结构生物化学/酶/机制
酶是通过稳定过渡态从而降低反应活化能来催化反应的蛋白质。为了实现这一点,酶使用不同的反应类别或催化策略。催化反应所使用的策略是
在这种类型的反应中,活性位点中的亲核试剂与底物中的反应性基团发生反应。亲核试剂在催化过程中暂时与底物共价键合。
示例:胰凝乳蛋白酶使用强亲核试剂攻击底物中通常不反应的羰基碳原子。亲核试剂在催化过程中短暂地共价连接到底物。
在这种类型的反应中,除水以外的分子充当质子受体或供体。
示例:在催化三联体中,组氨酸残基使丝氨酸上的羟基极化,使其准备好去质子化。当存在底物时,它从丝氨酸的羟基中夺取质子,使残基充当碱催化剂。
在这种类型的反应中,两个底物被定位在同一个结合表面上,因此新键的形成更容易,从而加快反应速度。
示例:NMP 的磷酰基团由酶从 ATP 中转移,酶将两个底物结合在一起并使其对齐以稳定过渡态。
在这种类型的反应中,金属离子有助于核苷酸的形成或离子充当亲电子试剂以稳定中间体上的负电荷。
示例:碳酸酐酶是一种含有锌离子的酶,它有助于将水变成更好的亲核试剂。氢氧根离子的形成加速了 CO2 的亲核攻击。
所采用的策略类型取决于酶的结构特性和酶将催化的反应。在催化反应中,通常会结合使用多种策略。
乒乓反应或双位移反应涉及在所有底物结合到酶之前释放一个或多个产物。这种来回运动是反应获得乒乓名称的原因。乒乓反应的一个定义部分称为取代的酶中间体,它具有暂时修饰的酶,该酶在反应物之间来回传递基团。双位移反应的示例如下
天冬氨酸 + α-酮戊二酸 <-(使用氨基转移酶)-> 草酰乙酸 + 谷氨酸
虽然这个反应看起来像一个正常的反应,有两个反应物和两个产物,但事件的顺序定义了反应。首先,天冬氨酸与酶结合。然后(在 α-酮戊二酸结合之前),草酰乙酸被释放。现在,α-酮戊二酸与酶-底物复合物结合。最后,这些底物发生反应,释放谷氨酸,酶重新形成。
这是对酶促反应的更为正统的描述。顺序反应要求所有底物在所有产物释放之前与酶结合。这些可以进一步细分为有序和随机顺序反应。有序反应对底物与酶结合的顺序有特定要求,而随机反应则没有。
有序反应的示例如下
丙酮酸 + NADH <-(乳酸脱氢酶)-> 乳酸 + NAD+
在这个反应中,丙酮酸必须首先与酶结合,然后 NADH才能与它反应。然后,乳酸首先释放,然后 NAD+ 释放。
随机反应的示例如下
肌酸 + ATP <-(肌酸激酶)-> 磷酸肌酸 + ADP
在这个反应中,酶不具有选择性,肌酸或 ATP 都可以先结合。类似地,磷酸肌酸或 ADP 都可以先释放。