1、第二章酶化学,所有的生命现象，如生物个体的繁殖、生长、分化、代谢、运动等，都是各种复杂的化学 变化的结果。生物体内进行的所有这些化学变化都由一种 特殊的物质，即酶的催化下进行的。,第一节 酶是生物催化剂,一、什么是酶？酶是活细胞产生的 一类具有催化功能 的生物分子，所以 又称为生物催化剂Biocatalysts。绝大多数的酶都是 蛋白质。,酶催化的生物化 学反应，称为酶 促反应 Enzymaticreaction。在酶的催化下发 生化学变化的物 质，称为底物 substrate。,酶和一般催化剂的共性,酶和一般的化学催化剂一样，它能够改变化学 反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。酶能够稳定底
2、物形成的过渡状态，降低反应的 活化能，从而加速反应的进行。所以一般的化学催化理论和规律，同样适用于 生物催化体系。,二、酶催化作用特性,酶的催化作用可使反应速度提高106-1012倍。,1高效性,酶,碱性磷酸酯酶,无催化剂反应速 度,vu(sec-1)1 x 10-15,酶催化反应速度,ve/vu ve(sec-1)141.4 x 1016,肌酸激酶,3 x 10-9,4 x 10-5,1.33 x 104,2选择性,酶的专一性Specificity一种酶仅作用于一种或 一类化合物，或一定的 化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产 物。酶的这种特性称为酶的 特异性或专一性。,(1)反应专一性
3、,酶一般只能选择性地催 化一种或一类相同类型 的化学反应，对于其他 活泼功能基团不作用。,2)底物专一性,一种酶只能作用 于某一种或某一 类结构性质相似 的物质。根据酶对底物专 一性的程度和类 型，大至可分为 以下几类：,结构专一性,有些酶对底物的要求 非常严格，只作用于 一个特定的底物。这 种专一性称为绝对专 一 性（Absolute specificity)。如：脲酶只能催化尿 素的水解，对N-取代 的尿素不水解。,相对专一性,有些酶的作用 对象不是一种 底物，而是一类化合物或一 类化学键。这 种专一性称为 相对专一性(Relative Specificity)。,族(group)专一性,
4、如-葡萄糖苷酶，催化由-葡萄糖所构成的糖苷水解，但对于糖苷的另一端没有严 格要求。,键专一性,如酯酶催化酯的水解，对,于酯两端的基团没有严格 的要求。,位置选择性酶作用于某一类结构的物 质，只能在某一特殊位置 形成新的化合物。如：酪氨酸酶催化苯酚氧 化，只能产生邻位醌类化 合物。某些脂肪酶只能催化取代 戊二酸二乙酯的一端水解.,（3）立体化学专一性,酶的一个重要特性是能 专一性地与手性底物结 合并催化这类底物发生反应。例如，淀粉酶只能选择 性地水解D葡萄糖形 成的1，4糖苷键,手性专一性,几何专一性,有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反 应，而对另一种构型则无催化作用。如延胡索酸水合酶只
5、能催化延胡索酸水合生成苹 果酸，对马来酸则不起作用。,酶促反应一般在pH5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40 C。高温或其它苛刻的 物理或化学条件，将引起酶的失活。,3反应条件温和,4.酶活力可调节控制,如抑制剂调节、共价 修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制 等。,三、酶的命名及分类,1.酶的命名(1)习惯命名法:1,根据其催化底物来命名；2,根据所催化反应的性质来命名；3,结合上述两个原则来命名，4,有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它 特点。,(2)国际系统命名法,系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最 后加一个酶字。例如：习惯名称:谷丙转氨酶,-酮戊二酸氨基转移酶,系统
6、名称:丙氨酸：酶催化的反应:谷氨酸+丙酮酸,-酮戊二酸+丙氨酸,酶的系统编号,根据上面的分类标准，国际酶学委员会（Enzyme Commission,缩写为 EC）对每一种酶都作了统 一编号。酶的系统编号用4个阿拉伯数字表示，每个数字之间用一圆点隔开，数字前冠以EC。如谷丙转氨酶的编号为EC 2.6.1.2等。核酸水解酶 RNase T1(EC 3.1.4.8),依数字次 序表明该酶为：3-水解酶类，1-水解酯键，4-水 解磷酸二酯键，8-水解磷酸二酯键酶中的第8号 酶。,2.酶的分类,(1)氧化-还原酶 Oxidoreductase这类酶催化氧化还原反应，包括参与催化氢和/或电子 从中间代谢
7、产物转移到氧整个过程的各种酶，也包括促 成某些物质进行氧化还原转化的各种酶。这类酶在生物 的氧化产能、解毒以及某些生理活性物质的形成等过程中起着重要的作用。氧化还原酶催化的反应一般都需要辅酶参加，这些辅酶 在反应中起着接受电子或提供电子的作用。按照习惯分类法氧化还原酶类分为四个亚类：脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶和加氧酶,脱氢酶催化醇、醛、烷,烃、脂肪胺等脱氢或还 原反应，因此，有些酶 又称为还原酶。,大部分脱氢酶（300多,种）NAD(H)（辅酶I）NADP(H)（辅酶II）作 为辅酶，乳酸脱氢酶（EC 1.1.1.28）催化的反应。,（1）脱氢酶,（2）氧化酶,氧化酶以氧为氧化剂催化 醇、醛、
8、烷烃、脂肪胺等 的氧化反应。如葡萄糖氧化酶（EC 1.1.3.4）就属于这一类型 氧化酶，其每个酶分子中 含有两个FAD分子，催化葡 萄糖氧化反应。,（3）过氧化物酶,过氧化物酶类以H2O2或过氧 化物作为氧化剂催化的氧化 还原反应。如辣根过氧化物酶在过氧化 氢存在下，可以催化氧化邻 苯二胺形成2,3-二氨基吩嗪，催化酚类化合物形成二聚体。,（4）加氧酶,加氧酶和氧化酶不同，加氧酶催化氧原子直接 加入到有机分子中，分 类两种类型：一种是催 化两个氧原子加入，常 常称为双加氧酶，一种 是催化一个氧原子加入，又称为单加氧酶。,转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原 子转移到另一个底物的
9、分子上。这类酶大部分都需要辅酶参与，根据转移基团的性质，可 以将转移酶分为八个亚类：一碳基转移酶；酮醛基 转移酶酰基转移酶糖基转移酶烃基转移酶含氮基转移酶含磷基转移酶含硫基团的转移酶。例如，谷 丙转氨酶催化的氨基转移反应。,(2)转移酶 Transferase,2.酶的分类,(3)水解酶 hydrolase水解酶类在体内主要担负蛋白质、核酸、多糖、脂肪等化合物的降解任务，其中许多酶存在于 人体的消化系统和溶酶体内，不需要辅酶参与，是目前应用最广泛的一类酶。根据水解键的类型，主要可以分为酯类、糖苷 类、肽类等多个亚类。,酯酶类,主要催化各种酯类 的水解，羧酸酯 酶类，如脂肪酶、磷脂酶、胆碱酯酶
10、等；硫酯水解酶 类；磷酸酯酶类,糖苷酶类,这类酶主要催化各种类 型的糖苷水解，如催化 淀粉水解的-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、催化 纤维素水解的纤维素酶、催化细胞壁多糖水解的 溶菌酶、催化蔗糖水解 的蔗糖酶，以及催化各 种糖苷水解的-葡萄糖 苷酶、-葡萄糖苷酶、-甘露糖苷酶、-半乳 糖苷酶等。,肽酶类,肽酶类是指催化肽键水,解的各种酶类，根据作 用的方式可以分为外切 酶和内切酶,前者简称为肽酶，如羧,肽酶C、亮氨酸氨肽酶 及Glu-Gul二肽酶等；,后者通常称为蛋白酶，,如胰蛋白酶、胰凝乳蛋 白酶、木瓜蛋白酶、HIV蛋白酶及胶原蛋白 酶等。,水解C-N键的其它酶类,这类酶主要是催化酰胺的水 解，如天
11、冬酰胺酶、脲酶、氨基酸酰化酶；催化环内酰胺水解的酶，如-内酰胺酶（青霉素酶）；催化胍基水解的精氨酸酶；催化核苷、核苷酸碱基脱氨 的腺苷脱氨酶；催化腈水解 的腈水解酶等。,酰胺类化合物的酶催化水解反应广泛应用与氨基酸拆分 和青霉素、头孢霉素母核的生产中，所使用的酶主要是 酰化酶类。青霉素是人们经常使用的一种抗生素。但是，多年的使 用使得不少病原菌对青霉素产生了抗药性。利用青霉素 酰化酶，将青霉素母核（6-氨基青霉烷酸，6-APA）和侧链水解，然后，利用化学合成的方法，使青霉素的母核 与其他的侧链连接起来，从而研制出氨苄青霉素等新型 的青霉素。,头孢菌素类抗生素是一类抗菌谱广、抗菌活性强、疗效高、
12、毒性低的抗生素。7-氨基头孢烷酸(7-ACA)是医药工业生产半合成头孢菌素的重要中间体，国内外在工业上多采用化学法由头孢菌素C 脱去其侧链来生产7-ACA。,其它水解酶类,水解酶还有水解酸酐的酶类,如焦磷酸酶、ATP酶等；催 化C-C键水解的酶，如草酰乙酸酶、环己烷1,3-二酮水 解酶等；催化卤代物水解的酶，如甲状腺素脱碘酶、4-氯苯甲酸脱氯酶等；催化环氧化物水解的环氧化物酶等。环氧化物水解酶能催化环氧化物进行不对称水解，例如 黑曲霉(Aspergillus niger)的环氧化物水解酶催化 吡啶型环氧乙烷的水解反应可得到手性环氧化物，对映体过量98%。,2.酶的分类,裂合酶催化底物进行非水解
13、性、非氧化性分解，,从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的 反应及其逆反应。,涉及到碳碳键裂解的酶，有脱羧酶类，其中,催化氨基酸脱羧的酶需要磷酸吡哆醛作为辅酶，催化酮酸脱羧的酶需要焦磷酸硫胺素作为辅酶，谷氨酸脱羧酶、酪氨酸脱羧酶、丙酮酸脱羧酶、没食子酸脱羧酶等；还有醛酮基裂解的酶，如 醛缩酶；,(4)裂合酶 Lyase,分解碳氧键的酶，催化水分子加到反应物的双键上或从 反应物上脱去水分子形成双键，如延胡索酸酶、葡萄糖醛 酸脱水酶、腈水合酶等；分解碳氮键的酶，如天冬氨酸酶、苯丙氨酸氨基裂解酶 等；裂解碳硫键、碳卤键的酶，如半胱氨酸裂解酶、二 氯甲烷脱氯酶。裂解酶类对双键的形成有催化作用，同时也
14、能催化双键上 的加成反应。如天冬氨酸酶（Aspartase）可以催化富马 酸加氨生成L-天冬氨酸，还有苯丙氨酸氨解酶能够催化肉桂酸加氨生成L-苯丙氨酸等。,腈水合酶能将腈催化转化成相应的酰胺类化合物，如,用丙烯腈生产丙烯酰胺，用3-氰基吡啶生产烟酰胺。,日东公司在成功开发了微生物法生产丙烯酰胺技术后,不久即开发了微生物法生产烟酰胺技术,利用用于丙,烯酰胺生产的腈水合酶高产菌种催化烟腈水合生产烟 酰胺。,2.酶的分类,(5)异构酶 Isomerase异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，葡萄糖异构酶催化的反应。,果葡糖浆的生产工艺,果葡糖浆是一种完全可 以替
15、代蔗糖的产品，并 与蔗糖一样可广泛应用在食品及饮料行业，特 别是在饮料行业中的应 果葡糖浆用，其风味与 口感要优于蔗糖。目前 的2500-4500元吨左 右。,2.酶的分类,(6)合成酶 Ligase or Synthetase合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。由于这类反应都 是热力学上不能自发进行的反应，因此，必须 与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H=AB+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2草酰乙酸,2.酶的分类,(7)核酶（催化核酸）ribozyme核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够催化R
16、NA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反 应等。,第二节 辅酶coenzyme,根据酶的组成情况，可以将酶分为两大类：单纯蛋白酶：它们的组成为单一蛋白质.结合蛋白酶：某些酶，例如氧化-还原酶等，其分子中除了蛋白质外，还含有非蛋白组分.结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白 质部分包括辅酶及金属离子(或辅因子 cofactor)。酶蛋白与辅助成分组成的完整分子称为全酶。单纯的酶蛋白无催化功能.,一、辅酶的结构与功能,某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并 协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团 转移反应。大
17、多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。,(1)NAD和NADP,NAD+(烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I)和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅 酶II)是维生素烟酰胺(B5)的衍生物。,是多种重要脱氢酶的辅酶。,生产烟酰胺工艺-广州龙沙,瑞士Lonza AG 公司是全球最大的烟酰胺生产企业,它利 用日东公司的技术建立了全球第一个微生物法生产烟酰 胺的工业装置,在中国的合资企业广州龙沙和南沙龙沙 有限公司,建成了年产万吨的固定化酶法生产烟酰胺的 生产装置。该工艺腈水合酶活力高达1000 万单位/毫升发酵液,转 化率高达99%以上,
18、同时大大简化产物分离提取工艺,产 品纯度达99.8%以上。,(2)FAD和FMN,FAD(黄素-腺 嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核 黄素(维生素在脱氢酶催化的氧B化2)-的还衍原生物。起着电子和质子的传递体,FAD和FMN反应过程中的结构变化,(3)泛酸和辅酶A(CoA),辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前 体是维生素(B3)泛酸。,辅酶A的主要功能是传递酰基，是形成代谢中间产物的重 要辅酶。,(4)四氢叶酸(FH4或THFA),四氢叶酸是合 成酶的辅酶，其前体是叶酸(又称为蝶酰谷 氨酸，维生素 B11)。,四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH3,-CH2-,-
19、CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。,(5)焦磷酸硫胺素(TPP),焦磷酸硫胺素是脱羧酶的辅酶，它的前体是硫胺 素(维生素B1)。,是催化酮酸的脱羧反应,(6)磷酸吡哆素,磷酸吡哆素主要包括磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。,磷酸吡多素是转氨酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡多醛和磷酸吡多胺的相互转换，起转移氨基的作用。,磷酸 吡多 醛和 磷酸 吡多 胺的 相互 转换,(7)生物素,生物素是羧化酶的辅酶，它本身就是一种B族维生素B7。,生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和 固定CO2的作用。,生 物 素 参 与 的 丙 酮 酸 羧 化 反 应,(8)维生素B12辅酶,维生素B12又称为钴胺
20、素。维生素B12分子中 与Co+相连的CN基被 5-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。维生素B12辅酶的主要 功能是作为变位酶的 辅酶，催化底物分子 内基团(主要为甲基)的变位反应。,维生素B12及维生素B12辅酶的结构,变位酶催化反应中维生素B 辅酶的作用12,（9）硫辛酸,硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是 6,8-二硫辛酸，有两种形式，即硫辛酸（氧化 型）和二氢硫辛酸（还原型）.,(10)辅酶Q(CoQ),辅酶Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的 线粒体中，其结构为：,辅酶Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与 底物分子之间传递电子。,
21、辅酶Q10(Coenzyme Q10),辅酶Q10是一种具有重要生理和药理作用的生 命活性物质，是当今医学领域最有效的抗氧化 物之一。广泛应用于心血管类疾病、肝炎、癌 症、艾滋病等综合治疗及提高人体免疫力。近年来，国内外将辅酶Q10广泛用于营养保健品 及食品添加剂，市场需求不断增长。在国际市场上。这种产品供不应求，价格已达 3000美元/kg，经济利益十分巨大，辅酶Q10的 化学和半化学合成法成为当今研究的热点。,辅酶Q10的合成,其合成的关键原料是茄尼,醇，也称九聚戊二烯伯醇，三倍半萜烯醇。,烟叶中茄尼醇含量较高，,约在0.3-0.5%之间，而云 南烟叶中茄尼醇含量在 0.5-0.8%之间，
22、现一般以 废次烟叶为原料，先提取 茄尼醇的粗品(含17%茄呢 醇)，经过一定的工艺提 取茄尼醇精品(含量70-75%)再到纯品(含量90%)，进而用来合成辅酶 Q10(CoenzymeQl0),（11）维生素C,维生素C并不属于辅酶，但是对人类健康具有重要作用。,维生素C能有效防治坏血病，所以又称为抗坏血酸（L-Ascorbic acid）。维生素C是一种6个碳原子的酸性多 羟基化合物，分子中C-2和C-3位两个相邻的烯醇式羟基易解离而释放H+，所以维生素C虽不含羧基，但具有酸性。,维生素C很容易发生氧化脱氢，是人体内重要的抗氧化剂。,能够参与生物体内的氧化还原反应，保护巯基酶不被氧 化，消除
23、体内有害的氧自由基等。,二、脂溶性维生素,脂溶性维生素包括：维生素A(视黄醇 retinol)、维生素D(钙化醇calciferol)、维生素E(生育酚tocopherol)、维生素K(凝血维生素，vitamin K)。在食物中，它们常和脂质共同存在，当 脂质吸收不良时，它们的吸收会减少，甚至会引起缺乏症。,（1）维生素A,维生素A又名视黄醇（retinol），是一个具有 脂环的不饱和一元醇，在生物体内视黄醇可以 转化为视黄醛（retinal）。,很多植物性食品如胡萝卜、红辣椒、菠菜等中,的-胡萝卜素可被小肠粘膜或肝脏中的加氧 酶(-胡萝卜素-15，15-加氧酶)作用转变 成为视黄醇，所以-胡
24、萝卜素又称做维生素A 元(provitamin A)。,维生素A在体内可被氧化成视黄醛，构成视网,膜的感光物质，即视色素。在维生素A缺乏时，必然引起11-顺视黄醛的补充不足，视紫红质 合成减少，对弱光敏感性降低，日光适应能力 减弱，严重时会发生夜盲症。,维生素A还是维持上皮组织健全所必需的物质，,缺乏时可引起上皮组织干燥、增生和角质化，产生干眼病、皮肤干燥、毛发脱落等。,（2）维生素D,维生素D是固醇类的衍生物，人体内维生素D主,要是由7-脱氢胆固醇经紫外线照射转变而成，称为维生素D3或胆钙化醇(cholecalciferol)。植物中的麦角固醇经紫外线照射后可产生另一 种维生素D，称为维生素
25、D2或钙化醇。,不论维生素D2或D3，本身都没有明显的,生理活性，它们必须在体内进行一定的 代谢转化，生成1，25-二羟基羟基维生 素D3，即活性维生素D。,维生素D能促进小肠对食物中钙和磷的吸,收，维持血中钙和磷的正常含量，促进 骨和齿的钙化作用，可防治佝偻病、软 骨病和手足抽筋症等，但使用维生素D时 应同时补充钙质。,（3）维生素E,维生素E又称为生育酚，已经发现的生育酚有、和四种，其中以-生育酚的生理效用最强。它们都是苯并二氢吡喃的衍生物。-生育酚的结构如下：,维生素E在无氧状况下能耐高热，并对酸 和碱有一定抗力，但对氧却十分敏感，是一种有效的抗氧化剂，常应用来保存维生素A制剂和各种食用
26、油脂。维生素E被氧化后即失效。维生素E与动 物生殖机能有关，在临床上它可作为药 物使用，治疗某些习惯性流产。,（4）维生素K,维生素K（Vitamin K）是2-甲基-1,4-萘醌 的衍生物，自然界已发现的有两种，存于 绿叶植物中的为维生 素K1（叶绿醌，phylloquinone），肠道细菌合成的为维生素K2（甲基萘醌-7，Menaquinone）它们 的结构如下：,1,4-萘醌也具有维生素K的作用，以2-甲 基-1,4-萘醌（维生素K3，menadione）的作用最强，为天然维生素K1效力的三倍，但其毒性较大，现在药用维生素K3 多为其还原性衍生物或亚硫酸钠盐。维生素K可以促进肝脏合成多种
27、凝血因子，因而能促进血液凝固。维生素K缺乏时的 主要症状是凝血时间延长。,重要的辅酶及其前体维生素,三、辅酶在酶促反应中的作用特点,辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。每一种辅酶都具有特殊的功能，可以特定地催 化某一类型的反应。同一种辅酶可以和多种不同的酶蛋白结合形成 不同的全酶。一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类 型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化 的底物类型（底物专一性）。,第三节 酶的结构及催化作用机制,一、酶分子的结构特点1结合部位 Binding site，酶分子中与底物 结合的部位或区域一般称为结合部位。,酶分子中促使底物发生化学 变化的部位称为催化部位。通常将酶的结
28、合部位和催化 部位总称为酶的活性部位或 活性中心。结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应 的性质。,2催化部位 catalytic site,溶菌酶的活性中心,酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种 程度的结合的部位，从而引起酶分子空间构象 的变化，对酶起激活或抑制作用。,3调控部位 Regulatory site,4酶活性中心的必需基团,亲核性基团：丝氨酸 的羟基，半胱氨酸的 巯基和组氨酸的咪唑基。酸碱性基团：门冬氨 酸和谷氨酸的羧基；赖氨酸的氨基；酪氨 酸的酚羟基；组氨酸 的咪唑基；半胱氨酸 的巯基等。,二、酶作用的机制,酶的催化作用可使反应速度提高107,1016,倍，那么，
29、为什么酶具有如此高的催化 效率？酶催化作用的高效性、专一性是 如何决定的？这就是酶作用的机制问题。首先需要知道酶与底物在结合过程中发 生了什么？为什么会是活化能降低？其次，酶如何催化底物的断裂或偶联？,1.活化能降低,酶促反应：E+S=ES=ESEPE+P反应方向,即化学平衡方向,主要取决于反应自由能变化H。而反应速度快慢,则主要取决于反应的活化能Ea。催化剂的作用是降低反应活化能Ea,从而起到提高反应速 度的作用。,1）中间产物学说,在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。E+S=E-SP+E许多实验事实证明了E
30、S复合物的存在。ES 复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。,酶-底物复合物的形成,在底物S与酶E结合之前，二者均处于自由运动状态，在结合过程中，由于底物与酶分子的相互作用产生结 合能，结合后，形成高度有序、底熵的复合物,2）脱溶剂化作用,在酶-底物复合物ES形成过程中，酶分子活性中心结合 的水分子和底物分子结合的水分子相继发生脱溶剂化 作用，脱溶剂化作用增加了ES复合物的能量，使其更活泼而容易反应。,3）静电不稳定作用,当底物进入酶的活性中心时，底物分子的带电荷基团被 迫与酶活性中心的电荷相互作用，导致静电不稳定作用，底物分子发生扭曲、形变，从而引起反应加速进行。,4）张力作用,由于底物与酶
31、活性中心结合时，酶活性中心的某,些基团空间位阻，迫使底物分子的敏感键产生张 力或变形，使底物分子的某些键的键能减弱，产 生键扭曲，降低了反应活化能。,酶催化反应的活化能降低的因素,1，中间产物形成一个有序的、低熵的复 合物。2，脱溶剂化作用增加了ES复合物的能量，使其更活泼而容易反应。3，静电去稳定化作用，底物分子发生扭 曲、形变，从而引起反应加速进行。4，空间位阻使底物分子发生扭曲、形变，从而引起反应加速进行。,（1），邻位效应在有机化学中，一个分子中某些基团邻位 的取代基常常具有极高的催化效应。而对 于酶-底物复合物来说，底物分子处于酶分子的包围之中，只要位置合适，酶分子 中的某个取代基就
32、处在一个底物分子反应 基团的邻位，进而发生亲核进攻，酸碱催 化等反应，加速了反应进行。,2.决定酶作用高效率的机制,咪唑和对-硝基苯酚乙,酸酯的反应是一个双 分子氨解反应。,实验表明，分子内咪,唑基参与的氨解反应 速度比相应的分子间 反应速度大24倍。说 明咪唑基与酯基的相 对位置对水解反应速 度具有很大的影响。,（2）形成过渡态,按 SN2 历程进行的 反应，反应速度与形 成的过渡状态稳定性 密切相关。在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成 复合物的实际上是底 物形成的过渡状态，所以，酶与过渡状态 的亲和力要大于酶与,底物或产物的亲和力。,酸-碱催化可分为,狭义的酸-碱催化 和广义的酸-碱催
33、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,是指通过质子酸 提供部分质子,或 是通过质子碱接 受部分质子的作 用，达到降低反 应活化能的过程。,（3）酸碱催化,(4)共价催化,催化剂通过与底物形成反应活 性很高的共价过渡产物，使反 应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。酶中参与共价催化的基团主要 包括 His 的咪唑基，Cys 的 硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等。某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和 磷酸吡哆醛等也可以参与共价 催化作用。,表2-6形成共价中间产物的酶,反应基团共价中间产物,酶1.胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶 酯酶枯草杆菌蛋白酶凝血酶 胰蛋白酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶 胃蛋白酶碱性磷酸酯酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸甘油酸变位酶 琥珀酸CoA 合成酶醛缩酶 脱羧酶,（5）金属离子催化,金属离子可以和水分子的OH-结合，使水显示出更大的亲 核催化性
