结构生物化学/酶催化机制/核苷单磷酸激酶
核苷单磷酸（NMP）激酶是一种酶，有助于将核苷三磷酸末端的磷酰基转移到核苷单磷酸上的磷酰基。NMP 激酶的挑战在于促进从 NTP 到 NMP 的磷酰基转移，而不会促进竞争反应 - 从 NTP 到水的磷酰基转移；即 NTP 水解。已知 NMP 激酶具有 P 环结构。
核苷单磷酸激酶催化 ATP 和 NMP 的反应，生成 ADP 和核苷二磷酸 (NDP)。在该反应中，糖和单碳基团等其他基团可以代替磷酰基。这种相互转换过程中可能出现的一个问题是试图避免磷酰基从 NTP 转移到水。这也可以被称为 NTP 水解。然而，酶进行诱导契合的能力 - 改变结构以与底物结合 - 使这种反应能够成功地发生并与核苷酸而不是水结合。因此，NMP 激酶是近似催化的一个例子。NMP 激酶可以存在于两种形式：(1) 游离，或 (2) 与底物结合。NMP 激酶是具有保守 NTP 结合域的同源蛋白。该域由一个中央 β 片层组成，两侧被 α 螺旋包围。NMP 激酶被认为是 P 环，因为第一个螺旋和第一个 β 链之间有一个环，通常在氨基序列中为 X-X-X-X-Gly-Lys。P 环之所以得名，是因为它已知与连接到核苷酸的 β 磷酰基发生反应。
镁或 NTP 的配合物是该反应的真正底物。在没有上述二价金属离子存在的情况下，这些酶基本上没有活性。ATP 等核苷酸结合这些离子，正是金属离子 - 核苷酸复合物才是这些酶的真正底物。镁或锰离子与核苷酸结合如何增强催化作用？镁离子与磷酰基氧原子之间的相互作用将核苷酸固定在一种明确的构象中，该构象可以以特定方式被酶结合。镁离子通常以八面体排列与六个基团配位。通常，两个氧原子直接与镁离子配位，而其余四个位置通常被水分子占据。α 和 β，或 β 和 γ，或 α 和 γ 磷酰基的氧原子可能根据特定的酶做出贡献。因此，镁离子在 ATP-镁离子复合物和酶之间提供了额外的相互作用点，从而增加了结合能。
ATP 结合会引起很大的构象变化。例如，在腺苷酸激酶的情况下，ATP 底物的存在会在激酶中引起很大的结构变化。这种相互作用导致 p 环被拉到 ATP 上以与 β 磷酰基相互作用。P 环的移动将酶的顶部结构域下拉以在结合的核苷酸上形成一个盖子。ATP 被盖子固定在适当的位置，γ 磷酰基位于第二个底物 NMP 的结合位点旁边。NMP 的结合会引起额外的构象变化。这两组变化确保只有当供体和受体都结合时才会形成催化活性构象，从而防止将磷酰基浪费地转移到水。
NMP 激酶的另一个特点是，它只有在形成复合物后才会与 ATP 底物相互作用。ATP 与镁或锰离子形成复合物，为底物和酶提供了更多相互作用点，从而增加了结合能。金属离子-核苷酸复合物根据金属离子与连接到磷酰基的氧原子之间的相互作用，存在异构体形式。
