酶與底物分子的相互作用課件

關于酶與底物分子的相互作用第1頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三酶+底物酶-底物復合物產物+酶*第2頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三在反應中，E與S通過某種方式結合形成ES時，使底物分子內某些化學鍵呈不穩(wěn)定狀態(tài)，從而降低了活化能。ES復合物還可轉變?yōu)槊概c產物的復合物EP，繼而EP分解出P和E。ES復合物的形成是決定反應速率的關鍵步驟。許多實驗事實證明了ES復合物的存在，如：已獲得ES結晶、X線衍射法描出ES圖象、同位素標記底物實驗、光譜分析分析第3頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三酶和底物之間結合的作用力靜電引力—酶分子中帶正或負電荷的基團與底物分子中帶相反電荷的基團相互作用該作用力大小與正負電荷量成正比，與介電常數成反比，在疏水環(huán)境比在親水環(huán)境中更強。第4頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三氫鍵鍵能高、有方向性能誘導底物基團的價鍵狀態(tài)發(fā)生變形和極化第5頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三酶和底物之間結合的作用力疏水鍵蛋白質分子側鏈含大量親水性和疏水性基團。酶分子的活性中心處于一定程度的疏水環(huán)境?；钚灾行牡氖杷I與底物分子的疏水部分結合，并且能夠維持活性中心空間結構穩(wěn)定性。第6頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三酶和底物之間結合的作用力此外，微環(huán)境也會影響酶和底物的結合酶活性中心處于一個非極性環(huán)境中，從而有利于同底物的結合。（水的極性和形成氫鍵的能力都較強，能夠減弱極性基團間的相互作用）第7頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三酶和底物分子相互作用的形式及意義（1）鄰近效應與定向效應（2）與過渡態(tài)的結合作用（3）多功能催化作用（4）酶催化作用學說

①鎖鑰學說②誘導契合學說③三點結合理論第8頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三鄰近效應與定向效應鄰近效應與定向效應變分子間反應為分子內反應。酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應基團相互鄰近，同時使反應基團的分子軌道以正確方位相互交疊，反應易于發(fā)生。第9頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三鄰近效應鄰近效應（Proximityeffect）酶與底物形成中間復合物后使底物之間、酶的催化基團與底物之間相互靠近，提高了反應基團的有效濃度，使反應速率大大增加。第10頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三鄰近效應咪唑催化對硝基苯酯的水解，分子內反應比分子間反應快24倍。說明咪唑基與酯基的相對位置對反應速率影響很大第11頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三定向效應定向效應（Orientationeffect）由于酶的構象作用，當底物和酶的反應中心結合后，在酶的反應中心活性基團的作用和誘導下，使底物的反應基團按照最佳方式定向和定位，大大增加反應速率。第12頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三反應基團定向和定向程度越高，反應速率越大。反之，反應基團定位程度低，則反應速率減小。第13頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三鄰近定向效應小結鄰近定向效應是指兩種或兩種以上的底物（特別是雙底物）同時結合在酶活性中心上，相互靠近（鄰近），并采取正確的空間取向（定向），這樣大大提高了底物的有效濃度，使分子間反應近似分子內反應從而加快了反應速度，可使雙分子反應速率提高104～108倍。底物與活性中心的結合不僅使底物與酶催化基團或其它底物接觸，而且強行“凍結”了底物的某些化學鍵的平動和轉動，促使它們采取正確的方向，有利于鍵的形成。第14頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三與反應過渡態(tài)結合作用按SN2歷程進行的反應，反應速度與形成的過渡狀態(tài)穩(wěn)定性密切相關。在酶催化的反應中，與酶的活性中心形成復合物的實際上是底物形成的過渡狀態(tài)酶與過渡狀態(tài)的親和力要大于酶與底物或產物的親和力。第15頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三與反應過渡態(tài)結合作用張力學說許多情況下，過渡態(tài)的形成與底物分子內的價鍵張力有關當R＝CH3時，其反應速度比R＝H的情況快315倍。由于-CH3體積比較大，與反應基團之間產生一種立體排斥張力，從而使反應基團之間更容易形成穩(wěn)定的五元環(huán)過渡狀態(tài)。第16頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三與反應過渡態(tài)結合作用根據過渡態(tài)的結構設計的過渡態(tài)類似物可作為酶的強抑制劑，抑制效果遠高于競爭性抑制劑。利用過渡態(tài)類似物作為抗原或半抗原，去免疫動物，由此產生的抗體可能有類似酶的催化作用。酶與過渡態(tài)的結合主要有兩種方式:非共價結合方式和共價結合方式，后者被稱為共價催化。第17頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三脯氨酸消旋酶的過渡態(tài)及其過渡態(tài)類似物抑制劑第18頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三多功能催化作用酶的活性中心部位，一般含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應狀態(tài)。第19頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三多功能催化作用多官能團相互作用可使反應速率提高在α—吡啶酮存在下，O-四甲基-D葡萄糖的變旋速率可以提高7000倍。而相同濃度的酸和吡啶則對反應影響很小第20頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三鎖鑰學說1980年E.Fisher曾用“模板”或稱“鎖與鑰匙”學說

（lockandkeytheory)來解釋酶作用的專一性認為整個酶分子的天然構象是具有剛性結構的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結合如同一把鑰匙對一把鎖一樣鎖鑰模型較好地解釋了立體異構專一性。但不能解釋可逆反應。酶催化作用的三個學說第21頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三誘導契合學說

1964年Koshland提出了誘導契合學說（induced-fithypothesis):該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀。第22頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三誘導契合學說的中心思想歸納起來有以下幾點1、酶有其原來的形狀，它一定一開始就是底物的模板。2、底物能誘導酶的形狀發(fā)生一定的變化3、當酶形狀發(fā)生變化以后，就能使其中的基團形成正確的排列；4、在酶反應過程中活性中心的這種構象的變化是可逆的，當它與底物結合時被誘導生成一種新的構象，而當反應結束并且產物從酶分子表面脫落下來時，又恢復了原來的構象。第24頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三三點結合理論手性催化作用機制——三點結合理論酶分子活性中心部位，一般都含有多個具有催化活性的手性中心，能夠識別底物分子中等價的前手性原子或基團。這些手性中心對底物分子構型取向起著誘導和定向的作用，使反應可以按單一方向進行，不對稱催化作用可以實現(xiàn)。認為酶與底物的結合處至少有三點，且只有一種情況是完全結合的形式。因此稱為三點結合理論第25頁，講稿共27