在任何化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)物分子必須超過一定的能閾,成為活化的狀態(tài),才能發(fā)生變化,形成產(chǎn)物。這種提高低能分子達到活化狀態(tài)的能量,稱為活化能。催化劑的作用,主要是降低反應(yīng)所需的活化能,以致相同的能量能使更多的分子活化,從而加速反應(yīng)的進行。
酶能顯著地降低活化能,故能表現(xiàn)為高度的催化效率。例如前述的H2O2酶的例子,可以顯著地看出,酶能降低反應(yīng)活化能,使反應(yīng)速度增高千百萬倍以上。
二、中間復(fù)合物學(xué)說
目前一般認為,酶催化某一反應(yīng)時,首先在酶的活性中心與底物結(jié)合生成酶-底物復(fù)合物,此復(fù)合物再進行分解而釋放出酶,同時生成一種或數(shù)種產(chǎn)物,此過程可用下式表示:
ES的形成,改變了原來反應(yīng)的途徑,可使底物的活化能大大降低,從而使反應(yīng)加速。
三、酶作用高效率的機理
詳細機制仍不太清楚,主要有下列四種因素:
1.趨近效應(yīng)(approximation)和定向效應(yīng)(oientation)
酶可以將它的底物結(jié)合在它的活性部位由于化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度成正比,若在反應(yīng)系統(tǒng)的某一局部區(qū)域,底物濃度增高,則反應(yīng)速度也隨之提高,此外,酶與底物間的靠近具有一定的取向,這樣反應(yīng)物分子才被作用,大大增加了ES復(fù)合物進入活化狀態(tài)的機率。
2.張力作用(distortion or strain)
底物的結(jié)合可誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生變化,比底物大得多的酶分子的三、四級結(jié)構(gòu)的變化,也可對底物產(chǎn)生張力作用,使底物扭曲,促進ES進入活性狀態(tài)。
3.酸堿催化作用(acid-base catalysis)
酶的活性中心具有某些氨基酸殘基的R基團,這些基團往往是良好的質(zhì)子供體或受體,在水溶液中這些廣義的酸性基團或廣義的堿性基團對許多化學(xué)反應(yīng)是有力的催化劑。
4.共價催化作用(covalent catalysis)
某些酶能與底物形成極不穩(wěn)定的、共價結(jié)合的ES復(fù)合物,這些復(fù)合物比無酶存在時更容易進行化學(xué)反應(yīng)。
例如:無酶催化的反應(yīng) RX+H2O→ROH+Hx 慢
有酶存在時 RX+E桹H→ROH+EX快
EX+H2O→E桹H+HX快?