第三節(jié)

酶的作用機制一、酶能顯著降低反應(yīng)活化能

在任何化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子必須超過一定的能閾(energybarrier，能引起反應(yīng)的最低能量水平)，成為活化的狀態(tài)，才能發(fā)生變化，形成產(chǎn)物。這種提高低能分子達到活化狀態(tài)的能量，稱為活化能(activationenergy)?；罨苁侵冈谝欢囟认?，1mol反應(yīng)物達到活化狀態(tài)所需要的自由能。

反應(yīng)過程中能的變化

催化劑的作用是降低反應(yīng)活化能，以致相同的能量使更多的分子活化，從而起到提高反應(yīng)速度的作用

。

酶能顯著地降低活化能，故能表現(xiàn)為高度的催化效率。

二、中間復(fù)合物學(xué)說

目前一般認(rèn)為，在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶－底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。

E+SE-SP+EE可再利用，所以少量E即能催化大量底物

許多實驗事實證明了E-S復(fù)合物的存在。E-S復(fù)合物形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。三、酶作用高效率的機制

任何有助于過渡態(tài)形成與穩(wěn)定的因素都有利于酶行使其高效催化。

1.底物的“趨近”和“定向”效應(yīng)

2.底物的變形與張力作用

3.共價催化作用

4.酸堿催化作用

5.酶活性中心是低介電區(qū)域趨近效應(yīng)和定向效應(yīng)

(approximationandoientation)

趨近效應(yīng)指的是A、B兩個底物分子結(jié)合在酶分子表面某一狹小的局部區(qū)域，其反應(yīng)基團相互靠近，從而降低了進入過渡態(tài)所需的活化能。 定向效應(yīng)是指反應(yīng)物在酶分子表面對著特定的基團幾何地定向，反應(yīng)物就可以用一種正確的方式相互碰撞而發(fā)生反應(yīng)。 酶可以通過趨近效應(yīng)和定向效應(yīng)使一種分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)的反應(yīng)，使反應(yīng)得以高速進行。底物變形與張力作用

酶與底物結(jié)合后，使底物的某些敏感鍵發(fā)生變形（distortion）---誘導(dǎo)契合（theinduced-fitmodel），使底物分子接近過渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能。同時底物也誘導(dǎo)酶的構(gòu)象發(fā)生改變，特別是酶的活性部位的結(jié)構(gòu)，并對底物產(chǎn)生張力作用使底物扭曲，促進ES進入過渡態(tài)。(distortionorstrain)共價催化作用

(covalentcatalysis)

催化劑通過與底物形成反應(yīng)活性很高的共價過渡產(chǎn)物，使反應(yīng)活化能降低，從而提高反應(yīng)速度的過程，稱為共價催化。

共價催化作用可分為親核催化作用和親電催化作用兩大類。 親核催化是指具有一個非共用電子對的基團或原子，攻擊缺少電子具有部分正電性的原子，并利用非共用電子對形成共價鍵催化反應(yīng)。酶中參與親和催化的基團主要包括His的咪唑基，Cys

的巰基，Asp的羧基，Ser的羥基等。某些輔酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以參與催化作用。 親電催化中親電催化劑從底物中獲得一個電子對。酶分子中的親電基團有親核堿基被質(zhì)子化的共軛酸，有時酶中的輔助因子（如金屬離子）也是親電催化劑。

酸堿催化作用(acid-basecatalysis)

酸堿催化可分為狹義的酸堿催化和廣義的酸堿催化。酶參與的酸堿催化反應(yīng)一般都是廣義的酸堿催化方式。廣義酸堿催化是指通過質(zhì)子酸提供部分質(zhì)子,或是通過質(zhì)子堿接受部分質(zhì)子的作用，達到降低反應(yīng)活化能的過程。

廣義酸基團廣義堿基團（質(zhì)子供體）（質(zhì)子受體）

酶分子中可以作為廣義酸、堿的基團His是酶的酸堿催化作用中最活潑的一個催化功能團。影響酸堿催化作用的因素有兩種

酸堿強度：在中性條件下咪唑基既可作為質(zhì)子供體又可作為質(zhì)子受體，且釋放或接受質(zhì)子的速度都很快。功能基團提供或接受質(zhì)子的速度。

酶活性中心是低介電區(qū)域

某些酶活性中心孔洞內(nèi)相對來說是非極性，使得底物分子的敏感鍵和酶的催化基團之間就會有很大的反應(yīng)力，有助于加速酶促反應(yīng)。上面介紹了實現(xiàn)酶反應(yīng)高效率的幾個因素，但并不能指出哪一種因素可以影響所有酶的全部催化活性。更可能的情況是：不同的酶，起主要影響的因素可能是不同的，各自都有其特點，會受一種或幾種因素的影響。

四、核糖酶與抗體酶的催化反應(yīng)

這部分是近十多年來發(fā)展的新內(nèi)容，作為舊課本的補充。（一）、核糖酶(ribozyme)

概念：核糖酶是具有生物催化活性的RNA。其功能主要是切割RNA，其底物都是RNA分子。特點：核糖酶切割RNA的效率低，容易被RNA酶破壞。核糖酶催化反應(yīng)的類型：

1、切割反應(yīng)：在RNA前體的成熟過程中，該酶切割3’-OH和5’-磷酸末端。

2、剪接反應(yīng)：RNA的切割和連接?？贵w酶

概念：抗體酶也叫催化抗體，它既有酶的活性又有抗體活性。設(shè)計：根據(jù)酶與底物作用的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計