问答题 实现酶反应高效率的因素有哪些?它们是怎样提高酶反应速度的?酶蛋白中既能作为质子供体又能作为质子受体的最有效又最活泼的催化基团是什么?为什么?
【正确答案】
【答案解析】实现酶反应高效的因素有以下几点:
(1)底物与酶的靠近(proximity)及定向(orientation),提高酶反应速度的最主要方法是使底物进入酶的活性中心区域,即大大提高活性中心区域的底物有效浓度,定向意指底物与酶的活性中心相契合。
(2)酶使底物分子的敏感键发生变形,从而促使底物敏感键断裂,酶使底物分子中敏感键的某些基团的电子云密度增高或降低,产生电子张力,使敏感键一端更加敏感,更易于反应。
(3)共价催化,底物与酶形成一个反应活性很高的中间产物,这个中间物很易变成过渡态,因此反应活化能大大降低,底物可越过低的能阈而形成产物。
(4)酸碱催化,酸碱催化剂是最普通最有效的催化剂,尤其是广义的酸碱催化剂。
(5)酶活性中心是低介电区域,酶的低介电活性中心在排除介电常数很高的水外,底物分子的敏感键和酶的催化基团之间会有很大的反应力,这有助于加速酶反应。
酶蛋白中既能作为质子受体又能作为质子供体的最有效最活泼的催化基团是组氨酸咪唑基,因为:
(1)酸碱强度,在这些功能基中,组氨酸咪唑基解离常数约为6.0,这意味着接近生物体液pH条件下,它一半以酸,一半以碱形式存在。
(2)咪唑基在供出质子和接受质子速度方面十分迅速。由于这些优点,组氨酸咪唑基是最有效的催化基团,经常出现在酶的活性中心。