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1、第四章第四章 酶作用的机制酶作用的机制酶作用专一性的机制酶作用专一性的机制酶作用高效性的机制酶作用高效性的机制概念概念必需基团（必需基团（essential group)关系到酶催化作用的化学基团关系到酶催化作用的化学基团eg.组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基等。酸的巯基等。活性中心（活性中心（active center）或活性部位）或活性部位酶分子上必需基团比较集中并构成一定空间构酶分子上必需基团比较集中并构成一定空间构象、与酶的活性直接相关的结构区域。象、与酶的活性直接相关的结构区域。酶的活性部位（中心）由结合部位和催化部位酶的活性部位（中心
2、）由结合部位和催化部位组成。组成。Binding cleft of lysozyme:amino acid residues that contact the substrate are in green,catalytic residues are orange酶作用专一性的机制酶作用专一性的机制沈同沈同 生物化学生物化学p275结合部位结合部位酶作用的专一性酶作用的专一性钥匙学说钥匙学说诱导契合学说诱导契合学说“三点附着三点附着”假说假说By Emil Fischer in 1894 By Daniel Koshland in 1958The induced conformational
3、change in hexokinase.酶的底物专一性酶的底物专一性结构专一性结构专一性绝对专一性绝对专一性相对专一性（键专一性）相对专一性（键专一性）立体异构专一性立体异构专一性旋光异构旋光异构(D,L)几何异构（顺、反）几何异构（顺、反）Serine proteaseActive site pockets of two serine proteases.Elastin-AlaEffect of a catalyst on activation energy酶作用高效率的机制酶作用高效率的机制沈同沈同 生物化学生物化学p279催化部位催化部位酶作用的高效性酶作用的高效性 接近和定向效应接近
4、和定向效应 张力学说（通过底物扭曲导致催化）张力学说（通过底物扭曲导致催化）共价催化（亲核和亲电催化）共价催化（亲核和亲电催化）广义酸碱催化广义酸碱催化亲核试剂：亲核试剂：具有给予电子对的强烈倾向的基团具有给予电子对的强烈倾向的基团亲电试剂：具有接受电子对的强烈倾向的基团亲电试剂：具有接受电子对的强烈倾向的基团亲核催化：如果催化反应的速度（完全或部分亲核催化：如果催化反应的速度（完全或部分地）被底物从催化剂接受电子对这一步所控制地）被底物从催化剂接受电子对这一步所控制亲电催化：如果催化反应的速度（完全或部分亲电催化：如果催化反应的速度（完全或部分地）被催化剂从底物接受电子对这一步所控制地）被催
5、化剂从底物接受电子对这一步所控制note part p44The structure of chymotrypsinChymotrypsin 的活性的活性区区Catalytic triad:Asp102His57Ser195 环境环境 pH 对酶活性有极大的影响对酶活性有极大的影响 活性区的氨基酸活性区的氨基酸 受影響：受影響：催化催化机制机制：两个步骤两个步骤稳定过渡状态稳定过渡状态：-C-O-可可与与 Gly193与与Ser195 的的-N-H 产生氢键而稳定产生氢键而稳定 专一性结合区专一性结合区：活性活性区区附近有附近有 non-polar pocket 辨别底物辨别底物 Acylat
6、ionAcylation:切切开后开后 N-peptide 共共价价結合在結合在酶酶上上(Ser195)DeacylationDeacylation:加水分解加水分解后释放后释放 N-peptide(slow step)Nitrophenyl acetate(作用很慢的作用很慢的底物类似底物类似似物似物)His 57(pKa=6):当环境当环境 pH 9,NH3+失去失去 H+(不帶不帶电电)Ser 195:DIFP 可可与与 Ser-OH 反应反应 失去活性失去活性Juang RH(2004)BCbasicsAsp102His57Ser195HHChymotrypsin 顺序式催化反应顺序式
7、催化反应 A1NCCNHOOCHOCCNCCNH2OCheck substrate specificityAsp102His57Ser195HHChymotrypsin顺序式催化反应顺序式催化反应 A2NCCNHOOCHOCCNCCNH2OFirst Transition StateHHChymotrypsin顺序式催化反应顺序式催化反应 A3NCCNHOOCHOCCNCCNH2OAcyl-Enzyme IntermediateHChymotrypsin顺序式催化反应顺序式催化反应 D1N-HCCNHOOCHOCCNCCNH2OHOHAcyl-Enzyme Water Intermediate
8、HChymotrypsin顺序式催化反应 D2OOCCNCCNH2HSecond Transition StateOHHChymotrypsin顺序式催化反应 D3OCCNCCNH2OOHDeacylationH O ONCCNCC NCCNCC R H RChymotrypsin 活性活性区还区还有有专专一性一性结合区结合区O-CSer活 性 区专一性结合区催化区丝氨酸蛋白酶的专一性不同丝氨酸蛋白酶的专一性不同COO-CAsp酶活性区酶活性区TrypsinChymotrypsinElastase切切 Lys,Arg切切 Trp,Phe,Tyr切切 Ala,GlyNon-polarpocketDeep and negativelycharged pocketShallow andnon-polarpocket O OCNCCN C C C C NH3+O OCNCCN C O OCNCCN CH3Juang RH(2004)BCbasics
