4 4 4酶的催化作用机制 1 酶促反应 Enzymecatalysis 又称酶催化或酵素催化作用 指的是由酶作为催化剂进行催化的化学反应 酶促反应与非酶促反应比较非酶促反应 S S P酶促反应 E S ES ES EP E P 反应方向 即化学平衡方向 主要取决于反应自由能变化 G 而反应速率快慢 则取决于反应活化能Ea 酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力 如氢键 离子键和疏水键等 的作用 形成ES反应中间物 其结果使底物的价键状态发生形变或极化 起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用 2 酶催化反应机制类型 1 酸碱催化 2 共价催化 3 金属离子催化作用 1 酸碱催化 酸碱催化可分为狭义的酸碱催化和广义的酸碱催化 酶参与的酸碱催化反应一般都是广义的酸碱催化方式 广义酸碱催化 general basecatalysis 是指通过Bronsted酸 质子酸 提供部分质子 或通过Bronsted碱 质子碱 接受部分质子的作用 达到降低反应活化能的过程 这种机制参与绝大多数酶的催化 蛋白质分子上的某些侧链基团 如Asp Glu和His 可以提供质子并将质子转移到反应的过渡态中间物而达到稳定过渡态的效果 影响酸碱催化的反应速率的因素有两个 1 酸或碱的强度 2 质子传递速率 pH和缓冲溶液浓度对特定酸碱催化和广义酸碱催化的影响 广义的酸催化 广义的碱催化 酮式 烯醇式互变异构反应 在无催化剂的条件下 由于其过渡态活化能比较高 异构化速率很慢 当存在广义酸 碱 情况下 过渡态活化能明显降低 异构化速率加快 酶蛋白中His残基咪唑基的pKa约为6 7 说明咪唑基上解离下来的质子浓度与水中H 也就是说咪唑基既可以作为质子供体 又可以作为质子的受体在酶促反应中发挥作用 咪唑基供给质子和接受质子的速率非常快 供给和接受质子速率几乎相等His是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能性氨基酸 咪唑基作为广义酸催化酯水解机制 咪唑基作为广义碱催化酯水解机制 催化反应机制的实例 一 溶菌酶1 溶菌酶的作用是水解多糖链 细菌细胞壁上的多糖链可被溶菌酶水解而破坏 溶菌酶广泛存在于微生物及各种动植物组织及分泌液中 2 作用 使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽 导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解 溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合 与DNA RNA 脱辅基蛋白形成复盐 使病毒失活 因此 该酶具有抗菌 消炎 抗病毒等作用 一些人体细胞分泌液中含有溶菌酶在 如唾液 眼泪 鼻涕 溶菌酶也存在于粒线体中的细胞质颗粒体和蛋清中 3 酶的催化活性底物 N 乙酰氨基葡糖N 乙酰氨基葡糖乳酸的共聚物或几丁质催化机理 底物长度要求六个糖残基以上 与酶活性部位相适应 酶活性中心的Glu和Asp参与水解作用 将第四和第五残基间的糖苷键水解 水分子羟基结合C1 具体机理为 底物进入活性中心 酶活性中心空间效应和Asp的作用下 诱导并使第四 D 残基由椅式变为半椅式 形成过渡态构象 Glu35的羧基提供一个H 进行酸催化 使得四五残基间1 4糖苷键簖裂D残基C1与氧原子分开 并形成正碳离子过渡态 D残基正碳离子过渡态与溶剂中OH 结合 3 催化的特点经测定发现酶与底物构象都发生变化 诱导契合的证据表示了靠近及定向 Asp与Glu的协同作用表现为酸碱催化 Glu提供质子 Asp是稳定的因素 底物变形作用由椅式到船式 溶菌酶的Glu35被疏水氨基酸残基所环绕 溶菌酶Glu35的广义酸催化 二 核糖核酸酶A 1 作用 专一性水解嘧啶核苷酸的磷酸二酯键 生成嘧啶核苷酸或以3 嘧啶核苷酸结尾的寡聚核苷酸 2 结构 Moore和Stein测定该酶一级结构 124氨基酸残基组成 含4对二硫键 Richards和Wyckoff对其三维结构进行分析 分子表面有一裂缝 His12 His119 Lys41为其酶活性基团 RNA分子进入后 能与活性中心结合部位基团间结合 嘌呤核苷酸结合后 His12和核糖C 2 OH之间距离增加了0 15nm 无催化活性 3 催化机理 定核酸分子进入活性部位后 通过与结合部位结合和酶构象变化 使酶催化部位与底物部位靠近 His12作为碱 与核糖C 2 OH的质子结合 促使C 2 O2 与磷酸环化 His119作为酸 提供质子 使3 5磷酸二酯键断裂 生成C 5 OH His12作为酸 His119作为碱 先与H2O结合 使磷酸水解断开 Lys41正电荷对磷酸环化和开环过程中过渡态五磷酸的瞬时形成有关 核糖核酸酶A的广义酸碱催化 其他两种催化形式