酶催化作用的原理?

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酶是一种具有生物活性的蛋白质,它通过控制底物的消耗量和产物的生成量而起到调节细胞内生命过程的作用。 酶的催化作用是通过分子中的基团(如氨基、羧基和羟基等)与底物发生共价结合产生的。这些基团称为酶的活性中心或亚基。它们一般都有一定的空间结构,只有具有适当空间的基团才能与底物相结合,形成有活性的中间体。酶的催化机制可分为以下四个阶段:

1、变构效应: 所谓变构效应是指底物分子在酶的活性中心内外与酶分子的某一部分结合时所引起的酶分子空间构象的变化。而这种分子间或分子内结合引起的构象变化又可影响其它基团的暴露程度。这种作用可发生在酶催化反应过程中的任何步骤。因此可以说它是渗透在整个酶促反应进程的一把“开关”或者说一个“控制器”,它可以调控整个催化进程的速度和方向。

2、激活作用: 有些酶必须首先受到激活剂的影响后才能表现出其催化功能。这类物质称为该酶的激活剂。有些酶的激活需要离子试剂(阳离子或阴离子),这种试剂通常能明显加快酶的反应速率;另外一些酶则需要金属离子或过渡金属离子作为激活剂。由于金属离子对于绝大多数的生物酶都具有重要作用,所以在许多酶促反应中常常需要加入少量的金属试剂来启动或加速酶的反应。但也有一些酶对于离子激活剂不敏感,例如胰蛋白酶。

3、底物识别: 很多酶的活性中心含有与底物结合的部位。这个部位一般有一定的形状和特定的氨基酸序列。不同的酶甚至同一种酶的不同亚型往往具有不同形状的活性中心,这就使得各种酶能够特异地识别与其相对应的底物。这一方面与酶的合成时所选择的起始氨基酸顺序有关,另一方面也与酶分子中的共价键可以及时改变有关的。正是由于这种底物识别的特殊性,所以使得酶能够对底物进行定向性分解或重组。

4、酶催化剂的作用: 当酶与底物结合后,酶的活性中心部分会与底物通过氢键、疏水作用力或其他作用力紧密接触。此时酶的活性中心的某些原子或基团可以接近底物的活性部位,从而有可能改变底物的能量状况或推进化学反应的进行。大多数的酶都是通过这样的机制发挥其催化功能的。当然也有例外。

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酶属蛋白质,蛋白质由许多氨基酸以肽键逐个连接而成,是具有很高分子量的高分子化合物。组成酶分子的多肽链具有高度复杂的空间结构。酶分子中有结合底物并发挥催化作用的部分,称活性中心。活性中心的结合基团识别底物并与之结合;催化基团催化反应的进行。

根据过渡态理论,由于新键生成和旧键断裂需要获得一定活化能,处于反应平衡的反应物分子仅一小部分具有足够能量发生反应。酶的作用在于降低反应的活化能,容易使更多分子跃至易反应的高能的"过渡态",从而加速反应。酶和底物结合形成酶-底物复合物ES,此过程因诱导使酶和底物的结构均产生一定程度的可逆变形,即所谓"酶与底物的互变性"或"变构效应”,使它们之间的亲和力增加。变形的酶(或底物)更接近底物(或酶)的过渡态,其催化基团靠近临近基团,于是催化基团促使底物的敏感键断裂,进行"酸-碱催化"与"共价催化"反应,在活性中心生成产物并释放出酶。

酶除了有生物催化的一般特性外,还有它本身的一些特性:极高的催化效率;高度的特异性;酶催化活性的可调节性;酶催化活性的不稳定性。

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