結構生物化學/酶/機制
酶是透過穩定過渡態從而降低反應活化能來催化反應的蛋白質。為了實現這一點,酶使用不同的反應類別或催化策略。催化反應所使用的策略是
在這種型別的反應中,活性位點中的親核試劑與底物中的反應性基團發生反應。親核試劑在催化過程中暫時與底物共價鍵合。
示例:胰凝乳蛋白酶使用強親核試劑攻擊底物中通常不反應的羰基碳原子。親核試劑在催化過程中短暫地共價連線到底物。
在這種型別的反應中,除水以外的分子充當質子受體或供體。
示例:在催化三聯體中,組氨酸殘基使絲氨酸上的羥基極化,使其準備好去質子化。當存在底物時,它從絲氨酸的羥基中奪取質子,使殘基充當鹼催化劑。
在這種型別的反應中,兩個底物被定位在同一個結合表面上,因此新鍵的形成更容易,從而加快反應速度。
示例:NMP 的磷醯基團由酶從 ATP 中轉移,酶將兩個底物結合在一起並使其對齊以穩定過渡態。
在這種型別的反應中,金屬離子有助於核苷酸的形成或離子充當親電子試劑以穩定中間體上的負電荷。
示例:碳酸酐酶是一種含有鋅離子的酶,它有助於將水變成更好的親核試劑。氫氧根離子的形成加速了 CO2 的親核攻擊。
所採用的策略型別取決於酶的結構特性和酶將催化的反應。在催化反應中,通常會結合使用多種策略。
乒乓反應或雙位移反應涉及在所有底物結合到酶之前釋放一個或多個產物。這種來回運動是反應獲得乒乓名稱的原因。乒乓反應的一個定義部分稱為取代的酶中間體,它具有暫時修飾的酶,該酶在反應物之間來回傳遞基團。雙位移反應的示例如下
天冬氨酸 + α-酮戊二酸 <-(使用氨基轉移酶)-> 草醯乙酸 + 穀氨酸
雖然這個反應看起來像一個正常的反應,有兩個反應物和兩個產物,但事件的順序定義了反應。首先,天冬氨酸與酶結合。然後(在 α-酮戊二酸結合之前),草醯乙酸被釋放。現在,α-酮戊二酸與酶-底物複合物結合。最後,這些底物發生反應,釋放穀氨酸,酶重新形成。
這是對酶促反應的更為正統的描述。順序反應要求所有底物在所有產物釋放之前與酶結合。這些可以進一步細分為有序和隨機順序反應。有序反應對底物與酶結合的順序有特定要求,而隨機反應則沒有。
有序反應的示例如下
丙酮酸 + NADH <-(乳酸脫氫酶)-> 乳酸 + NAD+
在這個反應中,丙酮酸必須首先與酶結合,然後 NADH才能與它反應。然後,乳酸首先釋放,然後 NAD+ 釋放。
隨機反應的示例如下
肌酸 + ATP <-(肌酸激酶)-> 磷酸肌酸 + ADP
在這個反應中,酶不具有選擇性,肌酸或 ATP 都可以先結合。類似地,磷酸肌酸或 ADP 都可以先釋放。