3.15: 催化完美的酶

Catalytically Perfect Enzymes
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Catalytically Perfect Enzymes
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01:07 min
April 30, 2023

Overview

催化完美酶理论由 W.J. Albery 和 J. R. Knowles 于 1976 年首次提出。这些酶高速催化生化反应。它们的催化效率值范围为 10、8-109 M-1s-1。这些酶也称为”扩散控制”,因为催化中唯一的限速步骤是底物扩散到活性位点。例如磷酸丙糖异构酶、富马酶和超氧化物歧化酶。
 

大多数酶由于其表面存在的带电基团而达到完美的催化作用,这些基团将底物定向并引导到活性位点。其他一些酶具有特定的活性位点排列,有助于催化完美。在超氧化物歧化酶等酶中,活性位点的金属离子(如铜和锌)和靠近活性位点的带电氨基酸(如精氨酸)加速了超氧阴离子转化为氧和过氧化氢的转化。酶的随机突变有利于与其底物的这种相互作用,并且具有更高效率的酶会随着时间的推移而自然选择。

完美的酶不仅可以催化高效反应,还可以帮助保护细胞免受有害反应中间体的侵害。例如,磷酸丙糖异构酶 (TPI) 是糖酵解途径中的一种酶,可催化磷酸二羟基丙酮 (DHAP) 和 3-磷酸甘油醛 (G3P) 的相互转化。DHAP 缓慢转化为 G3P 形成烯二醇中间体,最终分解成有毒化合物。由于 TPI 是一种催化完美的酶,它可以加快反应速度并迅速将中间体转化为产物,避免使用不需要的化合物。到目前为止,很少有酶进化到催化完美的。大多数酶的效率适中。

Transcript

催化完美的酶具有最大的催化效率、高周转数 kcat 和对其底物的强亲和力 KM.
 

kcat KM 的比率衡量催化效率。对于催化完美的酶,该值范围为每秒每摩尔底物 108 到 109><。  

底物扩散是由分子运动引起的底物分子的不断运动。底物必须在细胞内扩散才能与其酶相互作用。
 

催化完美的酶的反应速率仅受底物扩散到活性位点或从活性位点释放产物的速度限制。一些酶通过静电力实现催化完美,静电力吸引并引导底物进入其活性位点。
 

在催化完美的酶中,每一次酶-底物碰撞都会产生一个中间体,该中间体可迅速转化为产物。

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