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提纲
一、酶催化机理研究的主要方法
二、过渡态稳定学说
三、过渡态稳定的化学机制
1.邻近定向效应
2.广义的酸碱催化
3.静电催化
4.金属催化
5.共价催化
6.底物形变
四、几种常见酶的结构与功能
1.蛋白酶
2.溶菌酶
酶催化机理研究的主要方法
①找出保守性的氨基酸残基
②三维结构的研究
③定点突变
④动力学分析
⑤化学修饰
⑥计算机模拟
过渡态稳定学说
H-H+H→H-H-H(过渡态)→H-H+H
ABCABCBCA
☺根据过渡态理论,在任何一
个化学反应体系中,反应物
需要到达一个特定的高能状
态以后才能发生反应。这种
不稳定的高能状态被称为过
渡态。达到过渡态要求反应
物必须含有足够的能量以克
服活化能。
☺1946年Pauling提出,酶与
过渡态的亲和力要比对基态
(底物)的亲和力高得多,
酶的催化源于其对过渡态的
稳定作用。化学反应的过渡态及
其前后的自由能变化
“铁丝酶”催化反应的过渡态稳定机制
支持过渡态稳定学说的
根据过渡态的结构设计的过渡态类似物可作
为酶的强抑制剂,抑制效果远高于竞争性抑
制剂。
利用过渡态类似物作为抗原或半抗原,去免
疫动物,由此产生的抗体可能有类似酶的催
化作用。
脯氨酸消旋酶的过渡态及其过渡态类似物抑制剂
抗
体筛选
酶免疫动物
产生抗体
水解
催化水解的抗体酶的
过渡态稳定的化学机制
与酶催化相关联的过渡态稳定是酶活性结构和
反应性以及活性与结合底物之间的相互作用的
必然结果。酶充分使用一系列的化学机制来实现过
渡态的稳定并由此加速反应。它们包括:
①邻近定向效应
②广义的酸碱催化
③静电催化
④金属催化
⑤共价催化
⑥底物形变
邻近定向效应
邻近定向效应是指两种或两种以上的底物(特别
是双底物)同时结合在酶活性上,相互靠近
(邻近),并采取正确的空间取向(定向),
这样大大提高了底物的有效浓度,使分子间反应
近似分子内反应从而加快了反应速度。
底物与活性的结合不仅使底物与酶催化基团
或其它底物接触,而且强行“冻结”了底物的某
些化学建的平动和转动,促使它们采取正确的方
向,有利于键的形成。
广义的酸碱催化
广义的酸碱催化是指水分子以外的分子作为质子供体
或受体参与催化,这种机制参与绝大多数酶的催化。
蛋白质分子上的某些侧链基团(如Asp、Glu和His)
可以提供质子并将质子转移到反应的过渡态中间物而
达到稳定过渡态的效果。如果一个侧链基团的pKa值
接近7,那么该侧链基团就可能是最有效的广义的酸
碱催化剂。His残基的咪唑基就是这样的基团,因此
它作为很多酶的催化残基。
广义的酸催化
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