結構生物化學/酶/催化三聯體
一個 *催化三聯體* 是在某些參與催化的 蛋白酶 的活性位點發現的三種氨基酸的組合。
具有催化三聯體的三種不同的蛋白酶是：胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶和彈性蛋白酶。在胰凝乳蛋白酶中，催化三聯體由 *絲氨酸 195、組氨酸 57 和天冬氨酸 102* 組成。絲氨酸的側鏈與組氨酸殘基的咪唑環相連，咪唑環從絲氨酸中接受一個質子，在底物的存在下形成一個強烈的烷氧負離子親核試劑。天冬氨酸殘基透過氫鍵和靜電相互作用，使組氨酸的取向變得更好，使它成為一個更好的質子受體。
胰凝乳蛋白酶的活性位點由絲氨酸 195 標記。絲氨酸位於酶表面的小口袋中。絲氨酸與組氨酸 57 相連，而組氨酸 57 又與天冬氨酸 102 相連。這三種殘基都在這個口袋中透過氫鍵相連。這三種殘基參與協同機制，使胰凝乳蛋白酶和其他蛋白酶能夠被傳入的底物啟用。這被稱為催化三聯體。
我們知道絲氨酸是最終的反應位點，但絲氨酸實際上依賴於組氨酸和天冬氨酸殘基，才能使其成為一個好的親核試劑。組氨酸殘基將絲氨酸強制到一個有利於親核攻擊的位置，這種位置透過近似催化的過程在催化中發揮作用。在底物存在的情況下，會發生連鎖反應。首先，由於天冬氨酸是酸性的，它會首先被鹼脫質子化。天冬氨酸與組氨酸殘基相鄰，也為它提供了有利的靜電效應，使其成為更好的質子受體。因此，在天冬氨酸脫質子化後，質子從組氨酸轉移到天冬氨酸。現在組氨酸已經脫質子化，它會從絲氨酸的羥基中奪取質子。這會在絲氨酸上形成一個反應性更強的烷氧負離子基團。
現在絲氨酸已經啟用，我們可以繼續進行肽水解。烷氧負離子可以攻擊傳入的底物，形成四面體中間體。在這個階段，我們形成了一個共振氧陰離子孔，它是這種反應中的常見基序。氧陰離子孔透過將負電荷分佈到周圍來穩定四面體中間體。接下來是醯基酶，最終我們會看到胺成分和水的釋放。
催化三聯體實際上揭示了一個深的疏水口袋，其中絲氨酸在中心突出。這個口袋定位了傳入的底物側鏈。其中有很多特異性，因為胰凝乳蛋白酶有一個帶有絲氨酸的特定口袋，而其他酶，如胰蛋白酶和彈性蛋白酶，則具有不同的口袋組成。因此，我們現在可以知道，胰凝乳蛋白酶喜歡大的芳香族或長的非極性側鏈。
胰蛋白酶和彈性蛋白酶中也存在催化三聯體。在胰蛋白酶中，口袋中心的氨基酸不是絲氨酸，而是天冬氨酸。因此，它的口袋對側鏈的帶正電荷的物質具有特異性。彈性蛋白酶的口袋包含兩個纈氨酸殘基，這使得大的、龐大的側鏈很難進入口袋；因此，它有利於小的側鏈。胰蛋白酶和彈性蛋白酶顯然是胰凝乳蛋白酶的同源物。它們在組成上具有 40% 的相似性，並且具有相似的結構。
定點誘變有助於我們瞭解催化三聯體
定點誘變可用於測試單個氨基酸殘基對蛋白酶催化作用的影響。三聯體的每個殘基都被轉化為丙氨酸。檢查每個突變酶的切割能力。活性位點絲氨酸 221、天冬氨酸 32 和組氨酸 64 轉化為丙氨酸，降低了催化能力。這些結果有力地支援了催化三聯體，特別是絲氨酸-組氨酸對，協同作用產生親核試劑，攻擊肽鍵的羰基碳原子。定點誘變還可以告訴我們氧陰離子孔對催化的重要性。將天冬醯胺 155 突變為甘氨酸，去除了氧陰離子孔減少的側鏈 NH 基團。這表明天冬醯胺殘基的 NH 基團有助於穩定四面體中間體和隨後的過渡態。
Berg，Jeremy "生物化學" 第六版。弗里曼與公司，2007 年