13.12
酵素は、生化学反応の速度を加速する生物学的触媒です。ほとんどの酵素はタンパク質であり、アミノ酸で構成されています。一部はリボザイムとして知られるRNA分子です。
酵素は、反応の活性化エネルギーを低下させることで作用し、それによって反応速度を増加させます。それらは化学結合の合成と分解の両方を触媒することができますが、反応の方向や平衡に影響を与えません。
各酵素は、基質と呼ばれる特定の反応物に結合し、特定の反応を触媒します。この基質は、分子間力や一過性共有結合などの相互作用を通じて、活性部位と呼ばれる酵素の明確な触媒領域に結合し、酵素-基質複合体を形成します。
この結合は、酵素とその基質との間に必要なコンフォメーション相補性により、非常に特異的です。したがって、特定の酵素は、そのコンフォメーションに基づいてのみ特定の反応を触媒することができます。
複合体形成を理解する簡単な方法は、ロックアンドキーモデルであり、これは、基質が酵素の活性部位に収まると仮定し、対応する「ロック」に適合する「キー」に似ています。
ただし、別のモデルである誘導フィットモデルでは、複合体の動的性質が考慮されます。このモデルでは、基質が結合すると、小さなコンフォメーション変化が誘発され、その結果、反応に有利なより緊密な適合が得られると述べています。
反応の活性化エネルギーは、さまざまな方法で下げることができます。
一般的なメカニズムには、基質のコンフォメーション変化を誘発して結合をより簡単に切断できるようにすることや、2つの基質の反応性基を近接させて結合形成を促進することなどがあります。酵素活性は、阻害剤と呼ばれる天然分子または合成分子によって一時的または永続的に抑制できます。
例えば、競合阻害剤は、基質と競合して酵素の活性部位に結合するため、基質の結合が妨げられます。
一方、非競合阻害剤は酵素上の別の場所に結合し、活性部位で構造変化を引き起こし、酵素の触媒活性を低下させます。
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