結構生物化學/酶/酸鹼催化
一般酸/鹼催化的速率決定步驟是質子轉移步驟。因此，一般酸催化的反應速率取決於所有存在的酸；類似地，一般鹼催化的反應速率取決於所有存在的鹼。這兩種反應的最佳反應環境是中性 PH，因為高濃度的 H+ 或 OH- 會抑制來自其他酸和鹼的催化作用，從而將“一般”酸或鹼反應轉化為“特異性”酸或鹼催化。
由於質子轉移步驟決定了反應速率，因此檢查一般催化的有效性非常重要。一般催化的有效性可以透過布朗斯特方程確定，該方程寫成：
- ，催化的速率常數
- ，HA 的解離常數
- ，催化步驟對酸解離步驟的敏感性。
這種關係可以透過繪製 logk(HA) 對 log K(HA) 的圖形很容易地看到，因此斜率（即 α）可以進行圖形分析。圖形上的每個點都代表不同的酸。由於效率不能超過 1，因此斜率範圍介於 0 和 1 之間。斜率為 1 表示速率隨著每個酸解離而增加，並且質子轉移是有效的。斜率為零表示每個酸解離對催化的影響相同，並且質子轉移是無效的。另一方面，特異性酸/鹼催化的敏感性圖可能顯示 k(HA) 和 K(HA) 之間非線性關係。
一般酸鹼催化涉及除了水之外的分子在酶促反應過程中充當質子供體或受體。酸鹼催化透過使用酸或鹼來促進反應，酸或鹼分別提供或接受質子，從而穩定 過渡態 中的電荷。由於質子的新增或去除，親核和親電基團被活化，導致反應進行。許多酸鹼催化反應都涉及組氨酸，因為它具有接近 7 的 pKa，使其能夠充當酸和鹼。當官能團接受質子時，它將在催化迴圈結束時釋放或捐贈質子，反之亦然。參與反應的官能團有組氨酸咪唑、α-氨基、α-羧基、半胱氨酸的巰基、穀氨酸和天冬氨酸的羧基側鏈、酪氨酸的芳香族 OH 和精氨酸的胍基。這些官能團的質子化取決於 pH，因此酶催化活性對 pH 水平敏感。
一般酸鹼催化參與大多數酶促反應，其中各種氨基酸的側鏈充當一般酸或一般鹼。需要區分一般酸鹼催化和特異性酸鹼催化。
特異性酸鹼催化是指 -OH 或 H+ 特異性地加速反應。反應速率僅取決於 pH（當然，pH 是 -OH 和 H+ 濃度的函式），而不是緩衝液濃度。一般酸 - 質子從布朗斯臺德酸的部分轉移降低了 過渡態 的自由能，反應速率隨著 pH 的降低和 [布朗斯臺德酸] 的增加而增加。
- 特異性酸 - 質子化降低了 過渡態 的自由能，反應速率隨著 pH 的降低而增加。
- 特異性鹼 - 質子的抽取（或親核攻擊）由 OH- 降低了 過渡態 的自由能，反應速率隨著 pH 的增加而增加。
在一般酸鹼催化中，緩衝液透過提供或去除質子來幫助穩定過渡態。因此，反應速率取決於緩衝液濃度以及適當的質子化狀態。- 一般鹼 - 布朗斯臺德鹼的部分抽取質子降低了 過渡態 的自由能，反應速率隨著 pH 的增加和布朗斯臺德鹼的增加而增加。
酸鹼催化的一個例子是 胰凝乳蛋白酶 對肽的進行水解。胰凝乳蛋白酶 使用組氨酸殘基作為鹼催化劑來提高絲氨酸的親核性。 胰凝乳蛋白酶 使用組氨酸殘基作為鹼催化劑來增強絲氨酸的親核性，而 碳酸酐酶 中的組氨酸殘基有助於從鋅結合的水分子中去除氫離子以生成 OH-。
組氨酸的 pKa 值接近中性，因此使其成為最有效的通用酸或鹼，因為它可以捐贈或接受質子。核糖核酸酶 A 中的 His 119 扮演通用酸的角色，向核苷的 5'-羥基捐贈質子。另一方面，His 12 充當通用鹼，從 3'-核苷酸的 2'-羥基接受質子。結果，形成 2’-3’ 環狀磷酸酯中間體。當水取代核苷時，His 119 和 His 12 的作用會反轉。最後，組氨酸最初的質子化狀態恢復。
檔案：ProtonAcceptingDonating.png
His 119 是酸，His 12 是鹼。
檔案：2’-3’ 環狀磷酸酯中間體 .png
形成 2'-3' 環狀磷酸酯中間體。
檔案：ProtonAcceptingDonatingReversed.png
反過來，His 119 是鹼，His 12 是酸。
檔案：OriginalStateofHis.png
His 119 和 His 12 返回到它們最初的狀態。
在圖中，絲氨酸充當親核試劑並攻擊底物的羰基，而組氨酸接受來自絲氨酸的質子，形成四面體中間體。四面體中間體的坍塌形成醯基酶。水失去一個質子到組氨酸並攻擊醯基酶，形成氧陰離子孔。反應以羧酸釋放結束。然後迴圈繼續進行新的底物。
酸鹼催化的另一個例子是與 碳酸酐酶 的反應。 碳酸酐酶 中的 His 殘基促進從鋅結合的水中去除氫離子以生成氫氧根離子。
Berg, Jeremy M. John L. Tymoczko. Lubert Stryer. Biochemistry Sixth Edition. New York: W.H. Freeman, and Company 2007.
http://biochemistry.wur.nl/Biochem/educatio/Colleges/Maurice/ppt_Ch2.ppt