【6.5.6】广义的酸碱催化(General Acid-base catalysis)

一、酸碱催化

酸碱催化有狭义的和广义的区分。

  • 狭义的酸碱催化就是H+离子或OH -离子对化学反应的催化作用。
  • 广义的酸碱催化则是指水分子以外的分子作为质子的供体或受体参与催化作用。发生在细胞内的许多类型的有机反应都是广义的酸碱催化。例如,羰基的水化、羧酸酯或磷酸酯的水解、各种分子的重排以及许多取代反应都属此种类型。

有些反应同时使用广义酸催化和广义碱催化

酶活性中心可以提供质子或接受质子而起广义酸碱催化作用的功能基团有:谷氨酸、天冬氨酸侧链上的羧基,丝氨酸、酪氨酸中的羟基,半胱氨酸中的巯基,赖氨酸侧链上的氨基,精氨酸中的胍基和组氨酸中的咪唑基。其中组氨酸的咪唑基值得特别注意,因为它既是一个很强的亲核基团,又是一个有效的广义酸碱功能基团。

二、影响酸碱催化反应速度的因素

  • 第一个是酸碱的强度,在这些功能基团中,组氨酸的咪唑基的pKa值为6.0,在生理pH条件下,既可以作质子的供体又可作质子的受体。因此,咪唑基是催化中最有效最活泼的一个催化功能基团;
  • 第二个是这些功能基团供出质子或接受质子的速度,其中的咪唑基的情况特别突出,它供出或接受质子的速度十分迅速,其半衰期小于10-10秒。而且,供出或接受质子的速度几乎相等。由于咪唑基有如此的优点,所以虽然组氨酸在大多数蛋白质中含量很少,却很重要。在许多酶的活性中心处都含有组氨酸。

三、广义的酸碱催化(General Acid-base catalysis)

四、例子

4.1 核糖核酸酶A的催化机制(The RNase A mechanism)

4.2 溶菌酶利用Glu35进行广义的酸催化

溶菌酶的Glu35完全被疏水氨基酸包围,所有具有较高的pKa(Glu 35 in Lysozyme is surrounded by hydrophobic amino acids and therefore has a higher pKa)

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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