问答题 (北京师范大学2006年考研试题)简述与酶高催化效率有关的因素及机理。
【正确答案】正确答案:酶是由活细胞产生的生物催化剂,这是由酶分子的特殊结构决定的,影响酶高催化效率有关的因素及机理如下: (1)底物与酶的邻近与定向效应。反应速度与反应物浓度成正比。定向效应是反应基团之间和酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取位产生的效应。邻近效应是指酶与专一性底物结合时,酶分子的构象会发生一定的改变,使其催化基团和结合基团正确排列与定位,以便底物分子的邻近和定向,使酶活性部位的底物浓度远远大于溶液中的浓度,从而使反应速度大大增加。在酶促反应中,除了底物向酶的活性中心靠近,形成局部的高浓度区外,还需要使底物和酶分子上的有关基团,尤其是那些参与反应的基团应严格地排列与定向。 (2)底物分子形变或扭曲。当酶遇到其专一性底物时,酶中某些基团可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“电子张力”,使敏感键的一端更加敏感,底物分子发生形变,底物比较接近它的过渡态,降低了反应活化能,使反应易于发生。 酶与底物结合时,酶构象发生改变的同时,底物分子也发生形变,从而形成一个相互契合的酶一底物复合物,进一步转化成过渡态,大大增加了酶促反应速率。 (3)酸碱催化。酸碱催化是通过瞬时的向反应物提供质子或从反应物接受质子以形成稳定过渡态,加速反应的一类催化机制。 (4)共价催化。共价催化在酶促反应机制中占极其重要的地位。亲核催化是共价催化的一个特殊例子。亲核催化是具有一个非共用电子对的原子或基团,攻击缺少电子,具有部分正电性的原子,并利用非共用电子对形成共价键的催化反应。在这种机制中,酶是作为亲核试剂催化反应的。 (5)金属离子催化。金属离子和金属激活酶中的金属离子主要以3种途径参与催化过程,即通过结合底物为反应定向;通过可逆地改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应;通过静电稳定或屏蔽电荷。 (6)多元和协同效应。在酶催化反应中,常常是几个基元催化反应结合在一起共同作用,这种多元催化协同作用的结果是使酶反应加速的一个因素。 (7)活化部位微环境的影响。活化部位位于酶分子表面的疏水环境的裂缝中,非极性环境中介电常数低,两个带电基团之间的静电作用增强,酶与底物的活性部位相结合,埋在疏水环境中。两者之间的作用力增强,有利于酶的催化作用。
【答案解析】