活性位點是酶的一部分，直接與底物結合並進行反應。它包含催化基團，這些基團是促進鍵形成和降解的氨基酸。透過形成和斷裂這些鍵，酶和底物相互作用促進過渡態結構的形成。酶透過穩定過渡態中間體來幫助反應。這是透過降低能壘或活化能來實現的，活化能是促進過渡態中間體形成所需的能量。三維裂隙是由來自氨基酸序列不同部分的基團形成的。活性位點只是整個酶體積的一小部分。由於其非極性微環境，它透過許多不同的弱相互作用增強了酶與底物結合和催化作用。弱相互作用包括範德華力、氫鍵和靜電相互作用。活性位點中原子排列對於結合特異性至關重要。最終結果是加速反應過程並增加反應速率。此外，酶不僅具有催化能力，活性位點還負責識別底物。

酶活性位點是酶和底物催化和抑制反應的結合位點；活性位點的結構及其化學特性對特定底物的結合具有特異性。底物與酶的結合會導致底物化學鍵發生變化，並引起導致產物形成的反應。產物從酶表面釋放出來，使酶再生以進行另一個反應迴圈。

結構

活性位點呈三維裂隙形狀，由來自一級氨基酸序列不同殘基的氨基酸組成。在活性位點結合特異性中起重要作用的氨基酸通常在初級結構中不彼此相鄰，而是由於摺疊形成三級結構而形成活性位點。與酶的其餘部分相比，該活性位點區域相對較小。類似於配體結合位點，大多數酶（非結合氨基酸殘基）主要存在於作為框架以透過提供正確的方向來支援活性位點的結構。活性位點中包含的獨特氨基酸促進了適當結合和由此產生的催化作用所需的特定相互作用。酶的特異性取決於活性位點中原子的排列。酶和底物之間的互補形狀允許更大數量的弱非共價相互作用，包括靜電力、範德華力、氫鍵和疏水相互作用。特定氨基酸還允許形成氫鍵。這表明活性位點微環境的獨特性。

為了定位活性位點，將感興趣的酶在模擬物存在的情況下結晶。模擬物與原始底物的相似性將被認為是有效的競爭性抑制劑，它阻止原始底物與活性位點結合。然後，可以透過追蹤模擬物結合的位置來定位酶上的活性位點。

活性位點與調節位點

一種酶，例如 ATCase，包含兩個不同的亞基：活性位點和調節位點。活性位點是催化亞基，而調節位點沒有催化活性。透過進行超速離心實驗，約翰·格哈特和霍華德·沙赫曼證實了酶上的這兩個亞基。首先，他們用對羥基汞苯甲酸酯處理 ATCase，以與巰基反應並使兩個亞基解離。由於這兩個亞基的大小不同，催化亞基較大，因此離心解離後的亞基的結果顯示出兩個沉降，而天然酶則顯示出一個沉降。這證明了 ATCase 與許多其他酶一樣，包含兩個供底物結合的位點。

模型

有三種不同的模型代表酶-底物結合：鎖匙模型、誘導契合模型和過渡態模型。

鎖匙模型由埃米爾·費歇爾在 1890 年提出。該模型假設底物與活性位點之間存在完美的契合——這兩種分子在形狀上是互補的。鎖匙模型是這樣的，酶的活性位點非常適合底物，不需要酶在結合底物後改變結構

誘導契合模型涉及在結合後改變活性位點的構象以適合底物。此外，在誘導契合模型中，人們指出存在一些氨基酸有助於正確的底物與活性位點結合，從而導致活性位點成形為互補形狀。誘導契合模型是這樣的，酶的活性位點的結構可以在酶和底物結合後輕鬆改變。

活性位點的結合涉及氫鍵、疏水相互作用和短暫的共價鍵。然後活性位點將穩定過渡態中間體以降低活化能。但中間體很可能不穩定，使酶能夠釋放底物並恢復到未結合狀態。

過渡態模型從酶與底物結合開始。它需要能量來改變底物的形狀。一旦形狀改變，底物就會與酶分離，最終改變酶的形狀。該模型的一個重要方面是它增加了自由能的數量。

概述

結合位點是蛋白質上與進入的分子結合的位置，該分子在大小上相對較小，稱為配體。

在蛋白質中，結合位點是三級結構上的小口袋，配體透過弱力（非共價鍵）與其結合。只有少數殘基實際參與配體結合，而蛋白質中的其他殘基充當框架以提供正確的構象和方向。大多數結合位點是凹形的，但凸形和平坦形狀也存在。

配體結合位點是蛋白質上的質量化學特異性和親和力的位置，它與其他分子和離子或蛋白質配體結合或形成化學鍵。蛋白質和配體結合的親和力是蛋白質和配體之間的化學吸引力。因此，不同的配體之間可能會爭奪蛋白質的相同結合位點，化學反應將導致鍵合和非鍵合配體之間的平衡狀態。結合位點的飽和度定義為單位時間內被配體佔據的結合位點的總數。

酶結合位點的最常見模型是誘導契合模型。它不同於更簡單的“鎖匙”思想體系，因為誘導契合模型指出酶的底物不完全適合結合位點。“鎖匙”模型假設底物是一個相對靜止的模型，它不會改變其構象，只是完美地與活性位點結合。根據誘導契合模型，酶的結合位點與所討論底物的過渡態互補，而不是正常的底物狀態。酶透過使其 NH₃⁺ 殘基穩定過渡態底物的負電荷來穩定這種過渡態。這導致實現預期反應所需的活化能急劇下降。然後透過使反應更快地達到平衡來將底物轉化為其產物。

影響結合的特性

互補性：分子識別取決於酶的三級結構，它在活性/結合位點創造獨特的微環境。這些專業化微環境有助於結合位點催化。

靈活性：三級結構允許蛋白質適應其配體（誘導契合），對於各種生化功能至關重要（靈活性程度因功能而異）。

表面：結合位點可以是凹形的、凸形的或平坦的。對於小配體 - 裂縫、口袋或空腔。催化位點通常位於結構域和亞基介面。

非共價鍵：非共價鍵也是結合位點的特徵性質。這些特徵包括：比平均水平更高的暴露疏水錶面（小分子 - 部分凹形且疏水性），以及水的置換可以驅動結合事件。

親和力：酶與底物的結合能力（可以繪製成底物分壓增加與親和力增加（0 到 1.0）之間的關係圖）；蛋白質與配體的結合親和力是指蛋白質與配體之間的化學吸引力。

酶抑制劑

概述

酶抑制劑是與酶結合並導致其活性降低的分子或化合物。抑制劑可以與酶結合，阻止底物進入酶的活性位點，或阻止酶催化化學反應。抑制劑分為兩類。

'不可逆抑制劑[僅非競爭性]
可逆抑制劑[競爭性和非競爭性]

抑制劑也可能天然存在，並參與代謝調節。例如，抑制劑引起的負反饋有助於維持細胞的穩態。其他細胞酶抑制劑包括特異性結合並抑制酶靶標的蛋白質。這在消除有害酶（如蛋白酶和核酸酶）方面很有用。

抑制劑的例子包括毒藥和許多不同型別的藥物，以及鉛和氰化物等重金屬。

不可逆抑制劑

不可逆抑制劑與酶共價結合，導致酶活性位點發生化學變化，無法逆轉。不可逆抑制劑的主要作用包括修飾酶活性所需的關鍵氨基酸殘基。它們通常含有醛、烯烴或苯磺酸酯等反應性官能團。這些親電子基團能夠與氨基酸側鏈反應形成共價產物。氨基酸成分是含有親核側鏈（如羥基或巰基）的殘基，例如絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸或酪氨酸等氨基酸。

首先，不可逆抑制劑與酶形成可逆非共價複合物（EI 或 ESI）。然後，該複合物反應生成共價修飾的不可逆複合物 EI*。形成 EI* 的速率稱為失活速率或 kinact。透過與底物或第二個可逆抑制劑競爭，可以阻止不可逆抑制劑的結合，因為 EI 的形成可能會與 ES 競爭。

此外，一些可逆抑制劑可以透過與它們的靶酶緊密結合而形成不可逆產物。這些緊密結合的抑制劑顯示出與共價不可逆抑制劑相似的動力學。如圖所示，這些抑制劑以低親和力的 EI 複合物快速與酶結合，然後緩慢重排為非常緊密結合的 EI* 複合物。這種動力學行為稱為緩慢結合。緩慢結合通常涉及酶在抑制劑分子周圍“夾緊”時的構象變化。這些緩慢結合抑制劑的一些例子包括甲氨蝶呤和別嘌呤醇等重要藥物。

可逆抑制劑

可逆抑制劑非共價結合酶，並且可以根據抑制劑結合的位點發生多種型別的抑制。抑制劑與酶之間的非共價相互作用包括氫鍵、疏水相互作用和離子鍵。許多這些弱鍵結合在一起產生強而特異性的結合。與底物和不可逆抑制劑相比，可逆抑制劑在與酶結合時通常不會發生化學反應，並且可以透過稀釋或透析輕鬆去除。

有三種類型的<cap>可逆抑制劑</cap>：競爭性、非競爭性和非競爭性/混合抑制劑。

競爭性抑制劑顧名思義，與底物競爭，同時與酶結合。抑制劑對酶的活性位點具有親和力，底物也與活性位點結合。這種抑制可以透過增加底物濃度來克服，從而與抑制劑競爭。競爭性抑制劑的結構通常與真正的底物相似。

競爭性抑制劑與酶的活性位點結合，減少了底物或配體與酶的結合量，從而導致 Km 增加，而 Vmax 不變。可以透過增加底物濃度來逆轉化學反應。

非競爭性抑制劑與酶同時與酶的底物結合。但是，抑制劑的結合會影響底物的結合，反之亦然。這種抑制無法克服，但可以透過增加底物濃度來減少。抑制劑通常遵循別構效應，即它與酶上與底物不同的位點結合。這種與別構位點的結合改變了酶的構象，從而降低了底物對活性位點的親和力。

非競爭性抑制劑與酶-底物複合物結合，阻止酶與底物反應生成產物，因此它在較高的底物和酶濃度下效果很好，因為底物與酶結合；結合導致底物與酶的結合濃度、Km 和 Vmax 降低，以及酶與底物的結合親和力增加。

非競爭性抑制劑與活性位點結合並降低活性，但不影響底物的結合。因此，抑制程度取決於底物的濃度。

非競爭性抑制劑與酶的非活性位點結合，改變酶的結構；因此，阻斷酶與底物的結合，從而阻止酶活性並降低酶與底物的化學反應速率，這無法透過增加底物濃度來改變；結合會降低 Vmax，而不會改變化學反應的 Km。

可逆抑制劑的定量描述

大多數可逆抑制劑遵循經典的米氏-門坦方案，其中酶 (E) 與底物 (S) 結合形成酶-底物複合物 (ES)。km 是米氏常數，對應於當速度為最大速度的一半時底物的濃度。Vmax 是酶的最大速度。

競爭性抑制劑只能與 E 結合，而不能與 ES 結合。它們透過干擾底物的結合來增加 Km，但它們不影響 Vmax，因為抑制劑不改變 ES 中的催化作用，因為它無法與 ES 結合。

非競爭性抑制劑能夠與 E 和 ES 結合，但它們對這兩種形式的酶的親和力不同。因此，這些抑制劑會增加 Km 並降低 Vmax，因為它們會干擾底物的結合並阻礙 ES 複合物中的催化作用。

非競爭性抑制劑對 E 和 ES 的親和力相同。它們不改變 Km，但降低 Vmax。

參考文獻

https://wikibook.tw/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/Irreversible_Inhibitor

https://wikibook.tw/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/Reversible_Inhibitors