结构生物化学/酶/酸碱催化
一般酸/碱催化的速率决定步骤是质子转移步骤。因此，一般酸催化的反应速率取决于所有存在的酸；类似地，一般碱催化的反应速率取决于所有存在的碱。这两种反应的最佳反应环境是中性 PH，因为高浓度的 H+ 或 OH- 会抑制来自其他酸和碱的催化作用，从而将“一般”酸或碱反应转化为“特异性”酸或碱催化。
由于质子转移步骤决定了反应速率，因此检查一般催化的有效性非常重要。一般催化的有效性可以通过布朗斯特方程确定，该方程写成：
- ，催化的速率常数
- ，HA 的解离常数
- ，催化步骤对酸解离步骤的敏感性。
这种关系可以通过绘制 logk(HA) 对 log K(HA) 的图形很容易地看到，因此斜率（即 α）可以进行图形分析。图形上的每个点都代表不同的酸。由于效率不能超过 1，因此斜率范围介于 0 和 1 之间。斜率为 1 表示速率随着每个酸解离而增加，并且质子转移是有效的。斜率为零表示每个酸解离对催化的影响相同，并且质子转移是无效的。另一方面，特异性酸/碱催化的敏感性图可能显示 k(HA) 和 K(HA) 之间非线性关系。
一般酸碱催化涉及除了水之外的分子在酶促反应过程中充当质子供体或受体。酸碱催化通过使用酸或碱来促进反应，酸或碱分别提供或接受质子，从而稳定 过渡态 中的电荷。由于质子的添加或去除，亲核和亲电基团被活化，导致反应进行。许多酸碱催化反应都涉及组氨酸，因为它具有接近 7 的 pKa，使其能够充当酸和碱。当官能团接受质子时，它将在催化循环结束时释放或捐赠质子，反之亦然。参与反应的官能团有组氨酸咪唑、α-氨基、α-羧基、半胱氨酸的巯基、谷氨酸和天冬氨酸的羧基侧链、酪氨酸的芳香族 OH 和精氨酸的胍基。这些官能团的质子化取决于 pH，因此酶催化活性对 pH 水平敏感。
一般酸碱催化参与大多数酶促反应，其中各种氨基酸的侧链充当一般酸或一般碱。需要区分一般酸碱催化和特异性酸碱催化。
特异性酸碱催化是指 -OH 或 H+ 特异性地加速反应。反应速率仅取决于 pH（当然，pH 是 -OH 和 H+ 浓度的函数），而不是缓冲液浓度。一般酸 - 质子从布朗斯台德酸的部分转移降低了 过渡态 的自由能，反应速率随着 pH 的降低和 [布朗斯台德酸] 的增加而增加。
- 特异性酸 - 质子化降低了 过渡态 的自由能，反应速率随着 pH 的降低而增加。
- 特异性碱 - 质子的抽取（或亲核攻击）由 OH- 降低了 过渡态 的自由能，反应速率随着 pH 的增加而增加。
在一般酸碱催化中，缓冲液通过提供或去除质子来帮助稳定过渡态。因此，反应速率取决于缓冲液浓度以及适当的质子化状态。- 一般碱 - 布朗斯台德碱的部分抽取质子降低了 过渡态 的自由能，反应速率随着 pH 的增加和布朗斯台德碱的增加而增加。
酸碱催化的一个例子是 胰凝乳蛋白酶 对肽的进行水解。胰凝乳蛋白酶 使用组氨酸残基作为碱催化剂来提高丝氨酸的亲核性。 胰凝乳蛋白酶 使用组氨酸残基作为碱催化剂来增强丝氨酸的亲核性，而 碳酸酐酶 中的组氨酸残基有助于从锌结合的水分子中去除氢离子以生成 OH-。
组氨酸的 pKa 值接近中性，因此使其成为最有效的通用酸或碱，因为它可以捐赠或接受质子。核糖核酸酶 A 中的 His 119 扮演通用酸的角色，向核苷的 5'-羟基捐赠质子。另一方面，His 12 充当通用碱，从 3'-核苷酸的 2'-羟基接受质子。结果，形成 2’-3’ 环状磷酸酯中间体。当水取代核苷时，His 119 和 His 12 的作用会反转。最后，组氨酸最初的质子化状态恢复。
文件：ProtonAcceptingDonating.png
His 119 是酸，His 12 是碱。
文件：2’-3’ 环状磷酸酯中间体 .png
形成 2'-3' 环状磷酸酯中间体。
文件：ProtonAcceptingDonatingReversed.png
反过来，His 119 是碱，His 12 是酸。
文件：OriginalStateofHis.png
His 119 和 His 12 返回到它们最初的状态。
在图中，丝氨酸充当亲核试剂并攻击底物的羰基，而组氨酸接受来自丝氨酸的质子，形成四面体中间体。四面体中间体的坍塌形成酰基酶。水失去一个质子到组氨酸并攻击酰基酶，形成氧阴离子孔。反应以羧酸释放结束。然后循环继续进行新的底物。
酸碱催化的另一个例子是与 碳酸酐酶 的反应。 碳酸酐酶 中的 His 残基促进从锌结合的水中去除氢离子以生成氢氧根离子。
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