結構生物化學/酶催化機制/核苷單磷酸激酶
核苷單磷酸（NMP）激酶是一種酶，有助於將核苷三磷酸末端的磷醯基轉移到核苷單磷酸上的磷醯基。NMP 激酶的挑戰在於促進從 NTP 到 NMP 的磷醯基轉移，而不會促進競爭反應 - 從 NTP 到水的磷醯基轉移；即 NTP 水解。已知 NMP 激酶具有 P 環結構。
核苷單磷酸激酶催化 ATP 和 NMP 的反應，生成 ADP 和核苷二磷酸 (NDP)。在該反應中，糖和單碳基團等其他基團可以代替磷醯基。這種相互轉換過程中可能出現的一個問題是試圖避免磷醯基從 NTP 轉移到水。這也可以被稱為 NTP 水解。然而，酶進行誘導契合的能力 - 改變結構以與底物結合 - 使這種反應能夠成功地發生並與核苷酸而不是水結合。因此，NMP 激酶是近似催化的一個例子。NMP 激酶可以存在於兩種形式：(1) 遊離，或 (2) 與底物結合。NMP 激酶是具有保守 NTP 結合域的同源蛋白。該域由一箇中央 β 片層組成，兩側被 α 螺旋包圍。NMP 激酶被認為是 P 環，因為第一個螺旋和第一個 β 鏈之間有一個環，通常在氨基序列中為 X-X-X-X-Gly-Lys。P 環之所以得名，是因為它已知與連線到核苷酸的 β 磷醯基發生反應。
鎂或 NTP 的配合物是該反應的真正底物。在沒有上述二價金屬離子存在的情況下，這些酶基本上沒有活性。ATP 等核苷酸結合這些離子，正是金屬離子 - 核苷酸複合物才是這些酶的真正底物。鎂或錳離子與核苷酸結合如何增強催化作用？鎂離子與磷醯基氧原子之間的相互作用將核苷酸固定在一種明確的構象中，該構象可以以特定方式被酶結合。鎂離子通常以八面體排列與六個基團配位。通常，兩個氧原子直接與鎂離子配位，而其餘四個位置通常被水分子佔據。α 和 β，或 β 和 γ，或 α 和 γ 磷醯基的氧原子可能根據特定的酶做出貢獻。因此，鎂離子在 ATP-鎂離子複合物和酶之間提供了額外的相互作用點，從而增加了結合能。
ATP 結合會引起很大的構象變化。例如，在腺苷酸激酶的情況下，ATP 底物的存在會在激酶中引起很大的結構變化。這種相互作用導致 p 環被拉到 ATP 上以與 β 磷醯基相互作用。P 環的移動將酶的頂部結構域下拉以在結合的核苷酸上形成一個蓋子。ATP 被蓋子固定在適當的位置，γ 磷醯基位於第二個底物 NMP 的結合位點旁邊。NMP 的結合會引起額外的構象變化。這兩組變化確保只有當供體和受體都結合時才會形成催化活性構象，從而防止將磷醯基浪費地轉移到水。
NMP 激酶的另一個特點是，它只有在形成複合物後才會與 ATP 底物相互作用。ATP 與鎂或錳離子形成複合物，為底物和酶提供了更多相互作用點，從而增加了結合能。金屬離子-核苷酸複合物根據金屬離子與連線到磷醯基的氧原子之間的相互作用，存在異構體形式。
