17、酶催化的化学机制解析

酶催化的化学机制解析

1. 过渡态稳定的化学机制

在酶催化反应中，有多种因素有助于过渡态的稳定，从而加速反应的进行。
- 轨道定向 ：反应物分子需要精确的排列以形成狭窄的能量极小值，从而保持精确的对齐。这一概念有助于反应物分子以合适的方向相互作用，促进反应的发生。
- 溶剂化变化 ：在溶液中，去溶剂化能可能是反应的一大障碍。而在酶催化反应中，反应物在与疏水的酶活性位点结合时发生去溶剂化，它们有效地与大量溶剂隔离。因此，去溶剂化成本被复合物的结合能所抵消，不会对酶催化反应的活化能垒产生贡献。
- 克服范德华排斥和电子重叠变化 ：这是分子内反应和酶催化的重要方面。部分通过上述的定向效应，以及诱导应变来实现。这些不同的特性共同导致了一种整体的近似效应，这种效应源于底物在酶活性位点的结合。近似效应有助于酶催化反应的整体速率加速，酶与底物之间的结合力为这些效应提供了大部分驱动力。

2. 共价催化

许多酶催化反应会通过形成酶与底物分子之间的共价中间体来进行。以下是共价催化的详细介绍：
- 共价中间体的形成 ：实验证据表明，通过动力学测量、稳定共价加合物的分离和鉴定，以及最近的中间体物种的X射线晶体结构，已经证实了共价中间体的存在。一些酶家族已被证明会形成共价中间体，如下表所示：
| 亲核基团 | 示例酶 | 共价中间体 |
| — | — | — |
| 丝氨酸（—OH） | 丝氨酸蛋白酶 | 酰基酶 |
| 半胱氨酸（—SH） | 巯基蛋白酶 | 酰基酶 |