活性中心以外 的必需基团
底物
催化基团
结合基团
活性中心
牛胰蛋白酶
酶的活性中心与酶蛋白空间构象完整性之 间，是辩证统一的关系。


当酶以具有催化活性的构象存在时，活性 中心便自然地形成。 一旦外界理化因素破坏了酶的构象，肽链 伸展，活性中心的特定结构解体，酶就失 去催化底物发生反应的能力，结果是酶变 性失活。
活性中心表现出一定的柔性和可运动性。
一些酶活性部位的AA残基
酶 核糖核酸酶 溶菌酶 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 木瓜蛋白酶 羧肽酶A AA残基数 124 129 241 348 212 307 活性部位的AA残基 His12， His119, Lys41 Asp52, Glu35 His57, Asp102，Ser195 Asp32, Asp215 Cys25, His159 Arg127, Glu270,Tyr248,Zn2+
2、必需基团：酶分子上与酶活性有关的化学基团

活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶空间构象必需 的基团 催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
常见的必需基团



丝氨酸的-OH 半胱氨酸的-SH 组氨酸的咪唑基 天冬氨酸和谷氨酸的-COOH 赖氨酸的ε-NH2 酪氨酸的酚羟基
3．调控部位 Regulatory site

酶分子中存在着一些可以与其他非底物 分子发生某种程度的结合的部位，从而 引起酶分子空间构象的变化，对酶起激 活或抑制作用。来自三、酶催化作用专一性的机理
酶的专一性是由酶的活性中心的构象和 性质决定的
酶的活性中心是如何专一性的选择底物？
酶的专一性学说
锁钥学说(lock and key theory)
因为酶的特殊结构及功能，通过专一性识别，使参加反应的 底物分子结合在酶的活性部位上，由于邻近效应和定向效应 使得酶促反应由分子间反应变得近似于分子内反应，极大提 高了反应速率。
中间产物使反应沿一个低活化能
的途径进行。
E+S
ES ES EP E + P
目前许多实验事实证明了中间复合物的存在。
中间产物假说
1 3 E S K ES K PE K2
酶（E）与底物（S）结 合生成不稳定的中间物（ ES），再分解成产物（P
相对酶整个体积来说，活性部位占据的空间很小 活性部位是一个三维空间结构，具有特殊的构象 活性部位通常位于酶蛋白的两个结构域或亚基之间 的裂隙，或位于酶分子表面的凹槽。 大多数底物都是通过次级键与酶结合 构成活性中心的大多数氨基酸残基为疏水性，使此 小区形成一个非极性的微环境，有利于与底物结合
诱导契合学说(induced-fit hypothesis)
酶的专一性学说
1、锁钥学说 (Lock and key)
1890年 Emil Fischer 提出
酶活性中心的形状与底物分子形状互补; 酶活性部位≈锁孔，底物分子≈钥匙; 整个酶分子的天然构象具有刚性结构。
锁钥学说的特点


锁钥学说能很好地解释酶的立体异构专一性； 但不能解释酶的可逆反应，即酶的活性中心既 适合于可逆反应的底物，又适合于可逆反应的 产物。
E1
）并释放出酶，使反应沿
一个低活化能的途径进行 ，降低反应所需活化能， 所以能加快反应速度。
能 量 水 平
ES
E2
E+S
G
P+ E
反应过程
从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的 结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在
二、酶的功能部位
酶的活性部位 必需基团 调控部位

一、中间产物学说
酶如何使反应的活化能降低而体现出极为强大的 催化效率呢? 目前较满意的解释是： 中间产物学说
又叫 过渡态学说
过渡态
能
非催化反应 活化能
量 改 变
一般催化剂 反应活化能
ES ( 过渡态)
酶促反应 活化能
底物（初态）
反应总能量变化
产物（终态）
活
化
过
程
酶促反应活化能的改变
中间产物学说
酶与底物通过形成过渡态的
酶分子中促使底物发生化学变化的部位 决定酶促反应的类型，即酶的催化性质
（2）活性中心的形成


活性中心的功能基团主要由氨基酸残基的 侧链所提供，在结合蛋白酶类中还有辅酶 的功能基团参加。 一个酶的活性中心的氨基酸残基，并不是 密集于某段肽链内，而是通过肽链弯曲拆 叠才使分散的氨基酸残基相互接近。
（3）酶活性部位的主要特征

高效率 比非催化高108－1020倍 比非酶催化高107－1013倍
Why?
酶高效催化的策略
邻近效应和定向效应 诱导契合与底物的形变 酸－碱催化 共价催化 金属离子的催化作用 多元催化 活性中心微环境的影响

1 、邻近效应和定向效应
酶与底物结合形成中间复合物后，使底物和底 物分子（如双分子反应）之间、酶的催化基团 与底物之间相互邻近，而使活性部位上底物的 有效浓度增加，从而使反应速率大大增加的效 应。－－邻近效应
定向效应：相互靠近的底物分子之间及底物分子
的反应基团与酶的催化基团之间正确的定向取位。
靠 近 与 定 向
B. 两个基团靠近，但 不定向，还不利于反 应进行。 C. 两个基团既靠 近，又定向，有 利于反应进行。
A. 酶的催化基团和底 物的反应基团既不靠 近，也不定向。
仅仅是靠近还不够，还需要酶活性中心的催化基团 和底物的反应基团在反应中彼此相互严格地定向。只 有既靠近又定向，底物分子才能迅速的形成过渡态， 加速反应的进行。
1、酶的活性中心 (active center)
酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化 学反应的空间区域，也称酶的活性部位 (active site)。
（1）活性中心的两个功能部位：

结合部位（ binding site）
酶分子中与底物结合的部位 决定酶对底物的专一性

催化部位（ catalytic site ）
也不能解释酶专一性中的所有现象。

2、诱导契合学说 (Induced fit)
酶表面并没有一种与底物互补的固定形状; 酶活性部位的构象是柔韧可变的； 底物接近活性中心时，诱导酶蛋白构象发生变化，与底物成 互补形状有机的结合而催化反应进行； 酶反应过程中，活性中心构象的变化是可逆的。
四、影响酶催化效率的因素