酵素の触媒特性

酵素は、細胞内の化学反応を加速する独自の能力を持つタンパク質（いくつかは触媒RNAかもしれません）です。反応後に変化することなく、反応の速度を加速します。さまざまなメカニズムを介して機能しますが、すべての酵素は反応の活性化エネルギーを下げることによって反応速度を高めます。タンパク質と同様に、酵素は熱、アルコール、濃縮酸、アルカリ試薬によって凝固することがあります。これまでに、2,000以上の酵素が発見されています。

酵素のいくつかの特性は以下の通りです。

(1) 酵素は自然界で独特であり、特定の基質に対して非常に特異的である一方で、さまざまな特異性の程度を示します。酵素の活性部位は特定の基質に対して強い親和性を示し、基質の立体構造をわずかに変化させます。これは、反応する基質を受け入れるための「誘導適合」として知られており、この誘導適合は反応の活性化エネルギーを下げる安定した遷移状態をもたらします。同じ触媒は、1つ以上の反応には適用できません。立体特異性とは、酵素が異なる光学異性体を検出し、特定の異性体のみに反応することを意味します。群特異的酵素は、特定のグループを持つ物質のグループを触媒する酵素を指します。

(2) 酵素は非常に効率的であり、優れた触媒力を持ち、毎秒約100から10,000の基質分子を生成物に変換し、触媒なしの反応よりも103から108倍速く進行します。酵素は、基質から生成物への変換率が増加しても平衡定数には影響を与えません。基質分子が生成物に変換される数は、回転数と呼ばれます。通常、化学反応を触媒するために必要な酵素の数は少数です。

(3) 酵素自体は反応中に変化しません。酵素のアミノ酸残基は壊れたり、基質と共有結合を形成したりすることがありますが、通常は壊れた結合を再形成したり、基質と分離したりして、酵素がより多くの基質と結合できるようにします。

(4) 酵素はさまざまな手段でアロステリックに調節されることがありますが、触媒の活性は制御できません。時には、活性化剤や補酵素が酵素触媒に必要であり、これは酵素と金属イオンとの間に弱い結合が存在するため、酵素の効力を高めるのに役立ちます。無機物質はしばしば活性化剤として知られています。さらに、酵素の機能をアロステリックに抑制する分子もあり、これはその立体構造を修正することによって行われます。多くの薬剤の使用は、体内での酵素阻害剤としての作用に関連しています。

(5) 酵素触媒の効果は、その最適温度で最大に達する可能性があります。最適温度の上昇と低下は、触媒活性の低下をもたらします。

(6) 酵素の生化学的触媒作用は、溶液のpHにも依存します。酵素は、pH値が5から7の範囲で最適pHでその全潜在能力を発揮します。

(7) 酵素の触媒活性は、競争的阻害剤、非競争的阻害剤、または不可逆的阻害剤によって抑制されることがあります。競争的阻害剤は酵素の活性部位に可逆的に結合し、基質が酵素に結合するのを妨げます。非競争的阻害剤は、活性部位以外の酵素の任意の部位に結合し、酵素をあまり活性にしないか、無効にします。不可逆的阻害剤は、酵素と結合してそれを無効にします。

(8) 反応物の濃度の増加は、酵素が基質で飽和するまで反応速度を増加させる可能性がありますが、酵素の量の増加は反応速度を継続的に高めます。

(9) 酵素は逆に機能することができ、これは酵素が反応の方向を決定しないことを意味します。酵素は、平衡が達成されるまで反応速度を加速するためにのみ機能します。

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