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活性位點

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在生物學和生物化學中,活性位點(英語:Active site),又稱活化位置,是指一個酵素中具有催化能力與結合的部位。其結構與化學性質可供受質辨識,並與受質結合。活化位置通常是酵素表面上一個類似口袋的區域,內部含有可與特定受質發生反應的殘基

在化學催化中,活性位點可以指酸鹼位點、氧化還原位點或金屬位點。[1]

結合

大部分酵素只會有一個活性位點,只對應一種受質。酵素的變性作用,通常是因為高溫或者是極端的pH值,造成酵素活性位點形狀的改變。

以下有兩種酵素結合的假說

酵素鎖鑰假說

由Emil Fischer提出的,他的假設是說酵素的活性位點和受質可以很完美的結合,當兩者結合,受質的修飾就開始了。

誘導契合假說

由Daniel Koshland提出的,它是鎖鑰理論的延伸,但它主張活性位點和受質不會完美結合,且活性位點是可以形狀改變到和受質完美結合的狀態;當受質接上後,誘導形狀改變,當受質離開後,酵素回到它原本的樣子。

化學性質

受質和酵素結合,透過氫鍵、疏水交互作用或兩者都有。活性位點上的殘基作為質子或其他受質化學基團的接受者或提供者,進而降低反應活化能,加快反應速率。當酵素和受質間的作用完後,產物在活性位點會相當的不穩定,進而離開酵素。

輔因子

酵素會運用輔因子來幫忙與受質的結合;輔酶也是輔因子的一種,在受質和酵素發生化學反應時,就會離開。例如:金屬物質。

抑制劑

抑制劑會阻擾受質和酵素的交互作用,進而降低反應速率。抑制劑有幾種不同的種類,分別有可逆和不可逆、競爭和非競爭;競爭型,一種和受質很像的物質,會和受質競爭酵素;非競爭型,一種會結合在非活性位點的物質,會影響受質和酵素的結合率。

例子 和活性位點結合? 降低反應速率?
競爭可逆型 HIV蛋白酶抑制劑
非競爭可逆型 重金屬 不會
不可逆型 氰化物

藥物的發展

辨認活性位點,在藥學上很重要;藉由辨認出活性位點,設計出受質(藥物),可以阻斷它和受質結合;其中一個重要的因子在藥物設計,是抑制劑和酵素結合的強度。 例如AIDS

變構結合位

變構結合位顧名思義和活性位點是不同的位置在酵素上,變構修飾通常發生在超過一個次單元的蛋白質,也常常參與代謝反應。

參見

參考文獻

  1. ^ Alberts, B (2010). Essential Cell Biology. Garland Science. p. 91.
  2. ^ Campbell, P (2006). Biochemistry Illustrated. Elsevier. pp. 83–85.
  3. ^ Kool ET (1984). "Active site tightness and substrate fit in DNA replication". Annual Review of Biochemistry 71: 191–219. doi:10.1146/annurev.biochem.71.110601.135453.
  4. ^ a b Sullivan SM (2008). "Enzymes with lid-gated active sites must operate by an induced fit mechanism instead of conformational selection". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105: 13829–13834. doi:10.1073/pnas.0805364105.
  5. ^ a b Schechter I (2005). "Mapping of the active site of proteases in the 1960s and rational design of inhibitors/drugs in the 1990s". Current Protein and Peptide Science 6: 501–512. doi:10.2174/138920305774933286.
  6. ^ a b c DeDecker BS (2000). "Allosteric drugs: thinking outside the active-site box". Chemistry and Biology 7: 103–107. doi:10.1016/S1074-5521(00)00115-0.
  7. ^ Zuercher M (2008). "Structure-Based Drug Design: Exploring the Proper Filling of Apolar Pockets at Enzyme Active Sites". Journal of Organic Chemistry 73: 4345–4361. doi:10.1021/jo800527n.
  8. ^ Powers R (2006). "Comparison of protein active site structures for functional annotation of proteins and drug design". Proteins - Structure, Function and Bioinformatics 65: 124–135. doi:10.1002/prot.21092.
  1. ^ Vogt, C., & Weckhuysen, B. M. (2022). The concept of active site in heterogeneous catalysis. Nature Reviews Chemistry, 6(2), 89–111. doi:10.1038/s41570-021-00340-y