EnzymeChemistryのChymotripsinで見てきたように、以下のメカニズムが使われている。
- covalent catalysis: Ser-195が一時的にacylatedされる
- 酸塩基 catalysis: Histidine(この場合はHis-57)が塩基として作用する
- Proximity Effect: 「catalysis by approximation」近くに配置することで反応しやすくする。
- Transition state stabilization: Oxyanion holeなど。
Enzymeは、SやPよりもtransition stateとよく結びつく。 transition state analoguesを作って実験で試すことができる。
ペニシリンはバクテリアが細胞壁を作る時のtransition stateのanaloguesだとか。
熱力学が平衡状態を、kineticsが化学反応が平衡に至るまでの速さを考える学問。
平衡定数とexpの関係はEyringEquationと呼ぶらしい。
触媒アリ、無しのそれぞれのrateがexpのデルタGダブルダガーで表せるので、その割合はexpの上での引き算になる。
この差分はtransition stateのstabilizing energyからくる。(oxyanion holeなど)
つまりtransition stateと酵素のbinding energy。
Chymotrypsinは芳香族のアミノ酸の次をカットする。 このspecificityはtriadの前に芳香族を格納するポケットがあることで実現される。
触媒となる酵素は一般に
- 触媒となるメカニズム
- specificityを示すポケット
の2つがある。
trypsinは塩基のアミノ酸(つまりLys、Arg)のあとをカットする。 ポケットとしてはcationを引きつけるのだから負の電荷と考えられる。 実際、Asp-189のCOO-がこの役割を保つ。
elastaseは小さいアミノ酸(Gly、 Ala)のあとだけをカットする。 ポケットとしては2つのVal、Val-216とVal-190がポケットを塞いでいて小さいアミノ酸しか入れないようになっている。
TIM, またの名をTPI、正式名称Triose Phosphate Isomeraseのメカニズムを見る。 TIMバレル、βバレルの周りにαヘリックスのある構造としてタンパク質の構造でも言及があった。
Dihidroxy aceton phosphate (DHAP)をGlyceralaldehyde 3-phosphate (G3P)にするイソメラーゼ。
- 10の10乗倍のスピードアップ
- 珍しい酸塩基反応をする触媒
- pKaの低いGluが塩基として、ニュートラルなHisが酸として振る舞う
- Hisとenediol intermediateの間のlow barrier水素結合のため
- enediol intermediateはとてもreactiveで、HPO4を放出してMethyl Glyoxalという凄くリアクティブで有害な物質になりやすいのにこれが出来ない
- TIMがenediol intermediateをトラップしてG3Pができるまで閉じ込めて望ましくない反応を抑える
有名な例としてはNADH/NAD+がある。
- NADH... 酸として
- NAD+... 塩基として
触媒となる。
CO2+H2OをH+とHCO3-にする反応の触媒。 炭酸が下の上でシュワシュワするのはこのcarbonic anhydraseのせい。 10の6乗の速度向上で秒間数百万の分子に作用できる。
触媒としてはZn2+と4つのHisが作用する。
5_2_EnzymeAsCatalysis.pdfハンドアウトも参照。