酶的作用机理是怎样的？

作用机理_生物化学辞典

    作用机理

    按照化学动力学中比较普遍接受的过渡态理论，一个反应的发生总是有一些键断裂以及另一些键生成。介于原来键断裂和新键生成的中间状态叫过渡态。反应物的基态和过渡态所处的能量状态不同，这个能量差叫能垒。在一定温度下只有一部分分子的能量能达到能垒顶部的水平，形成过渡态，然后再转变成产物。当一个反应在酶的参与下进行时，它一般要比原来非催化的反应多经历几步，但由于酶与过渡态中间物的紧密结合，稳定了底物的过渡态结构，从而降低了底物形成其过渡态所需克服的能垒，结果提高了反应的速度。

    20世纪60年代以来，由于物理学、有机化学理论的渗透，以及快速反应、X射线晶体衍射分析、低温酶学等一系列新技术的应用，深化了对酶的作用机理的了解，认为酶催化的高效率是由下述因素共同作用的结果。

    1.邻近与定向效应：酶与底物结合后，底物分子中被作用的键，不但接近于酶的活性部位起催化作用的基团，而且以一定的取向排列，提高了起反应的原子间发生碰撞的几率，从而更易形成过渡态。

    2.微环境效应与多元催化：酶的活性部位由于局部微环境的影响，使某些酸性基团和碱性基团彼此靠近，或使同一种基团有的带上正电荷，有的带上负电荷，从而发挥了既有酸催化又有碱催化的多元催化作用。例如核糖核酸酶在水解其底物时，第12位和第119位两个组氨酸残基分别起着碱催化和酸催化的作用，前者从核糖的2＇位羟基上接受一个质子；后者则提供一个质子，与磷酸的氧原子形成氢键。

    3.底物的形变：在酶的诱导下，底物分子中被作用的键会经受一定的张力，使结合变弱，因而更易断裂。例如溶菌酶结合底物后，使底物分子中的一个糖环发生了扭曲，水解就发生在该处的键上。这一形变可能使底物结构更加趋于过渡态中间物的结构，使催化反应易于进行。

    4.酶构象的变化：酶与底物的作用是相互的，一方面酶诱导底物发生形变，另一方面底物结合在酶上后也会使酶的构象发生一定的变化，使其活性部位的催化基团与底物分子中被作用的键更好地契合。例如羧肽酶A结合底物后，酶分子有一个比较大的构象变化。其中第248位酪氨酸残基移动的距离能达到酶分子直径的四分之一。这一构象变化使得酶分子中起催化作用的基团与被水解的肽链相互靠近，同时形成了一个疏水性的口袋，从而加强了底物与酶的相互作用。