3.3酶作用的机制（课件）- 《环境生物化学》同步教学（机工版·2020）

3. 新陈代谢催化剂酶化学 1 加热或光照射 使一部分分子获得能量而活化，直接增加活化分子的数目，以加速化学反应的进行 活化分子增多的途径 降低活化能的高度（即能阈，Energy barrier），间接增加活化分子的数目。 催化剂的作用就是能够降低活化能（activation energy） 在一个化学反应体系中， 活化分子越多，反应就越快。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 3.3.1酶的催化作用实质-降低分子活化能 3.3酶作用的机制 41 酶的催化作用的实质就在于它能降低化学反应的活化能 酶使反应在较低能量水平上进行，从而使化学反应加速 酶作为催化剂参加一次化学反应之后，酶分子立即恢复到原来的状态，继续参加反应 一定量的酶在短时间 内能催化大量的底物 发生变化 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 42 酶的催化作用的实质就在于它能降低化学反应的活化能，如图3-4和表3-4所示。酶使反应在较低能量水平上进行，从而使化学反应加速。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 酶作为催化剂参加一次化学反应之后，酶分子立即恢复到原来的状态，继续参加反应，所以一定量的酶在短时间内能催化大量的底物发生变化。 43 3.3.2酶的工作方式-中间产物学说 中间络合物学说(interinediate theory)。认为，在酶促反应中，底物先与酶结合成不稳定的中间络合物，然后再分解释放出酶与产物。 式中：S代表底物(substrate)，E代表酶(enzyme)， ES为中间物，P为反应产物(product) 由于E与S结合， 致使S分子内的某 些化学键发生极化， 呈不稳定状态 (或称活化状态)， 故反应能阈降低 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 44 对有两种底物参加的酶催化反应，该学说可用下式表示： 即在有辅酶参加的催化反应中，则是辅酶与S1分子的一部分结合，并将这一部分转移给S2而形成新产物 。 根据中间络合物学说，酶催化反应分两步(或多步)进行，每一步反应的活化能都较低，因而总的活化能也较低。这可由上图看出，酶催化反应的表现活化能E(活化能以斜体E表示)为 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 通常E1、E2等数值均很小，所以酶催化反应的表现活化能E就比一般催化反应的活化能E0小得多。 由图还可以看出，要E小，必须E1、E2都小，E1小说明酶易于与底物作用，E2小说明中间ES不太稳定，即ES要易于进一步分解产生最终产物P同时释放出E。 45 中间络合物学说能否成立，其关键在于能否证实确有中间络合物的形成，目前已经获得可靠的实验证据 。 例子1：过氧化物酶E可催化H2O2与另一还原型底物AH2进行反应。按中间络合物学说，其反应历程如下： 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 在此过程中，可用光谱分析法证明中间络合物E—H2O2的存在 46 对酶液进行光谱分析 向酶液中加进H2O2 加进还原型底物AH2 发现过氧化物酶 在645nm、587nm 、548nm、498nm 处有四条吸收光带 发现酶的四条光带 消失，而在561nm、 530nm处出现两条 吸收光带，而且 溶液颜色出褐变红 这说明酶已与过氧化 氢结合而生成了一种 新的中间物 过氧化物酶立即恢 复其原来的四条吸 收光带，这表明 过氧化物酶重新 游离 如没食子酸 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 例子2：凝乳蛋白酶催化对硝基苯乙酸酯的水解反应 能直接分离出中间物(乙酰凝乳蛋白酶复合物)也可证明酶与底物生成的中间络合物是确实存在的 。 47 Add Your Text Add Your Text 氢键 离子键 范德华力 底物具有一定的活化能，当底物和酶结合成过渡态的中间物时，要释放一部分结合能，这部分能量的释放，使得过渡态的中间物处于比E+S更低的能级，因此使整个反应得活化能降低，使反应大大加速。 底物同酶结合成中间复合物是一种非共价结合，依靠氢键、离子键、范德华力等次级键来维系。 第3章 新陈代谢催化剂酶化学 48 3.3.3酶作用专一性的机制—诱导契合学说 1 锁钥学说（lock-key theory） . 2 诱导契合学说（induced-fit theory） 3 结构性质互补假说（structure-prop