酶是如何催化化学反应发生的?

只是蛋白质就可以催化那么多种反应吗?

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7个答案
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fengfeixue0219植物分子生物学博士

2013-07-01 23:11

不是蛋白质就能催化的,而是要求蛋白质具有一定的空间构型,来容纳底物并发生反应,这才是(传统意义上的)酶。

酶的本质,实际上是降低了底物的过渡态的活化能,使其更容易越过能垒,从而使得反应更容易进行。

更详细的说明,就是由于酶本身活性位点的存在,能结合底物,并受底物结构诱导产生变构作用,更紧密的结合底物;同时,活性中心的结构使得底物分子特定化学键收到攻击,或是底物间相互攻击,而变构的发生进一步降低了达到过渡态所需的能量,进而反应发生,底物化学键断裂或生成,而生成的产物和酶亲和性下降,从而被从活性中心释放,酶恢复原构象,进行下一轮反应。

以分解过氧化氢为例,若不存在催化剂或酶,活化能高达75348J/mol,采用铂为催化剂时,活化能降低到48976J/mol,而使用过氧化氢酶时,活化能仅8372J/mol。活化能的降低使得反应速度能增加一亿倍以上。

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之前一直想说一下来着,一直没顾上翻书。。。
只是蛋白质就可以催化那么多种反应吗?←我主要回答一下这个问题。
答案是,这个确实不行。
很多酶(我不太清楚是不是全部,但总之是很多)催化化学反应实质上依靠的是活性中心结合的金属元素,蛋白质的空间结构对结合和选择底物非常重要,但没有金属离子的催化这反应也发生不了。
这些金属元素的功能是非常重要的,下面这个表格列举了它们的代表性功能(这里不知道为什么列了一些非金属元素,请不要太在意,这个内容本身还是靠谱的= =):

举一些例子。
过氧化氢酶:
生物体内的过氧化氢酶有过一些不同的种类,不过它们一般都含有类似的结构——铁血红素b辅基,催化反应的机制也与其中的铁有关。
以辣根过氧化物酶为例,催化反应的机制如下:

铁要与底物结合生成中间产物。

超氧化物歧化酶
传说中的SOD,起到清除超氧阴离子自由基的作用。
目前已知的SOD有4种:铜锌超氧化物歧化酶、锰超氧化物歧化酶、铁超氧化物歧化酶和镍超氧化物歧化酶,每一种都离不开金属元素。
其中研究最清楚的是铜锌 超氧化物歧化酶,它的催化中心是在铜离子的位置,而锌可能起到了辅助催化或者是维持酶结构的作用。

肽酶
催化蛋白质肽键水解的肽酶几乎无一例外地含有锌(ZnII)(这句话是书上写的,我其实很在意到底有没有例外。。。)
反应过程中锌离子会与底物发生配位,并且由于锌离子的作用,底物肽键的羰基原子的电子云密度降低而呈正电性,因此羰基碳原子更容易接受亲核进攻(这句看不懂也没关系,理解为使反应更容易发生就好了,我都忘得差不多了。。。)

甲基转移酶
甲基转移对于一碳单位的循环很重要,而催化这种反应是钴的独门绝技。钴可以和碳原子形成一种特殊的碳-钴键。
(顺便说,这其中涉及到的辅酶也就是维生素B12的一种形式,维生素B12由于是含钴的配合物,所以能呈现出很漂亮的红色)
可以参考这个→http://songshuhui.net/archives/58184

总之,酶只靠有机物是不行的~金属元素有不可替代的作用~
有一门学科就是研究这些哒(包括但不限于)~这个学科叫做生物无机化学~~虽然我也没太学明白吧,但还是挺有意思的。

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灼烧的意志生物工程在读硕士

2013-10-01 20:52

《分子生物学》么,《 酶工程》么。什么辅因子了,辅酶了,蛋白质変构了,核心金属银子啦,RNA酶了……诶呀总之一言难尽的啦。买本书学习一下的啦。

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不是所有的但蛋白质都可以催化的。首先要确定酶是具有催化作用的蛋白质、核酸或脱氧核酸。接下来就简述一下蛋白质类的酶作用要点吧。
酶催化的特点是具有专一性、高效性和作用条件较温和。专一性说的是一种酶只能催化一种或一类蛋白质或是含有同一种官能团的物质。高效性是酶能够大大降低反应所需的活化能。作用条件较温和是说要在酶保持其活性的条件下才可以进行。
酶都是要具有活性中心的,而且其催化的反应也是有范围的。

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非专业人士对这些不感兴趣,所以这应该超出了科普的范畴。

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