酶作用机理 演示5文稿

CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity第七节酶的作用原理一．酶的活性部位二．研究酶的活性部位的方法三．酶专一性的机制四．酶反应的催化机制五.酶作用的调节原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity（一）决定酶高效率催化的机制（二）溶菌酶（三）胰凝乳蛋白酶（四）丝氨酸蛋白酶四．酶反应的催化机制第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity在化学反应中，反应速度与反应物的浓度成正比，若在酶促反应系统中的催化场所—酶的活性中心，增加底物浓度，反应速度也会随之增加。（一）决定酶高效率催化的机制1.底物和酶的邻近（proximity）与定向（orientation）效应第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity酶促反应加速的原因之一，就是使底物分子集中于酶的活性中心，大大提高这个区域底物的有效浓度，从而加速酶促反应速度。曾测过某酶促反应中，溶液中的底物浓度为0.001mol/L,而在活性中心的底物浓度竟达到100mol/L，比溶液中高出十万倍！因此在酶活性中心区域的高底物浓度决定了高的反应速度。1.底物和酶的邻近与定向效应第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity邻近与定向A.酶的催化基团和底物的反应基团既不靠近，也不定向。B.两个基团靠近，但不定向，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。1.底物和酶的邻近与定向效应第七节酶的作用原理ABC（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity2.底物变形(distortion)与诱导契合(inducedfit)酶底物酶-底物复合物酶与底物结合后，酶分子中的某些基团或离子可以使底物敏感键中的某些基团的电子云密度增加或降低，从而产生电子张力，使敏感键的一端更加敏感，底物分子发生形变，使反应易于发生。第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity酶与底物结合后，酶与底物分子都发生了形变，从而形成一个相互契合的酶-底物的复合物，进一步转化为过渡态，大大增加了酶促反应速率。2.底物变形(distortion)与诱导契合(inducedfit)酶-底物复合物酶与底物形变产物酶第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity3.共价催化(covalentcatalysis)共价催化的一般形式是酶活性中心上的亲核基团对底物的亲电子基团进行攻击，二者形成共价键，这个共价中间物很容易变成过渡态，反应的活化能大大降低，反应速度加快。第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity酶分子上富含电子的亲核基团如Ser-OH、Cys-SH、His-咪唑基(有孤对电子)等，攻击底物分子中电子云密度较小的亲电子基团，并供出电子，二者形成共价键，酶和底物形成一个不稳定的中间物，进而转变为产物。蛋白质中三种主要的亲核基团Ser-OHCys-SHHis–咪唑基酶分子中的亲核基团底物分子中的亲电基团第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity胰凝乳蛋白酶通过共价催化使底物肽键断裂3.共价催化第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity共价催化也可以是酶的亲电基团对底物的亲核基团进行攻击，酶分子上带正电的基团有H+、Mg2+、Fe3+、—NH3+等，它们攻击底物分子上带负电的亲核基团，与底物形成共价键进行催化。3.共价催化(covalentcatalysis)第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity4.酸碱催化(acid-basecatalysis)酶活性中心的一些基团作为质子的供体或质子的受体对底物进行广义的酸碱催化。组氨酸的咪唑基是酶催化反应中的最有效最活泼的催化功能基团。咪唑基的pk=6.0,在生理pH条件下，有一半以酸性形式存在，另一半以碱性形式存在，因此既可作质子的供体又可作质子的受体，在酶促反应中发挥作用。第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity广义酸基团（质子供体）广义碱基团（质子受体）SHS-CCHNHN∶CHCOO-¨NH2COOHNH3+CCHNHN+HCH蛋白质中作为广义酸碱催化的功能基团OHO-第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity5.活性部位的微环境效应酶的活性中心周围的环境是一个非极性环境，既低介电环境，在低的介电环境中排斥水分子，酶的催化基团和底物分子的敏感键之间有很大的反应力，有助于加速酶促反应。第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity如果酶的活性中心周围是一个高介电环境中，活性中心就会有水分子存在，水分子对带电离子有屏蔽作用，削弱带电离子之间的静电作用，不利于酶促反应的进行。HHO5.活性部位的微环境效应酶活性部位的高介电环境第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity6.多元催化和协同效应在酶催化反应中，常常是几种机制共同作用，多元催化，使酶反应加速。邻近与定向效应微环境效应OH酸碱催化共价催化底物形变与诱导契合第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity底物和酶的邻近与定向效应多元催化和协同效应活性部位的微环境效应酸碱催化共价催化底物变形与诱导契合第七节酶的作用原理（一）决定酶高效率催化的机制CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity二.溶菌酶（lysozyme)溶菌酶存在于鸡蛋清和动物的眼泪中，其生物学功能是催化某些细菌细胞壁的多糖水解，从而溶解细菌的细胞壁。淋病球菌大肠杆菌弧形霍乱菌第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity第七节酶的作用原理亚历山大·弗莱明(AlexanderFleming)，1881年8月6日出生于苏格兰艾尔郡洛奇菲尔德。他是苏格兰农民的后裔，家境贫寒。因发现了青霉素以及它对多种传染性疾病的治疗作用，荣获1945年诺贝尔生理学和医学奖。溶菌酶是第一个用X-射线法阐明其全部结构和功能的酶。1922年伦敦细菌学家弗莱明(Fleming)首次发现溶菌酶。CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity弗莱明(Fleming)与青霉素1922年，细菌学家弗莱明得了一场感冒。弗莱明是一个非常珍惜光阴的人，他想为什么不利用感冒做一次试验呢？他把自己的鼻涕滴在长满细菌的培养皿上。过了一些时候他发现在鼻涕附近的细菌被溶解掉了。他激动不已，他想鼻涕中可能有他正在寻找的抗生素。后来他发现这种抗菌物质是一种酶，并将它命名为溶菌酶。弗莱明发现溶菌酶对最有害的细菌起不了什么作用，但过了6年，他发现了高度有效的抗生素——青霉素，青霉素救活了无数人的生命。他的发现，有力的证实了巴斯德的名言：“机会不辜负有心人”。CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversity1.底物、溶菌酶及酶和底物复合物的结构溶菌酶的底物溶菌酶通过水解某些细菌细胞壁的多糖组份来溶解细胞壁，细胞壁的多糖由两种糖组成:二.溶菌酶（lysozyme)N-已酰氨基葡萄糖(NAG)N-已酰氨基葡萄糖乳酸(NAM)第七节酶的作用原理CollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityCollegeofLifeScienceandTechnology,XINJIANGUniversityOOHOOHCH2OHNHCOCH3OOORCH2OHNHCOCH3OOOHCH2OHNHCOCH3OOOHCH2OHNHCOCH3OOORCH2OHNHCOCH3OORCH2OHNHCOCH3OHHABCDEF1.底物、溶菌酶及酶和底物复合物的结构溶菌酶的底物NAG和NAM交替排列形成多聚物，它们之间通过β-1,4糖苷键相连。溶菌酶的最适小分子底物为NAG-NAM交替形成的六糖。6个糖环分别用A、B、C、D、E、F表示。溶菌酶水解D糖环和E糖