题目

酶降低反应活化能实现高效率的重要因素是什么

提问时间：2021-12-13

答案

酶加快反应速度主要靠降低反应的活化能,即底物分子达到活化态所需的能量.例如脲酶可使尿素水解反应的活化能由136kj/mol降到46kj/mol,使反应速度提高1014倍.酶的催化机理主要有以下几点：1.邻近定向 对一个双分子反应,酶可以使两个底物结合在活性中心彼此靠近,并具有一定的取向.这比在溶液中随机碰撞更容易反应.对不同的反应,由分子间反应变成分子内反应后,反应速度可加快100倍到1011倍.2.底物形变 酶与底物结合时,不仅酶的构象改变,底物的构象也会发生变化.这种变化使底物更接近于过渡态,因此可以降低活化能.3.酸碱催化和共价催化 酶活性中心的一些残基的侧链基团可以起酸碱催化或共价催化的作用.酸碱催化可分为一般酸碱催化和特殊酸碱催化两种,特殊酸碱催化是指H+和OH-的催化作用；一般酸碱催化还包括其他弱酸弱碱的催化作用.酶促反应一般发生在近中性条件,H+和OH-的浓度很低,所以酶促反应主要是一般酸碱催化.酶分子中的一些可解离集团如咪唑基、羧基、氨基、巯基常起一般酸碱催化作用,其中咪唑最活泼有效.有些酶有酸碱共催化机制及质子转移通路.四甲基葡萄糖在苯中的变旋反应如果单独用吡啶（碱）或酚（酸）来催化,速度很慢；如果二者混合催化,则速度加快,即酸碱共催化.如果把酸和碱集中在一个分子中,即合成α－羟基吡啶,它的催化速度又加快7000倍.这是因为两个催化集团集中在一个分子中有利于质子的传递.在酶－底物复合物中经常由氢键和共轭结构形成质子传递通路,从而大大提高催化效率.共价催化可分为亲电催化和亲核催化.丝氨酸蛋白酶、含巯基的木瓜蛋白酶、以硫胺素为辅酶的丙酮酸脱羧酶都有亲核催化作用.羟基、巯基和咪唑基都有亲核催化作用.金属离子和酪氨酸羟基、－NH3+都是亲电基团.共价催化经常形成反应活性很高的共价中间物,将一步反应变成两步或多步反应,绕过较高的能垒,使反应快速进行.例如胰蛋白酶通过丝氨酸侧链羟基形成酰基-酶共价中间物,降低活化能.4.微环境的作用 有些酶的活性中心是一个疏水的微环境,其介电常数较低,有利于电荷之间的作用,也有利于中间物的生成和稳定.如赖氨酸侧链氨基的pK约为9,而在乙酰乙酸脱羧酶活性中心的赖氨酸侧链pK只有6左右.以上几点都可加速反应,但每种酶不同,可同时具有其中的几种因素.