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催化反应时，酶的形状一定改变？ 浙江嘉兴王甫荣博客 疑难问题：浙科版教材上，对酶的作用机理文字中提到的是“锁钥学说”，但图示代表的是“诱导契合”学说。学生对酶的的结构和作用机理方面理解上还是有一定的困难。 诱导契合”学说 一、酶的分子结构和活性部位 酶的分子中存在有许多功能基团例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团。有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心（active center），对于结合酶来说，辅酶或辅基上的一部分结构往往是活性中心的组成成分。 构成酶活性中心的必需基团可分为两种，与底物结合的必需基团称为结合基团（binding group），促进底物发生化学变化的基团称为催化基团（catalytic group）。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。 酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子，如用氨基肽酶处理木瓜蛋白酶，使其肽链自N端开始逐渐缩短，当其原有的180个氨基酸残基被水解掉120个后，剩余的短肽仍有水解蛋白质的活性。又如将核糖核酸酶肽链C末端的三肽切断，余下部分也有酶的活性，足见某些酶的催化活性仅与其分子的一小部分有关。 不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。 例如，乳酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶，它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸的可逆反应：L（+）乳酸通过其不对称碳原子上的-CH3、-COOH及-OH基分别与乳酸脱氢酶活性中心的A、B及C三个功能基团结合，故可受酶催化而转变为丙酮酸。而D（-）乳酸由于-OH、-COOH的空间位置与L（+）乳酸相反，与酶的三个结合基团不能完全配合，故不能与酶结合受其催化。 由此可见，酶的特异性不但决定于酶活性中心的功能基团的性质，而且还决定于底物和活性中心的空间构象，只有那些有一定的化学结构，能与酶的结合基团结合，而且空间构型又完全适应的化合物，才能作为酶的底物。 二、酶作用的机理 1．锁钥学说 生物反应中，酶和底物结合时，底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁钥”学说，是“诱导契合”学说的前身。 酶对于它所作用的底物有着严格的选择，只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。有的科学家提出，酶和底物结合时，底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁钥”学说。 2．诱导契合学说 “诱导契合”学说指出，酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在,而是在受到诱导之后才形成互补的形状。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的构像发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物，并引起底物发生反应。反应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的构象。 科学家后来发现，当底物与酶结合时，酶分子上的某些基团常常发生明显的变化。另外，酶常常能够催化同一个生化反应中正逆两个方向的反应。因此，“锁和钥匙学说”把酶的结构看成是固定不变的，这是不符合实际的。于是，有的科学家又提出，酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后，才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋图白的构像发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物，这就是1958年D.E.Koshland提出的“诱导契合学说”（induced fit theory）：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软的而非刚性的。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，有关的各个基因达到正确的排列和定向，因而使酶和底物契合而结合成中间络合物，并引起底物发生反应。反应结束当产物从酶上脱落下来后，酶的活性中心又恢复了原来的构象。 后来，科学家对羧肽酶等进行了X射线衍射研究，研究的结果有力地支持了这个学说。 1