酶催化可以看作是介于均相與非均相催化反應(yīng)之間的一種催化反應(yīng)。既可以看成是反應(yīng)物與酶形成了中間化合物，也可以看成是在酶的表面上首先吸附了反應(yīng)物，然后再進行反應(yīng)。
簡介
概述
酶加速或減慢化學(xué)反應(yīng)的作用。在一個活細胞中同時進行的幾百種不同的反應(yīng)都是借助于細胞內(nèi)含有的相當(dāng)數(shù)目的酶完成的。它們在催化反應(yīng)專一性，催化效率以及對溫度、pH值的敏感等方面表現(xiàn)出一般工業(yè)催化劑所沒有的特性。在許多情況下，底物分子中微小的結(jié)構(gòu)變化會喪失一個化合物作為底物的能力。
例如
脲酶只能催化尿素，使之水解為氨和二氧化碳，而對結(jié)構(gòu)非常相似的甲基尿素卻毫無 作用。有些酶表現(xiàn)的專一性程度低一些，能作用于具有某種特殊化學(xué)基團的多種化合物。酶的催化效率顯然比其他類型催化劑高，在一定條件下，每個過氧化氫酶在一分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化5000000個過氧化氫分子，比其他催化劑效率要高幾個數(shù)量級。在化學(xué)實驗室中需幾天或幾個月才能完成的復(fù)雜反應(yīng)序列，酶能在數(shù)秒鐘之內(nèi)催化完成。
酶催化反應(yīng)
特征
酶催化反應(yīng)還表現(xiàn)出一種在非酶促反應(yīng)中不常見到的特征，即可與底物飽和。當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r，酶反應(yīng)速率達到平衡并接近一個最大值（見圖）。
公式簡介
1913年L.邁克利斯和L.M.門頓發(fā)展了關(guān)于酶的作用和動力學(xué)的一般理論，假定酶E首先與底物S結(jié)合形成酶－底物配位化合物ES；然后此復(fù)合物在第二步反應(yīng)中分解形成游離的酶和產(chǎn)物P：
在動力學(xué)研究中通常使用的條件下，酶的濃度與底物相比是非常低的。當(dāng)酶和底物混合后，ES的濃度迅速增加直至到達恒態(tài)，這種恒態(tài)通常在很短時間內(nèi)就能達到，并可維持一段時間，在這段時間內(nèi)，整個反應(yīng)的速率基本上是恒定的。該速率被稱為反應(yīng)的初速率，它可用產(chǎn)物的生成速率來測量：式中【】為總的酶濃度；c為底物的濃度；為反應(yīng)速率常數(shù)。當(dāng)?shù)孜餄舛葻o窮大時，初速率接近最大值，。定義，則得：
式中稱為邁克利斯常數(shù)，代表在給定的酶濃度下，反應(yīng)速率達到最大值的一半時所需的底物濃度。當(dāng)與相比很小時,就接近于酶－底物配位化合物的離解常數(shù)，可作為酶與其底物親和力的量度。
研究證明
相互轉(zhuǎn)化
已知有將近2000種不同的酶，其中至少已有 200種已制出結(jié)晶物質(zhì)。大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，其分子量范圍約從10000到1000000以上。通常按照酶所催化的反應(yīng)來分類和定名。如氧化還原酶可催化電子傳遞反應(yīng)，在細胞呼吸和能量產(chǎn)生中起著重要的作用；轉(zhuǎn)移酶可催化一種化學(xué)基團，從一個底物轉(zhuǎn)移到另一底物；水解酶可催化蛋白質(zhì)、核酸、淀粉、脂肪、磷酸酯及其他物質(zhì)的水解；裂合酶可催化底物發(fā)生非水解性裂解并生成雙鍵；異構(gòu)酶可催化異構(gòu)物相互轉(zhuǎn)化等。
輔助因子
有些酶類的活性僅由它們的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)所決定，而另一些酶類還需要一種或多種的非蛋白質(zhì)組分，稱為輔助因子。輔助因子可以是金屬離子或金屬配位化合物，也可以是被稱為輔酶的有機化合物；有些酶類兩者都需要。
自然界中的發(fā)現(xiàn)
原理
在自然界中，大約有三分之一的酶需要金屬離子作為輔助因子或活化劑。有些含金屬的酶，其所含的金屬離子，特別是鐵、、銅、鋅等過渡金屬離子與蛋白質(zhì)部分牢固地結(jié)合，形成酶的活性部位。這種酶稱為金屬酶，例如使大氣中游離的氮分子固定為氨的、含鉬和鐵的固氮酶；使底物氧化同時將氧分子還原為水的銅氧化酶；使(或)轉(zhuǎn)化為(或)的含鐵、硫的氫酶;一類含鉬的氧化還原酶（如硝酸鹽還原酶、嘌呤脫氫酶、黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亞硫酸氧化酶和甲酸脫氫酶）等。在這些酶的大分子內(nèi)部含有由若干金屬原子組成的原子簇，作為活性中心，以絡(luò)合活化底物分子。它們使底物絡(luò)合活化的方式和通過配位體實現(xiàn)電子與能量偶聯(lián)傳遞的原理，與相應(yīng)的均相絡(luò)合催化和多相絡(luò)合催化過程有相似的地方。
發(fā)展
弄清自然界在億萬年進化過程中巧妙設(shè)計的各種酶作用機理，不僅能揭開生物催化過程的奧秒，也能為人類利用其中某些原理來研究開發(fā)新型高效催化劑奠定科學(xué)基礎(chǔ)，并帶動催化的邊緣學(xué)科──光助催化、電催化和光電催化──的發(fā)展。
參考資料 >