导图社区 第十章 酶的催化机制
这是一篇关于第十章 酶的催化机制的思维导图，主要内容包括：酶的催化机制主要研究方法，过渡态稳定学说，过渡态稳定的化学机制，几种常见酶的结构与功能。
这是一篇关于第二十五章 糖异生的思维导图，主要内容包括：原料，过程，其他物质进入，能量消耗，生理功能，调节。糖异生是指非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。
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第十章 酶的催化机制
一、 酶的催化机制主要研究方法
1. 测定酶的一级结构，找出保守性的氨基酸残基
保守性越高的氨基酸对酶三维构象的稳定性和功能贡献越大，可能与催化机制直接相关
2. 确定酶的三维结构
X晶体衍射、NMB（核磁共振）、冷冻电镜
3. 定点突变
对酶上的某个或某些氨基酸残基（尤其是活性中心附近）进行定点突变，看是否影响催化功能。往往突变亲水aa，亲水aa往往承担催化功能
4. 动力学分析
如 胰凝乳蛋白酶的“爆发动力学”
5. 化学修饰
修饰某些基团看是否影响功能
6. 计算机模拟
二、 过渡态稳定学说
*
任何一个化学反应系统中，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就是过渡态
过渡态时间很短
要到达过渡态，反应物必须具有足够的能量克服势能障碍，及活化能
一、过渡态稳定学说的提出
酶之所以能够催化反应,是因为它能降低反应的活化能。
一种酶要行使催化,必须能够通过某种方式稳定反应的过渡态,而不是稳定基态,即酶与过渡态的亲和力必须要高于它与底物的亲和力。酶的这种催化反应的机制被称为“过渡态稳定”学说。
假设
ES结合的部分能量用来驱动过渡态的形成
结合能不是越大越好
二、支持证据
1、过渡态类似物可以作为酶的不可逆性抑制剂,其抑制效果要比竞争性抑制剂强得多
2、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。
抗原——抗体 过渡态类似物（半抗原）——酶（抗体酶）
三、 过渡态稳定的化学机制
（1） 邻近定向效应
两个或两个以上底物同时结合在同一个酶上，他们必须①相互靠近②定向（空间取向）正确
酶活性中心的结构被预先设计得正好与底物按特定的方向结合,非常有利于反应的进行。
（2） 广义的酸碱催化
是酶活性中心的催化基团作为质子供体或受体参与催化
His最适合的广义酸碱催化剂
广义酸催化
提供质子
具有3个pKa的氨基酸(如Cys、Ser、Thr、Asp、Glu、Arg、Lys/His)的 R基团,以及肽链两端游离的α-氨基和α-羧基。
对于核酶而言,参与广义酸碱催化的基团包括核糖的 2'-0H、腺嘌呤的 N1和胞嘧啶的 N3。
由于微环境的变化,这些基团在-个酶分子上真实的 pK,,与它们在游离的氨基酸或核苷酸上的 pK,差别可能很大。
广义碱催化
结合质子
核糖核酸酶A
活性中心的 His12 和 His119 分别充当广义酸碱行使个催化。
溶菌酶为例,它的底物是糖苷键，其活中心有一对酸性的氨基酸残基Glu35 和 Asp52
（3） 静电催化
酶自身带电基团中和与其所带电荷相反的过渡态
溶菌酶催化的最适pH是5.3 为什么？
Asp、Glu的pKa为3，但Glu表观pKa＞5.3，Asp表观pKa＜5.3， 当pH＝5.3，正好使Glu质子化，Asp去质子化，若pH＞5.3，则都去质子化，不利于催化。反同
（4） 金属催化
1/3的酶需要金属催化，酶分为
金属酶，紧密结合金属离子，多为过渡金属（铁、亚铁、铜、锌、锰、钴）
金属激活酶，松散结合金属离子，常为碱金属或碱土金属（钠钾镁钙）
金属离子参与的催化叫金属催化，一般有五种方式参与催化
1||| 路易斯酸接收电子，使亲和性更强
2||| 与带负电荷的底物结合，屏蔽负电荷，使反应正确进行（激酶需要mg离子）
3||| 参与静电催化，稳定带负电的过渡态
4||| 通过价态的可逆变化，作电子受体或供体参与氧化还原反应
5||| 本身是酶的一部分
碳酸酐酶
（5） 共价催化
在酶催化过程中，短暂形成共价键，产生共价中间物，又断开。大大降低活化能。限速步骤是供价中间物的形成或断裂。
形成共价中间物的方式
亲和催化
负价原子攻击正价原子
亲电催化
正价原子攻击负价原子
常借助辅因子的力
都要经过两次亲核进攻或两次亲电进攻才能完成催化
亲核催化
希呋碱C＝N是常见的共价中间物，硼氢化钠可以不可逆抑制催化希呋碱的酶。
硼氢化钠可将C=N变为C-N。
加入硼氢化钠
反应能催化，则席夫碱不参与酶的催化，
不能催化，则席夫碱参与酶的催化
典
辅氨酶（氨基转移酶）
（6） 底物形变
底物形变是诱导契合产生的主要效应，底物形变使其更接近过渡态
四、 几种常见酶的结构与功能
一、蛋白酶
所有蛋白酶催化都要经历碳四面体过渡态
蛋白酶是催化肽键水解的一类酶的总称
分类
（1） 丝氨酸蛋白酶
催化基团包括至少一个Ser，DIPF是其不可逆抑制剂
胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶
决定专一性的是活性中心立体化学
三个氨基酸保守性极高Ser、His、Asp，催化三元体
（2） 巯基蛋白酶
催化基团包括一个Cys的巯基，巯基试剂（如碘代乙酸）是其不可逆抑制剂
植物 木瓜蛋白酶；参与细胞凋亡的 胱天蛋白酶
巯基蛋白酶催化共同特征：都需要一个Cys、一个His（巯基比羟基更易去质子化
（3） 天冬氨酸蛋白酶
催化基团包括两个重要的Asp。偏碱性无法存活
包括胃蛋白酶、HIV-1蛋白酶、凝乳酶、肾素
HIV-1蛋白酶 天冬氨酸蛋白酶，将不成熟HIV蛋白催化成熟
用高度对称性抑制剂可抑制其活性
只有一次亲核进攻，亲水试剂都是水，没有共价催化。Asp蛋白酶催化涉及两个重要的Asp残基，交替充当广义酸碱催化剂
大多具有两叶组成的三级结构，多两重对称，少数为同源二聚体（胃蛋白酶、HIV-1蛋白酶）
（4） 金属蛋白酶
活性中心结合金属离子，金属螯合剂EDTA可使其失活
二、溶菌酶
血液和眼泪中广泛分布
是第一个用X射线得到的三维结构酶
溶菌酶通过水解肽聚糖连接N-乙酰葡唐安和N-乙酰胞壁酸的β-1,4-糖苷键
溶菌酶作用机制
(1)Glu35 作为广义酸将其羧基上的质子提供给 D-E-糖苷键上的0,导致糖苷键的断裂。
(2)D位点上的C1带上正电荷,成为一个暂时的碳正离子中间物。这种潜在不稳定的中间物因为D位点糖环的扭曲(从椅式变成半椅式)(图10-21)以及Asp52所带的负电荷的中和而得以稳定。
