酶的结构，功能，催化原理

原理尽量详细

酶作为催化剂，它具有一般催化剂的共同性质。1.只能催化热力学上允许进行的反应，对于可逆反应，酶只能缩短反应达到平衡的时间，但不改变平衡常数；2.酶也是通过降低化学反应的活化能来加快反应速度；3.酶在反应中用量很少，反应前后数量、性质不变。但由于酶的本质是生物大分子如蛋白质，因而，它又具有另外一些有别于一般催化剂的特殊的性质，这些性质主要表现在以下几方面：（一）高度的催化效率在相同条件下，酶的存在可以使一个反应的反应速率大大加快。一般情况下，由酶催化的反应速率比相应的非催化反应速率快106～1012倍。酶促反应具有极高的效率是因为酶通过其特有的作用机制，比一般催化剂更有效地降低反应的活化能，使底物只需较少的能量便可进入活化状态。图4-1 催化过程和非催化过程自由能的变化如：尿素的水解反应在H+催化作用下反应温度为62度，反应速度常数为7.4×10-7 ，而脲酶催化作用下反应温度为21度，反应速度常数为5.0×106 ；α-胰凝乳蛋白酶对苯酰胺的水解速度是H+催化作用的6ⅹ106倍 ，且不需要较高的温度。可见酶有极高的催化效率。 （二）高度的作用专一性酶催化反应的专一性或称酶作用的专一性，是指酶对作用的反应物，在此称为底物（substrate, S）的严格要求，其中还包括催化底物发生反应的类型和方式。一种酶只能催化某一种或某一类特定的底物，发生某种特定类型的化学反应。不同的酶其专一性的程度颇不相同，有的只作用于一种底物；有的作用于某一种化学键；有的只作用于底物的几种异构体中的一种。1．绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性。即一种酶对应一种底物,一个反应。如尿酶仅能催化尿素水解产生CO2和NH3。2．相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性。如脂肪酶不仅水解脂肪，也对简单的酯有水解作用。3．立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。例如，乳酸脱氢酶仅催化L-乳酸脱氢产生丙酮酸，对D-乳酸则无反应图4-2乳酸脱氢酶对底物的立体结构专一性

在一个反应体系中，任何反应物分子都有进行化学反应的可能，但并非全部反应物分子都进行反应。因为在反应体系中各个反应物分子所含的能量高低不同。只有那些含能达到或超过某一定限度(称为“能阈”)的活化分子才能在碰撞中发生化学反应。显然，活化分子越多，反应速度越快。活泼态与常态之间的能量差，也就是分子由常态转变为活化状态所需的能量，称为活化能。 使反应达到其一定的能阈的途径有二：(1)对反应体系加热或用光照射，从而使反应物分子获得所需的活化能；(2)使用适当的催化剂，降低反应的能阈，使反应沿着一个活化能阈较低的途径进行。酶和一般催化剂的作用一样，就是能降低底物分子所必须具有的活化能。