酶的催化机理一, 酶与活化能
碰撞, 有效碰撞, 活化分子,
活化能：活化分子所有的最低能量 (Ea)与
分子的平均能量 (EA)之差 。 分子由常态转
变为活化状态所需要的能量称为活化能 。
酶的催化机理一, 酶与活化能
酶的催化机理二, 酶与底物作用机理
中间产物学说
催化机理目前较满意的解释是：
中间产物学说
又叫
过渡态学说
中间产物学说
酶与底物通过形成中间产物使反应沿一个低
活化能的途径进行 。
E + S ES E + P
酶的催化机理二, 酶与底物作用机理
中间产物学说
酶的催化机理二, 酶与底物作用机理
? 底物 S与酶结合形成 中间产物 ES
S与 E的结合导致分子中某些化学键发生变化，
呈不稳定状态，亦即活化态，使反应活化能降低。
? 复合物 ES转变成酶与产物的复合物 EP
? EP裂解，生成产物
Sumary-中间产物学说
酶的催化机理二, 酶与底物作用机理
酶的催化机理
锁 钥学说
(Lock and key Hypothesis)
1890年 Emil Fischer as a great organic chemist led
to the notion of an enzyme resembling a,lock” and
its particular substrate the,key”,酶和底物的结合状
如钥匙与锁的关系。底物分子或其一部分象钥匙一
样，专一地楔入到酶的活性中心部位，即 底物分子
进行化学反应的部位与酶分子活性中心具有紧密互
补的关系 。
二, 酶与底物作用机理
酶的催化机理
此学说很好地解释了酶的立体异构专一性，
但不能解释酶的活性中心既适合于可逆反应的底
物，又适合于产物，也不能解释酶专一性中的所
有现象。
二, 酶与底物作用机理
酶的催化机理
诱导契合学说
(Induced fit Hypothesis)
1958年 D.E.Koshland提出
酶分子活性中心的结构原来并非和底
物的结构互相吻合，但酶的活性中心是柔
性的而非刚性的。
二, 酶与底物作用机理
酶的催化机理
当底物与酶相遇时，可 诱导酶活性中心的
构象发生相应的变化,其上有关的各个基团达
到正确的排列和定向，因而 使底物和酶能完全
契合。
当反应结束产物从酶分子上脱落下来后，
酶的活性中心又恢复成原来的构象。
二, 酶与底物作用机理
对于双分子反应，底物结合到酶的活性中心好象
(1) 邻近效应和定向效应
? 两个底物分子相邻近，大大提高了底物的
有效浓度 ——邻近效应
? 底物分子还在活性中心“定向”排布，有
利于原子轨道的重叠 ——轨道定向，使分
子间反应近似于分子内反应
三、酶催化的高效性的机理 酶催化的高效性
三、酶催化的高效性的机理 酶催化的高效性
(2), 张力, 和, 形
变,
底物与酶结合
酶分子构象变化
底物分子的 敏感键
产生“张力”和“形变”
敏感键断裂
诱导
有利于
酶催化的高效性三、酶催化的高效性的机理
(3) 酸碱催化
? 酶活性部位上的某些基团可以作为质子供体 (或
质子受体 )对底物进行酸或碱催化 —— 酸碱催化
酶催化的高效性
? 在酶的活性中心上，有些基团是质子供体（ 酸
催化基团 ），可以向底物分子提供质子，称为
（ 酸催化）
? 有些催化基团是质子受体（ 碱催化基团 ），可
以从底物分子上接受质子，称为（ 碱催化）
三、酶催化的高效性的机理
酶催化的高效性
表 3 2
酶 分 子 中 作 为 酸 碱 催 化 的 功 能 基
氨 基 酸 种 类 酸 催 化 基 团 ( 质 子 供 体 ) 碱 催 化 基 团 ( 质 子 受 体 )
G l u,A s p
L y s
C y s
T y r
H i s
C O O H C O O
N H
3
+
N H
2
SS H
H N N H
+
H N N,
.
O H
O
酶分子中作为酸碱催化的功能基团
三、酶催化的高效性的机理
? 有时，酶活性部位上有几个基团分别作为质子
的供体和受体，同时进行酸碱催化 ——酸碱共
同催化
酶催化的高效性
如 His的咪唑基
在中性条件下, 有一半是酸形式, 一半是
碱形式 。 因此既可进行酸催化, 又可进行碱
催化 。
所以咪唑基是酶分子最有效, 最活泼的一
个功能基团 。
三、酶催化的高效性的机理
(4) 共价催化
某些酶在催化反应时，本身能放出或吸取电子
并作用于底物的缺电子或负电子中心，并与底物形
成共价连结的 共价中间物,使反应活化能大大降低。
按照酶对底物所攻击的基团的不同, 该催
化方式又分为亲核催化 （ nucleophilic catalysis）
和亲电子催化 （ cetecrophilic catalysis） 。
酶催化的高效性三、酶催化的高效性的机理
(4) 共价催化
前者是指酶攻击底物的基团是富电子的,
这些基团首先攻击底物的亲电子基团 （ 亦称缺
电子基团 ） 而形成酶 — 底物的共价复合物 。 反
之, 酶的缺电子基团攻击底物分子上富电子基
团而形成酶 — 底物共价中间产物 。 在酶的共价
催化中, 亲核催化较为常见
酶催化的高效性三、酶催化的高效性的机理
羧肽酶 A催化
作用的模式
亲 核 基 团
— C H
2
— O
H
亲 电 子 基 团
丝 氨 酸 羟 基
— C H
2
— S
H
半 胱 氨 酸 巯 基
— C H
2
—
H N N
组 氨 酸 咪 唑 基
如 胰凝乳蛋白酶
chymotrypsin
酶催化的高效性三、酶催化的高效性的机理
(5) 活性中心是低介电区
某些酶的活性中心穴内是非极性的，这种
低介电环境甚至还可能排除水分子。
这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团
之间就会有很大的反应力，加速反应的进行。
酶催化的高效性三、酶催化的高效性的机理