第四节　酶的作用机理

一、酶作用在于降低反应活化能

在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。

酶能显着地降低活化能，故能表现为高度的催化效率(图2?)。例如前述的H2O2酶的例子，可以显着地看出，酶能降低反应活化能，使反应速度增高千百万倍以上。

非催化过程和催化过程自由能的变化

图2-4 非催化过程和催化过程自由能的变化

目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶－底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物，此过程可用下式表示：

上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶椀孜锔春衔?中间产物)，P代表反应产物。由于ES的形成速度很快，且很不稳定，一般不易得到ES复合物存在的直接证据。但从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在。

ES的形成，改变了原来反应的途径，可使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。

详细机制仍不太清楚，主要有下列四种因素：

1.趋近效应(approximation)和定向效应(oientation)

酶可以将它的底物结合在它的活性部位由于化学反应速度与反应物浓度成正比，若在反应系统的某一局部区域，底物浓度增高，则反应速度也随之提高，此外，酶与底物间的靠近具有一定的取向，这样反应物分子才被作用，大大增加了ES复合物进入活化状态的机率(图2-5)。

底物分子和酶活性中心上的一个催化基团在相互作用时的趋近效应

图2－5　底物分子和酶活性中心上的一个催化基团在相互作用时的趋近效应

2.张力作用(distortion or strain)

底物的结合可诱导酶分子构象发生变化，比底物大得多的酶分子的三、四级结构的变化，也可对底物产生张力作用，使底物扭曲，促进ES进入活性状态(图2-6)。

酶的活性中心诱导契合使底物分子扭曲

图2-6 酶的活性中心诱导契合使底物分子扭曲

3.酸碱催化作用(acid-base catalysis)

酶的活性中心具有某些氨基酸残基的R基团，这些基团往往是良好的质子供体或受体，在水溶液中这些广义的酸性基团或广义的碱性基团对许多化学反应是有力的催化剂。

4.共价催化作用(covalent catalysis)

某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的ES复合物，这些复合物比无酶存在时更容易进行化学反应。

例如：无酶催化的反应　RX+H2O→ROH+Hx慢

有酶存在时　RX+E桹H→ROH+EX快

EX+H2O→E桹H+HX快