这紧紧吸附在酶分子表面，维持酶催化活性所必需的最少量的水称为必需水（或结合水、束缚水）。
酶的活性由必需水决定，而与溶剂里的水含量无关，只要必需水不丢失，其它大部分水即使都被有机溶剂取代，酶仍然保持其催化活性。 因此，可把有机介质中酶促反应理解为宏观上是在有机介质中，而在微观上仍是水中的酶促反应。正因如此，才能使用有机介质代替水溶液，进行酶促反应。 一个干燥的酶水合： 吸附水量：
酶分子表面电荷基团： 0-0.07g/g (水/酶) 酶分子表面极性基团： 0.07-0.25g/g 弱极性、非极性基团： 0.25-0.28g/g 表面完全水化，被一层水分子包围。 酶的必需水含量因酶而异。
脂肪酶：几个水分子/每个酶分子
胰凝乳蛋白酶：50个水分子/每个酶分子 乙醇脱氢酶：几百个水分子/每个酶分子 （2）、 对酶的要求
具有对抗有机介质变性的经能力。 （3）、 合适的溶剂及反应体系 （4）、 合适的pH
保证有机介质中酶的微环境具有最适pH值。酶应从具有最适pH值的缓冲液中冻干或沉淀出来。
2、 有机介质对酶性质的影响 （1）、 稳定性
大多数酶在低水有机介质中比在水介质中更稳定。 a. 热稳定性提高
例如：猪胰脂肪酶在醇和酯中进行催化反应，在100℃半衰期长达12h，其活性比25℃时还高几倍
b. 储存稳定性提高
胰凝乳蛋白酶在20℃时，在水中半衰期只几天。在辛烷中，可放6个月，仍保持全部活性。 （2）、 活性
有两类影响 升高活性 降低活性
酶的超活性：高于水溶液中酶活性值的活性。 （3）、 专一性
某些有机溶剂会使某些酶的专一性发生变化，如脂肪酶在有机介质中有合成肽键的功能。星号活力（第二活力）。 （4）、 反应平衡
有机介质能改变某些酶催化的反应平衡。 例如：水解酶类（蛋白水解酶）
在水介质中，水的浓度为55.5mol/L，平衡趋向水解方向， 如在含水量极低的有机介质中，平衡向含成方向偏移。 实例：（酶） 合成）产物 溶剂 合成收率 枯草杆菌蛋白酶 核糖核酸酶 甘油90% 50% 无色杆菌蛋白酶 胰岛素 乙醇30% 80%
凝血酶 人生长素 甘油80% 20% （5）、 分子印迹和pH记忆 酶在冻干前可用配体作印迹。
竞争性抑制剂，可诱导酶活性中心构象发生变化，形成一种高活性构象，而此种构象在除去抑制剂后，因酶在有机介质中的高度刚性而得到保持。 pH记忆：
酶在有机介质中能“记住”它最后存在过的水溶液的pH值，因该pH值决定了酶分子上有关基团的解离状态，这种状态在冻干过程和分散到有机介质中之后仍得到保持。 第四节 酶的作用机理 一、 专一性的机理 （一） 酶专一性类型
一般说来，一种分子能成为某种酶的底物，必须具备两个条件： 分子上有被酶作用的化学键。
分子上有一个或多个结合基团能与酶活性中心结合。 1、 结构专一性 （1）、 键专一性（对底物结构要求最低）
酶只对其作用的的键有要求，而对键两侧基因无特殊要求。
如：酯酶可催化酯键水解，R—CO—OR’ ，对R和R’无要求，但不同底物水解速度不同。又如：磷酸酯酶可水解各种磷酸酯分子。 （2）、 基团专一性Group Specificity
酶不仅对键有要求，还对键一端的基团有要求，但对另一端基团要求不严格。
如：α—D—Glc苷酶，不仅要求作用的键是α—糖苷键，且要求此键一端必须是Glc残基，对此键另一端基团无要求，如此酶可水解蔗糖和麦芽糖。 以上（1）、（2）两类称为相对专一性 P268 表4—9消化道中蛋白酶的专一性 （3）、 绝对专一性
酶只能作用于一个底物，或只催化一个反应。
如：大麦芽中的麦芽糖酶只作用于麦芽糖，脲酶只催化尿素水解。 2、 立体异构专一性 （1）、 旋光异构专一性 当底物具有旋光异构体时，酶只能作用于其中的一种异构体，它是酶促反应中相当普遍的现象。
如：Glu脱氢酶只作用L—Glu，乳酸脱氢酶只作用L?—乳酸。 （2）、 几何异构专一性 顺式反式异构体。
如：反丁烯二酸水化酶只催化反丁烯二酸生成苹果酸，对顺丁烯二酸无作用。
立体化学专一性还表现在酶能区分从有机化学观点看属于对称分子中的两个等同的基团，只催化其中一个，而对另一个无作用。
例如：a.甘油在甘油激酶的催化下只有一个CH2OH基能被磷酸化。
b.糖代谢中的顺一乌头酸酶作用于柠檬酸时，两个CH2COOH对酶来说是不同的。 图
立体专一性在实践中的应用：（1）药物的构效关系（2）立体异构性药物和其它化合物的酶法不对称合成或拆分。
用乙酰化酶制备L—氨基酸：有机合成的D、L—a.a乙酸化，然后用乙酰化酶使L—a.a水
解出来。
（二） 酶作用专一性的解释
1、 三点结合及锁钥模型（刚性模板学说）
底物结合部位由酶分子表面的凹槽或空穴组成，这是酶的活性中心，它的形状与底物分子形状互补。底物分子或其一部分像钥匙一样，可专一地插入酶活性中心，通过多个结合位点的结合，形成酶—底物复合物，同时酶活性中心的催化基团正好对准底物的有关敏感键，进行催化反应。
三点结合学说指出，底物分子与酶活性中心的基团必须三点都互补匹配，酶才作用于这个底物。
P270、图4—16、4—17
刚性模板学说较好地解释了立体专一性，但不能解释酶专一性中所有的现象，如既能催化正反应，又能催化逆反应；那么，酶的结构不可能既适合于底物又适合于产物。 2、 诱导楔合模型
酶分子与底物分子接近时，酶蛋白质受底物分子诱导，构象发生有利于与底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补楔合，进行反应。 P271 图4—18 二、 高效性的机理
1、 邻近效应与定向效应
酶把底物分子（一种或两种）从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。 两种效应对反应速度的影响
①使底物浓度在活性中心附近很高
甚至比溶液中高10万倍，提高反应速度。 ②酶对底物分子的电子轨道具有导向作用 举例：酚羟基和羧基环化成内酸 图
3个CH3固定了-OH和-COOH的相对方位。 ③酶使分子间反应转变成分子内反应 反应速度提高：107 图
④邻近效应和定向效应对底物起固定作用
酶底复合物寿命比一般双分子相互碰撞的平均寿命长，前者10-7-10-4秒，后者10-13秒，增大了产物形成的机率。
2、 扭曲变形和构象变化的催化效应
酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云密度变化，产生电子张力。 P276 图4-20
环状反应物I水解开环，环扭曲能量大量释放，加速反应。 底物与酶蛋白接触，加速反应。 ①酶从低活性形式转变为高活性形式 ②底物扭曲、变形
③底物构象变化，变得更像过度态结构，大大降低活化能。 3、 共价催化
酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高的共价中间物，此中间物易变成过渡态，反应活化能大大降低，提高反应速度。
①亲核共价催化
丝氨酸羟基、Cys的-SH、His的咪唑基。 举例：咪唑基催化对硝基苯乙酸酯水解。 图
②亲电共价催化
亲电基团攻击底物的富电子基团 例：Asp转氨酶催化Asp 转氨反应 图
P278 表4-13 形成共价ES复合物的某些酶 4、 酸碱催化
酶分子的一些功能基团起质子供体或质子受体的作用。
参与酸碱催化的基团：氨基、羧基、巯基、酚羟基、咪唑基。 P279 表4-14 酶分子中可作为广义酸碱的功能基团 影响酸碱催化反应速度的两个因素
⑴酸碱强度，咪唑基在pH6附近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基团。 ⑵给出质子或结合质子的速度，咪唑基最快 ①酸催化酯、酰胺和肽的水解 图
过程：共轭酸与＞C=0氧形成氢键，使＞C=0碳带更多正电荷，更易吸引H2O分子上的氧，降低＞C=0碳与H2O氧形成共价键的活化能；接着，共轭酸将H+转移给＞C=0氧，自己成为共轭碱，并从H2O分子吸引一个H+， 回复原状。 ②碱催化酯、酰胺水解 图
过程：共轭碱先与H2O中H形成氢键，使H2O中氧的电负性增强，更易对＞C=0碳进行亲核进攻，降低碳氧键生成的活化能。 5、 活性中心的微环境 ⑴ 疏水环境
酶活性中心附近往往是疏水的，介电常数低，可加强极性基团间的反应。 ⑵电荷环境
在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子，增加酶促反应速度。如溶菌酶Asp52带负电荷，可以稳定过渡态的正离子。 酶催化反应的高效性，可能是由于以上五种因素中的几种因素协同作用的结果，而非酶催化反应往往只有一种催化机制。
三、 某些酶的活性中心及其作用机理 （一） 酶的活性中心 1、 活性中心的概念
对于不需要辅酶的酶来说，活性中心就是酶分子在三维结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基的某些基团，它们在一级结构上相距可能很远，通过肽链的盘绕、折叠而在空间构象上相互靠近。
对于需要辅酶的酶来说，辅酶分子或辅酶分子的某一部分结构往往就是活性中心的组成部分。
一般认为，活性中心有两个功能部位：底物结合部位，催化部位 活性中心外的部位为活性中心的形成提供了结构基础 。 2、 活性中心的氨基酸残基
有七种a.a在酶活性中心出现的频率最高，它们是Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。 活性中心的a.a残基往往分散在相互较远的a.a顺序中，有的甚至分散在不同的肽链上，如α-胰凝乳蛋白酶活性中心的几个a.a残基，分别位于B、C两个肽链上，靠分子空间结构的形成，集中在酶分子特定区域，成为具有催化功能的活性中心。 酶分子a.a残基分类 （1）接触残基
它们与底物接触，参与底物的化学转变，此类a.a残基的一个或几个原子与底物分子中一个或几个原子的距离都在一个键距离之内（1.5-2A）。
它们的侧链起与底物结合作用的称为结合基团，起催化作用的称为催化基团。 （2）辅助残基
它不与底物接触，而是在使酶与底物结合及协助接触残基发挥作用方面起作用。 上述两类残基构成酶活性中心。 （3）结构残基
在维持酶分子正常三维构象方面起重要作用，它们与酶活性相关，但不在酶活性中心范围内，属于酶活性中心以外的必需残基
上述三类残基统称酶的必需基团，若被其它a.a取代，往往造成酶失活。 （4）非贡献残基（非必需基团）
它们对酶活性的显示不起作用，可由其它a.a代替，且在酶分子中占很大比例。 它们可能在免疫，酶活性调节，运输转移，防止降解等方面起作用。 结合底物作用（结合残基） 接触残基
活性中心 催化作用（催化基团） 必需基团 辅助残基
活性中心外（结构残基） 酶蛋白
非必需基团
3、 活性中心区域的一级结构
由于一些酶的活性中心一级结构结构与催化机理极其相似，可把它们归为一族。 蛋白水解酶就有几个族：
（1）丝氨酸蛋白酶（胰凝乳蛋白酶、胰乳蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶等） （2）锌蛋白酶（羧肽酶等）
（3）巯基蛋白酶（木瓜蛋白酶等） （4）羧基蛋白酶（胃蛋白酶等）
在同一族酶中，活性中心一级结构的a.a顺序极相似。 酶 a.a顺序
胰蛋白酶（牛） Asp-Ser-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Val-Val-Cys-Ser-Gly-Lys 胰凝乳蛋白酶（牛） Ser-Ser-Cys-Met-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-Val-Cys-Lys- Lys-Asn 弹性蛋白酶（猪） Ser-Gly-Cys-Gln-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Leu-His-Cys-Leu-Val-Asn 凝血酶（牛） …Asp-Ala-Cys-Glu-Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro-Phe-Val-Met-Lys-Ser-Pro 这4个源于哺乳动物的酶活性中心，都含有一个包括Ser在内的完全相同的六肽： …Gly-Asp-Ser-Gly-Gly-Pro… 同源的趋异进化?
来自胰脏的胰凝乳蛋白酶（Phe、 Tyr、 Trp、）、胰蛋白酶（Lys、Arg ）和弹性蛋白酶（疏水残基），活性中心Ser附近的a.a顺序相同，且分子一级结构中有40%a.a顺序相同，三维
王镜岩生物化学考研第三版笔记.
