6.5.4 酶作用机制的实例
★ 胰凝乳蛋白酶是蛋白质家族中的丝氨酸蛋 白酶家族。
★ 活性部位处于酶表面的一个裂隙中，主要 包含Ser195，His57，Asp102三个残基；
★ His57碱催化， Ser195亲核催化； ★ 图6-14
静电催化
活性中心电荷的分布可用来稳定酶促反应的过 渡态，酶使用自身带电基团去中和一个反应过 渡态形成时产生的相反电荷而进行的催化称为 静电催化。
金属离子以5种方式参与催化： 作为Lewis酸起作用 与底物结合，促进底物在反应中正确定向 作为亲电催化剂，稳定过渡态中间物上的电荷
通过价态的可逆变化，作为电子受体或电子供体参与 氧化还原反应
酶结构的一部分
第十章 酶的催化机制
提纲
一、酶催化机理研究的主要方法 二、过渡态稳定学说 三、过渡态稳定的化学机制
1. 邻近定向效应 2. 广义的酸碱催化 3. 底物形变 4. 共价催化 5. 静电作用 6. 金属催化
四、几种常见酶的结构与功能
1. 蛋白酶 2. 溶菌酶
过渡态稳定学说
HA-HB + HC→HA-HB-HC（过渡态）→HB-HC + HA
化学反应的过渡态及 其前后的自由能变化
过渡态稳定的化学机制
与酶催化相关联的过渡态稳定是酶活性中心结构和 反应性以及活性中心与结合底物之间的相互作用的 必然结果。酶充分使用一系列的化学机制来实现过 渡态的稳定并由此加速反应。它们包括：
① 邻近定向效应 ② 广义的酸碱催化 ③ 底物形变 ④ 共价催化 ⑤ 静电作用 ⑥ 金属催化
邻近定向效应
邻近定向效应是指两种或两种以上的底物（特别 是双底物）同时结合在酶活性中心上，相互靠近 （邻近） ，并采取正确的空间取向（定向） ， 这样大大提高了底物的有效浓度，使分子间反应 近似分子内反应从而加快了反应速度。
底物与活性中心的结合不仅使底物与酶催化基团 或其它底物接触，而且强行“冻结”了底物的某 些化学建的平动和转动，促使它们采取正确的方 向，有利于键的形成。
靠近
定向
酸碱催化原理
非共价作用可以使底物敏感键变形
• 这是一个形成内酯 的反应。当 R＝
R
H2O
CH3时，其反应速
CH2 OH
度比 R＝H的情况
快315倍。
C OH
• 由于-CH3体积比较 大，与反应基团之 间产生一种立体排
RO
Sreric strain
斥张力，从而使反
应基团之间更容易
形成稳定的五元环
过渡状态。
RHH O
R
O
共价催化
• 催化剂通过与底物形成反应活性很 高的共价过渡产物，使反应活化能 降低，从而提高反应速度的过程， 称为共价催化。
• 酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的巯基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。
•
• 所有转氨 酶辅酶为 吡哆醛磷 酸，并也 作为脱羧 等作用辅 酶
有时，酶通过与金属催化
近三分之一酶的活性需要金属离子的存在，这些酶分 为两类，一类为金属酶，另一类为金属激活酶。前者 含有紧密结合的金属离子，多数为过渡金属，如Fe2+ 、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Mn2+或Co3+，后者与溶液中的金 属离子松散地结合，通常是碱金属或碱土金属，例如 Na+、K+、Mg2+或Ca2+。
根据过渡态理论，在任何一 个化学反应体系中，反应物 需要到达一个特定的高能状 态以后才能发生反应。这种 不稳定的高能状态被称为过 渡态。达到过渡态要求反应 物必须含有足够的能量以克 服活化能。
1946年Pauling 提出，酶与 过渡态的亲和力要比对基态 （底物）的亲和力高得多， 酶的催化源于其对过渡态的 稳定作用。