肽，共同保温不能恢复活性
kobs
专一的酸碱催化（狭义的酸碱催化）： 在水溶液中通过高反应性的质子和氢 氧离子进行的催化反应
缓冲液浓度
pH8 pH7 pH6
总酸碱催化（广义的酸碱催化）： 通过H+和OH-以及能提供 H+及OH-的供体 进行的催化反应
kobs
pH8 pH7 pH6
缓冲液浓度
酸碱催化（2）
氨基酸残基 广义酸基团 （质子供体） 广义碱基团 （质子受体）
底物 变构激活剂
活性较低的酶
活性较高的酶
高活性酶-底物复合物
别构激活模型
别构调控(5)
A
A. ATCase三重对称轴的俯视
B
B. ATCase的垂直观
ATCase中亚基的排列
别构调控(6)
别构调控(7)
1 2 3
正、负协同别构酶与非别构酶的动力学曲线比较
1、非别构酶 2、正协同 3、负协同
别构调控(8)
研究酶活性部位的方法(1)
1 酶分子侧链基团的化学修饰法 （1）非特异性共价修饰 （2）特异性共价修饰 （3）亲和标记法 2 动力学参数测定法 3 X射线晶体结构分析法
4 定点诱变法
研究酶活性部位的方法(2)
酶分子侧链基团的化学修饰法
用带标记的化合物与酶的活性部位氨基酸残基侧链基团共价结合，然后 水解该酶，分离出带有标签的肽段，即可分析出活性部位的氨基酸残基。
① 在活性部位存在1个以上的催化基团，所以能进行协同催化 ② 存在结合部位，因此底物分子可以以反应中固有的方位结合在活性部位附近 ③ 在包含有2个或2个以上底物分子参加反应的情况中，存在着一个以上的底物 分子结合的部位 ④ 底物以某种方式结合到酶分子上，使底物分子中的键产生张力，从而有利于 过渡态复合物的形成
特异性共价修饰
研究酶活性部位的方法(3)
定点诱变法
根据蛋白质结构研究的结果，可以利用定点诱变技术，改变编 码蛋白质基团中的DNA顺序，研究酶活力部位的必需氨基酸 如果被代换的氨基酸不影响酶的活性，则该位置的氨基酸残基 不是必需基团 如果被代换的氨基酸使酶活性丧失或降低，则该位置的原有氨 基酸残基是必需基团 ① Vmax不变，Km值升高，该位置氨基酸为结合基团 ② Vmax降低，Km值不变，该位置氨基酸为催化基团 ③ 酶活性完全丧失，该位置氨基酸为必需基团
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(13)
⑦
第二个产物释放，酶再生
胰凝乳蛋白酶反应的Hale Waihona Puke 细机制天冬氨酸蛋白酶(1)
天冬氨酸酶的某些代表
名称 胃蛋白酶 凝乳酶 组织蛋白酶 肾素 HIV-1蛋白酶
来源 动物胃 动物胃 脾、肝和许多其他动物组织 肾 AIDS病毒
功能 消化饮食蛋白 消化饮食蛋白 溶酶体蛋白消化
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(10)
加水，His-N攻击H2O的H，OH-的O攻击羰基C
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(11)
⑤
His-N攻击H2O的H，H2O裂解，OH-的O攻击羰基C
胰凝乳蛋白酶反应的详细机制
丝氨酸蛋白酶(12)
⑥
His-NH提供H给Ser的O，第二个产物形成，但仍与酶结合
生物化学网络教程
酶的作用机制和酶的调节
南昌大学生命科学院
李思光
章 节 目 录
一、酶的活性部位 二、酶催化反应的独特性质 三、影响酶催化效率的有关因素 四、酶催化反应机制的实例 五、酶活性的调节控制 六、同工酶
一、酶的活性部位
（一）酶活性部位的特点
① 活性部位在酶分子的总体积中只 占相当小的部分 ② 酶的活性部位是一个三维实体 ③ 酶的活性部位并不是和底物的形 状正好互补的，它们是通过诱导 契合的过程使两者互补 ④ 酶的活性部位是位于酶分子表面 的一个裂缝内 ⑤ 底物通过次级键较弱的力结合到 酶上 ⑥ 酶活性部位具有柔性或可运动性
307 374×2
His12，His119，Lys41 Asp52，Glu35 Asp57，Asp102，Ser195 Asp57，Asp102，Ser195 Asp57，Asp102，Ser195 Asp32，Asp215 Asp25 Cys25，His159 His64，Ser221，Asp32 His94-Zn-Lys96 His119 Arg127，Glu270，Tyr248，Zn2+ Ser48，His51，NAD+，Zn2+
转换血管紧张肽原成为血管紧张肽Ⅰ 调节血压 加工AIDS病毒蛋白
天冬氨酸蛋白酶(2)
天冬氨酸蛋白酶(3)
天冬氨酸蛋白酶的机制
天冬氨酸蛋白酶(4)
天冬氨酸蛋白酶(5)
五、酶活性的调节控制
（一）别构调控
酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象 的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节 具有这种别构调节作用的酶称为别构酶 凡是能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物（别构剂）
二、酶催化反应的独特性质
（1）酶反应可以分为两类，一类反应仅仅涉及到电子的转移， 另一类反应涉及到电子和质子两者或其他基团的转移 （2）酶的催化作用是由氨基酸侧链上的功能基团和辅酶为媒介的
（3）酶催化反应的最适pH范围通常狭小 （4）与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些 （5）酶除了具有进行催化反应所必需的活性基团外，还有别的特性
B. 化学修饰法
① 碘乙酸修饰His119和His12，酶失活 ② 酶与胞嘧啶核苷3‘-磷酸抑制剂结合，碘乙酸不能在修饰 ③ 2，4-二硝基氟苯修饰Lys41，酶失活
C. 结论：活性中心由His119、His12、Lys41构成
羧肽酶A(1)
羧肽酶A(2)
羧肽酶A(3)
丝氨酸蛋白酶(1)
丝氨酸蛋白酶是一类最有特色的酶家族， 这个家族包括：
活性部位微环境的影响
酶分子表面有一个裂缝，活性部位就 位于疏水环境的裂缝中。 在非极性环境中的介电常数较在水介 质的介电常数低。 在非极性环境中两个带电基团之间的 静电作用比在极性环境中显著增高
胰凝乳蛋白酶
四、酶催化反应机制的实例
溶菌酶(2)
溶菌酶(3)
溶菌酶催化作用
溶菌酶(4)
-
O
R-O-P-X + R'O
O E
O
X E
X
O E 磷酰酶
-
+ YY
X
E
E
X
葡萄酶
:
金属离子催化（1）
需要金属的酶可以分为：金属酶和金属-激活酶两类 金属离子以3种主要途径参加催化过程 （1）通过结合底物为反应定向 （2）通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应 （3）通过静电稳定或屏蔽负电荷
合成部位 胃 胰脏 胰脏 胰脏 胰脏 酶原 胃蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶原 胰蛋白酶原 羧肽酶原 弹性蛋白酶原 有活性的酶 胃蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 羧肽酶 弹性蛋白酶
酶原激活(2)
酶原激活(3)
酶原激活(4)
酶原激活(5)
胰凝乳蛋白酶原（无活性） 胰蛋白酶原（无活性）
π-胰凝乳蛋白酶（有活性）
丝氨酸蛋白酶(3)
丝氨酸蛋白酶通过共价催化和广义酸碱催化的混合方式进行
丝氨酸蛋白酶(4)
酶活性部位位于酶分子表面凹陷的小口袋中
丝氨酸蛋白酶(5)
用于研究胰凝乳蛋白酶机制的人工底物
丝氨酸蛋白酶(6)
释 放 的 乙 酸 或 p 硝 基 苯 酚 的 量
稳态阶段
p硝基苯酚
乙酸 突发阶段
时滞
时间
胰凝乳蛋白酶两阶段反应机制
因别构导致酶活性增加的物质称正效应物（别构激活剂）
因别构导致酶活性降低的物质称负效应物（别构抑制剂）