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生物酶是催化剂吗?

生物酶是催化剂吗? 酶赛生物
2016-08-16
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导读:生物酶的工作方式是与底物特异性结合来提高有效碰撞的几率,与化学催化剂的方式不尽相同,这是否在一定程度上表明,生物酶与化学定义的催化剂并不完全相同?

酶赛生物

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1首先,酶是蛋白质

更准确的说,酶是具有特殊结构的催化活性生物大分子。

既然是蛋白质,它的工作条件会比较温和。因此化工生产中的高温高压来改变化学平衡,这样的事情在细胞中是做不到的。那么生物如何进行那些热力学不允许的反应?两个字:绕路。

对于热力学不允许的反应,生物会采用先磷酸化底物,再置换磷酸基团来实现热力学允许。总之,酶的反应条件温和。


2酶是生物演化的产物

因此酶必须高效、特异,因为生物体内实在是太拥挤了,遇到对的分子尚不容易,遇到了就要迅速识别和“下手”。

有多高效呢?酶的催化效率一般在无机催化剂的数万到数百万倍。

更有趣的是,酶这么勤奋,而有些反应细胞并不需要太快发生。因此,有些酶会具有变构效应,在某些分子环境或修饰下酶的结构会被改变,关闭或开放活性位点。有些酶甚至直接被编码成“残废”来降低活性,保持生物体的有序。这都是自然界的酶受到演化限制的结果。


3酶识别中间态

至于机制,这就是生物狗最津津乐道的部分了。酶并不是识别和结合底物……

酶识别中间态,有一个更牛逼哄哄的说法:酶是反应中间体的抗体。

中间态是反应物活化的状态,能量较高,因此在体系中的比例很低,而中间态会迅速向底物或产物衰变,因此中间态的多寡决定了反应的动力学。

对于无机催化剂,他们往往(实际上还没有充分解析)是提供吸附位点促进底物接触和降低活化能(以形成中间态),或是直接参与到反应中,通过分步的循环反应降低分步的活化能,所谓“化整为零”。


4酶的形状

而酶在这样的基础之上,还有一个无机催化剂暂时无法比拟的特质:形状。一方面,酶对于中间体的高亲和力能迅速移除体系中的中间体,促进中间体产生;另一方面,酶可以与底物和产物、中间体弱结合,这样弱结合的底物可以向中间体转化,而中间体也会在热力学上更容易发生互相转化。

酶的形状有很多的实际应用,目前有一些酶工程的酶就是运用抗体生产设计的。找出有效中间体、生产抗体、改进活性位点是常见的设计思路。

因此,在化学特征上,动力学、热力学都符合催化剂的特征,但酶作为具有特殊结构生物大分子,会有工作条件温和、高效、特异的特点。


文本整理编辑来源知乎。

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