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结构生物化学/酶/过渡态模拟物

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酶催化的基础是降低酶的活化能,从而使反应物更快地转化为产物。酶通过稳定反应物在转化为产物之前必须经历的“中间”状态,即过渡态,来实现这一点。这些过渡态处于反应中能量最高的状态,因此是最不稳定的。然而,为了防止造成破坏性后果,在生理过程中需要对酶进行调节。

One way it can do this is by an irreversible method in which a modified substrate can bind to the enzyme 

并永远使其失活。然而,考虑到酶-底物复合物经历过渡态的事实,我们可以得出结论,通过修饰的过渡态进行抑制也是可能的;我们称之为

this transition state analog inhibition.

抑制过程

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当底物与酶结合时,我们知道它会经历化学和几何变化,达到一个中间状态。在这种情况下,过渡态模拟物,即与原始过渡分子具有相同形状和电荷特性的模拟物,可能会进入并结合。尽管模拟物与原始过渡分子具有相似的性质,但由于它仍然略有不同,因此不会产生产物,最终会使酶失活并抑制酶,阻止它与底物结合。过渡态模拟物能够轻松地与酶结合,因为它具有很高的亲和力。过渡态是整个催化过程中最不稳定的状态,因此酶复合物将寻找任何能帮助其稳定的分子。这就是为什么当模拟物进入时,它会被愚弄,以为它正在与正确的分子结合。

过渡态模拟物也是生成催化抗体(bzymes)的理想选择。抗体(免疫球蛋白)可以被设计为识别过渡态,从而充当反应的催化剂。过渡态模拟物充当抗原(免疫原)来生成抗体。这一过程的一个例子是产生一种抗体,该抗体催化铁离子插入卟啉平面,该平面必须弯曲才能让铁离子进入。通常,这一步骤由血红素合成的最后一步酶,即铁螯合酶催化。发现N-甲基原卟啉类似于过渡态,因为N-烷基化会使卟啉弯曲,就像铁螯合酶一样。因此,通过使用N-烷基卟啉作为免疫原,产生了抗体催化剂。产生的抗体能够扭曲卟啉,以促进亚铁离子的进入。使用类似的技术,已经开发出催化酯类和酰胺类水解、转酯化和光诱导裂解等反应的抗体。

文件:N-甲基原卟啉.png
用于产生抗体以催化铁离子插入卟啉环的N-甲基原卟啉


过渡态模拟物的重要性

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过渡态模拟物的重要性:• 它们能够作为非常强大的抑制剂


• 过渡态模拟物在理解酶催化的动力学和内部机制方面非常重要。模拟物可以“充当抗代谢物”[1]。它们在生物化学中最重要功能之一是它们在确定底物在催化过程中经历的机制方面所起的作用。由于模拟物是中间结构,如果它在研究的反应中发挥作用,那么确定原始底物的实际结构和实际转化是可能的。

• 过渡态模拟物还有助于识别“活性位点的结合决定因素”[1]。

• 过渡态模拟物能够生成具有催化性质的免疫原。

1. http://arjournals.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.bb.05.060176.001415?cookieSet=1


2. http://arjournals.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.biochem.67.1.693

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