第二节第二节 酶促反应的特点与机理酶促反应的特点与机理The Characteristic and Mechanism of Enzyme-Catalyzed Reaction 本节讲授内容本节讲授内容一、酶促的反应特点二、酶的作用机理三、酶促反应的几种机制四、核酶与抗体酶u酶与一般催化剂的共同点酶与一般催化剂的共同点在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。都是通过降低反应分子的活化能来加快化学反应的速都是通过降低反应分子的活化能来加快化学反应的速度度（一）（一）酶促反应具有极高的效率酶促反应具有极高的效率 一、一、 酶促反应的特点酶促反应的特点的的催催化化效效率率通通常常比比非非催催化化反反应应高高1081020倍倍，比比一般催化剂高一般催化剂高1071013倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶酶和和一一般般催催化化剂剂加加速速反反应应的的机机理理都都是是降降低低反反应应的的活活化化能能(activation energy)。酶酶比比一一般般催催化化剂剂更更有有效地降低反应的活化能。效地降低反应的活化能。 反应总能量改变反应总能量改变 非催化反应活化能非催化反应活化能 酶促反应酶促反应 活化能活化能 一般催化剂催一般催化剂催化反应的活化能化反应的活化能 能能量量反反 应应 过过 程程 底物底物 产物产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 活化能活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量底物分子从初态转变到活化态所需的能量。一一种种酶酶仅仅作作用用于于一一种种或或一一类类化化合合物物，或或一一定定的的化化学学键键，催催化化一一定定的的化化学学反反应应并并生生成成一一定定的的产产物物。酶酶的的这这种种特特性性称称为为酶酶的的特特异异性性或专一性或专一性。* 酶的特异性酶的特异性(specificity)（二）酶促反应具有高度的特异性（二）酶促反应具有高度的特异性根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下酶的特异性可大致分为以下3 3种类型：种类型：绝对特异性绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物构的产物 。键和基团同时专一。键和基团同时专一 相对特异性相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合作用于一类化合物或一种化学键。键专一、基团专一物或一种化学键。键专一、基团专一立体结构特异性立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体异作用于立体异构体中的一种。（立体和几何异构）构体中的一种。（立体和几何异构）三、酶催化作用的机理是降低活化能三、酶催化作用的机理是降低活化能催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快其反应速度。即使对可以进行的反应来说，反应物分 子应越过一个活化能才能发生反应。酶作为催化剂的作用是降低活化能。 酶的催化机理是降低活化能酶的催化机理是降低活化能酶是如何降低活化能的呢 ? 首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有底物结合中心/活性中心。 然后，酶蛋白分子以各种方式，作用于底物分子，使底物分子活化起来。 酶与底物的专一结合，又是酶促反应专一性的体现。（二）、中间复合物学说和酶作用的过渡态（二）、中间复合物学说和酶作用的过渡态底物分子结合在酶的底物结合中心底物分子结合在酶的底物结合中心 三、酶促反应的机制三、酶促反应的机制酶酶酶酶- -底物复合物的形成与诱导底物复合物的形成与诱导底物复合物的形成与诱导底物复合物的形成与诱导契合契合假说假说假说假说（一）（一）（一）（一）两种假说两种假说两种假说两种假说锁匙学说锁匙学说锁匙学说锁匙学说（二）、酶促作用（高效率）的几种机制（二）、酶促作用（高效率）的几种机制底物的底物的“趋近趋近”和和“定向定向”效应效应底物变形与张力作用底物变形与张力作用共价催化作用共价催化作用亲核催化作用亲核催化作用亲电催化作用亲电催化作用酸碱催化作用酸碱催化作用影响的两个因素（咪唑基为例）影响的两个因素（咪唑基为例）使底物靠拢使底物分子产生应力使底物分子电荷变化（三）（三）酶促反应的可调节性酶促反应的可调节性对酶生成与降解量的调节对酶生成与降解量的调节酶催化效力的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等通过改变底物浓度对酶进行调节等酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。括三方面的调节。q 在代谢途径中调节酶活性 几个酶或十几个酶前后配合，完成一系列代谢反应，形成一条代谢途径。在一条代谢途径中，常常是前一个酶促反应的底物，便是下一个酶促反应的底物。返回返回第一个酶（有活性）第一个酶（无活性）终产物终产物（调节物） 结合在调节中心q共价调节 有时候，酶蛋白分子可以和一个基团形成共价结合，结合的结果，使酶蛋白分子结构发生改变，使酶活性发生改变。例如，与磷酸根的结合。这种调节酶活性的情况称为酶的共价调节。返回返回糖糖元元磷磷酸酸化化酶酶有有磷磷酸酸化化位位点点q 竞争性抑制调节 有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。 竞争性抑制剂在结构上与底物相似对氨基苯甲酸（细菌生长因子）对氨基苯磺酸（磺胺药） 磺胺类药物 竞争性抑制细菌体内的酶四、核酶与抗体酶四、核酶与抗体酶核酶核酶(ribozyme)抗体酶抗体酶应用应用