活性位点是酶的一部分，直接与底物结合并进行反应。它包含催化基团，这些基团是促进键形成和降解的氨基酸。通过形成和断裂这些键，酶和底物相互作用促进过渡态结构的形成。酶通过稳定过渡态中间体来帮助反应。这是通过降低能垒或活化能来实现的，活化能是促进过渡态中间体形成所需的能量。三维裂隙是由来自氨基酸序列不同部分的基团形成的。活性位点只是整个酶体积的一小部分。由于其非极性微环境，它通过许多不同的弱相互作用增强了酶与底物结合和催化作用。弱相互作用包括范德华力、氢键和静电相互作用。活性位点中原子排列对于结合特异性至关重要。最终结果是加速反应过程并增加反应速率。此外，酶不仅具有催化能力，活性位点还负责识别底物。

酶活性位点是酶和底物催化和抑制反应的结合位点；活性位点的结构及其化学特性对特定底物的结合具有特异性。底物与酶的结合会导致底物化学键发生变化，并引起导致产物形成的反应。产物从酶表面释放出来，使酶再生以进行另一个反应循环。

结构

活性位点呈三维裂隙形状，由来自一级氨基酸序列不同残基的氨基酸组成。在活性位点结合特异性中起重要作用的氨基酸通常在初级结构中不彼此相邻，而是由于折叠形成三级结构而形成活性位点。与酶的其余部分相比，该活性位点区域相对较小。类似于配体结合位点，大多数酶（非结合氨基酸残基）主要存在于作为框架以通过提供正确的方向来支持活性位点的结构。活性位点中包含的独特氨基酸促进了适当结合和由此产生的催化作用所需的特定相互作用。酶的特异性取决于活性位点中原子的排列。酶和底物之间的互补形状允许更大数量的弱非共价相互作用，包括静电力、范德华力、氢键和疏水相互作用。特定氨基酸还允许形成氢键。这表明活性位点微环境的独特性。

为了定位活性位点，将感兴趣的酶在模拟物存在的情况下结晶。模拟物与原始底物的相似性将被认为是有效的竞争性抑制剂，它阻止原始底物与活性位点结合。然后，可以通过追踪模拟物结合的位置来定位酶上的活性位点。

活性位点与调节位点

一种酶，例如 ATCase，包含两个不同的亚基：活性位点和调节位点。活性位点是催化亚基，而调节位点没有催化活性。通过进行超速离心实验，约翰·格哈特和霍华德·沙赫曼证实了酶上的这两个亚基。首先，他们用对羟基汞苯甲酸酯处理 ATCase，以与巯基反应并使两个亚基解离。由于这两个亚基的大小不同，催化亚基较大，因此离心解离后的亚基的结果显示出两个沉降，而天然酶则显示出一个沉降。这证明了 ATCase 与许多其他酶一样，包含两个供底物结合的位点。

模型

有三种不同的模型代表酶-底物结合：锁匙模型、诱导契合模型和过渡态模型。

锁匙模型由埃米尔·费歇尔在 1890 年提出。该模型假设底物与活性位点之间存在完美的契合——这两种分子在形状上是互补的。锁匙模型是这样的，酶的活性位点非常适合底物，不需要酶在结合底物后改变结构

诱导契合模型涉及在结合后改变活性位点的构象以适合底物。此外，在诱导契合模型中，人们指出存在一些氨基酸有助于正确的底物与活性位点结合，从而导致活性位点成形为互补形状。诱导契合模型是这样的，酶的活性位点的结构可以在酶和底物结合后轻松改变。

活性位点的结合涉及氢键、疏水相互作用和短暂的共价键。然后活性位点将稳定过渡态中间体以降低活化能。但中间体很可能不稳定，使酶能够释放底物并恢复到未结合状态。

过渡态模型从酶与底物结合开始。它需要能量来改变底物的形状。一旦形状改变，底物就会与酶分离，最终改变酶的形状。该模型的一个重要方面是它增加了自由能的数量。

概述

结合位点是蛋白质上与进入的分子结合的位置，该分子在大小上相对较小，称为配体。

在蛋白质中，结合位点是三级结构上的小口袋，配体通过弱力（非共价键）与其结合。只有少数残基实际参与配体结合，而蛋白质中的其他残基充当框架以提供正确的构象和方向。大多数结合位点是凹形的，但凸形和平坦形状也存在。

配体结合位点是蛋白质上的质量化学特异性和亲和力的位置，它与其他分子和离子或蛋白质配体结合或形成化学键。蛋白质和配体结合的亲和力是蛋白质和配体之间的化学吸引力。因此，不同的配体之间可能会争夺蛋白质的相同结合位点，化学反应将导致键合和非键合配体之间的平衡状态。结合位点的饱和度定义为单位时间内被配体占据的结合位点的总数。

酶结合位点的最常见模型是诱导契合模型。它不同于更简单的“锁匙”思想体系，因为诱导契合模型指出酶的底物不完全适合结合位点。“锁匙”模型假设底物是一个相对静止的模型，它不会改变其构象，只是完美地与活性位点结合。根据诱导契合模型，酶的结合位点与所讨论底物的过渡态互补，而不是正常的底物状态。酶通过使其 NH₃⁺ 残基稳定过渡态底物的负电荷来稳定这种过渡态。这导致实现预期反应所需的活化能急剧下降。然后通过使反应更快地达到平衡来将底物转化为其产物。

影响结合的特性

互补性：分子识别取决于酶的三级结构，它在活性/结合位点创造独特的微环境。这些专业化微环境有助于结合位点催化。

灵活性：三级结构允许蛋白质适应其配体（诱导契合），对于各种生化功能至关重要（灵活性程度因功能而异）。

表面：结合位点可以是凹形的、凸形的或平坦的。对于小配体 - 裂缝、口袋或空腔。催化位点通常位于结构域和亚基界面。

非共价键：非共价键也是结合位点的特征性质。这些特征包括：比平均水平更高的暴露疏水表面（小分子 - 部分凹形且疏水性），以及水的置换可以驱动结合事件。

亲和力：酶与底物的结合能力（可以绘制成底物分压增加与亲和力增加（0 到 1.0）之间的关系图）；蛋白质与配体的结合亲和力是指蛋白质与配体之间的化学吸引力。

酶抑制剂

概述

酶抑制剂是与酶结合并导致其活性降低的分子或化合物。抑制剂可以与酶结合，阻止底物进入酶的活性位点，或阻止酶催化化学反应。抑制剂分为两类。

'不可逆抑制剂[仅非竞争性]
可逆抑制剂[竞争性和非竞争性]

抑制剂也可能天然存在，并参与代谢调节。例如，抑制剂引起的负反馈有助于维持细胞的稳态。其他细胞酶抑制剂包括特异性结合并抑制酶靶标的蛋白质。这在消除有害酶（如蛋白酶和核酸酶）方面很有用。

抑制剂的例子包括毒药和许多不同类型的药物，以及铅和氰化物等重金属。

不可逆抑制剂

不可逆抑制剂与酶共价结合，导致酶活性位点发生化学变化，无法逆转。不可逆抑制剂的主要作用包括修饰酶活性所需的关键氨基酸残基。它们通常含有醛、烯烃或苯磺酸酯等反应性官能团。这些亲电子基团能够与氨基酸侧链反应形成共价产物。氨基酸成分是含有亲核侧链（如羟基或巯基）的残基，例如丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸或酪氨酸等氨基酸。

首先，不可逆抑制剂与酶形成可逆非共价复合物（EI 或 ESI）。然后，该复合物反应生成共价修饰的不可逆复合物 EI*。形成 EI* 的速率称为失活速率或 kinact。通过与底物或第二个可逆抑制剂竞争，可以阻止不可逆抑制剂的结合，因为 EI 的形成可能会与 ES 竞争。

此外，一些可逆抑制剂可以通过与它们的靶酶紧密结合而形成不可逆产物。这些紧密结合的抑制剂显示出与共价不可逆抑制剂相似的动力学。如图所示，这些抑制剂以低亲和力的 EI 复合物快速与酶结合，然后缓慢重排为非常紧密结合的 EI* 复合物。这种动力学行为称为缓慢结合。缓慢结合通常涉及酶在抑制剂分子周围“夹紧”时的构象变化。这些缓慢结合抑制剂的一些例子包括甲氨蝶呤和别嘌呤醇等重要药物。

可逆抑制剂

可逆抑制剂非共价结合酶，并且可以根据抑制剂结合的位点发生多种类型的抑制。抑制剂与酶之间的非共价相互作用包括氢键、疏水相互作用和离子键。许多这些弱键结合在一起产生强而特异性的结合。与底物和不可逆抑制剂相比，可逆抑制剂在与酶结合时通常不会发生化学反应，并且可以通过稀释或透析轻松去除。

有三种类型的<cap>可逆抑制剂</cap>：竞争性、非竞争性和非竞争性/混合抑制剂。

竞争性抑制剂顾名思义，与底物竞争，同时与酶结合。抑制剂对酶的活性位点具有亲和力，底物也与活性位点结合。这种抑制可以通过增加底物浓度来克服，从而与抑制剂竞争。竞争性抑制剂的结构通常与真正的底物相似。

竞争性抑制剂与酶的活性位点结合，减少了底物或配体与酶的结合量，从而导致 Km 增加，而 Vmax 不变。可以通过增加底物浓度来逆转化学反应。

非竞争性抑制剂与酶同时与酶的底物结合。但是，抑制剂的结合会影响底物的结合，反之亦然。这种抑制无法克服，但可以通过增加底物浓度来减少。抑制剂通常遵循别构效应，即它与酶上与底物不同的位点结合。这种与别构位点的结合改变了酶的构象，从而降低了底物对活性位点的亲和力。

非竞争性抑制剂与酶-底物复合物结合，阻止酶与底物反应生成产物，因此它在较高的底物和酶浓度下效果很好，因为底物与酶结合；结合导致底物与酶的结合浓度、Km 和 Vmax 降低，以及酶与底物的结合亲和力增加。

非竞争性抑制剂与活性位点结合并降低活性，但不影响底物的结合。因此，抑制程度取决于底物的浓度。

非竞争性抑制剂与酶的非活性位点结合，改变酶的结构；因此，阻断酶与底物的结合，从而阻止酶活性并降低酶与底物的化学反应速率，这无法通过增加底物浓度来改变；结合会降低 Vmax，而不会改变化学反应的 Km。

可逆抑制剂的定量描述

大多数可逆抑制剂遵循经典的米氏-门坦方案，其中酶 (E) 与底物 (S) 结合形成酶-底物复合物 (ES)。km 是米氏常数，对应于当速度为最大速度的一半时底物的浓度。Vmax 是酶的最大速度。

竞争性抑制剂只能与 E 结合，而不能与 ES 结合。它们通过干扰底物的结合来增加 Km，但它们不影响 Vmax，因为抑制剂不改变 ES 中的催化作用，因为它无法与 ES 结合。

非竞争性抑制剂能够与 E 和 ES 结合，但它们对这两种形式的酶的亲和力不同。因此，这些抑制剂会增加 Km 并降低 Vmax，因为它们会干扰底物的结合并阻碍 ES 复合物中的催化作用。

非竞争性抑制剂对 E 和 ES 的亲和力相同。它们不改变 Km，但降低 Vmax。

参考文献

https://wikibooks.cn/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/Irreversible_Inhibitor

https://wikibooks.cn/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/Reversible_Inhibitors