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什麼是酵素?概念、結構、如何分類以及發揮作用

2024-09-12自然科學307

我們解釋什麼是酵素及其結構。此外,這些蛋白質如何分類以及它們如何發揮作用。

什麼是酵素?概念、結構、如何分類以及發揮作用

酵素是一組負責催化化學反應的蛋白質。

什麼是酵素?

酵素是一組蛋白質, 負責催化(觸發、加速、改變、減慢甚至停止)各種化學反應,只要它們在熱力學上是可能的。這意味著它們是生物體內的調節物質,通常會降低啟動反應所需的初始能量。

酵素是生命所必需的,只要pH、溫度或化學濃度條件穩定,酵素就會催化大約 4000 種已知的化學反應,因為酵素是蛋白質,也可能變性並失去其有效性

第一種酵素是由 Anselme Payen 和 Jean-Francois Persoz 在 19 世紀中葉發現的,儘管路易巴斯德的發酵實驗已經感覺到這些過程中存在一些有機物質“加速劑”,當時它們被認為是純粹的化學。

如今,酵素已廣為人知,事實上,它被廣泛應用於人類的各個行業(食品、化學品、農業、石油等),此外,酶也是維持我們身體內部平衡、加速必要反應(例如如那些提供能量的物質),選擇性地激活和停用其他物質(如激素)等等。

另請參閱:生物分子

酶的結構

什麼是酵素?概念、結構、如何分類以及發揮作用

胺基酸的組裝順序決定了酵素的結構。

大多數酵素由大小各異的球狀蛋白質組成:從 62 個胺基酸的 單體到約 2500 個胺基酸的巨大鏈 。

所有這些胺基酸的組裝順序決定了酵素的三維結構,這也決定了其特定的功能。有時,這種結構還具有吸引輔助因子的位點,即需要其介入才能產生所需效果的其他物質。

酵素具有高度特異性,也就是說,它們不會與任何物質發生反應,也不干預任何反應。他們的生化任務非常準時和精確,錯誤率非常低。

酶的分類

什麼是酵素?概念、結構、如何分類以及發揮作用

酶根據其催化的特定反應進行分類。

酶根據其催化的特定反應進行分類,如下:

  • 氧化還原酶。 它們催化氧化還原反應,即將子或氫原子從一個基底轉移到另一個基底。這些酵素的例子是脫氫酶和 c 氧化酶。

  • 轉移酶。它們催化氫以外的特定化學基團從一種底物轉移到另一種底物。葡萄糖激酶就是一個例子。

  • 水解酶。它們處理水解反應(水分子分解有機 分子)。例如,乳糖酶。

  • 利亞薩斯。催化基材斷裂或焊接的酵素。例如,乙酸脫羧酶。

  • 異構酶。它們催化異構體的相互轉化,即將分子轉化為其三維幾何變異。

  • 連接酶。 這些酵素透過同時水解三磷酸核苷酸(例如ATP或 GTP)來催化特定底物結合反應。例如,酶專用羧化酶。

酶如何發揮作用?

什麼是酵素?概念、結構、如何分類以及發揮作用

隨著熱量能量水平的增加,酵素的作用會加速。

酵素可以以不同的方式運作,但總是會降低化學反應的活化能,也就是啟動化學反應所需的能量。這些不同的模式是:

  • 周圍的。 透過創造有利於反應發生的環境來降低活化能,例如,透過與底物本身的胺基酸層反應來改變底物的化學性質。

  • 推動轉型。在不改變底物的情況下降低躍遷能,即為反應的發生創造一個具有最佳電荷的環境。

  • 給出替代路線。在這種情況下,酶與底物反應生成 ES(酶/底物)複合物,該複合物「跳過」普通反應路徑中的步驟,從而減少了反應發生所需的時間

  • 提高溫度。 在某些參數內,酵素的作用可以透過平行放熱反應增加熱量能量水平來加速。


標籤: 生物學

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