酵素と基質の関係は何ですか?

酵素および基質は、多くの生物学的過程において相互に頻繁に相互作用するため、2つの重要な点で関連している。第1に、酵素および基質はしばしば互いに特異的であり、それらが結合することを可能にする相補的な形状を有する。第2に、酵素は、化学反応または修飾構造を触媒することによって基質を変化させることができる。これらは共に、酵素基質(ES)複合体、中間状態、および遷移状態を含む形質転換を受ける。

人体には約75,000の酵素が存在すると考えられており、その多くは特定の基質に特異的である。酵素および基質は、水素結合、疎水性相互作用および共有結合を含む様々な相互作用を介して互いに結合する。この最初の結合は、各分子が他の分子との結合に応答して変化して新しい3次元形状を形成するため、ロック・アンド・キーモデルではなく、誘導適合モデルと呼ばれる。一緒に、酵素と基質は、化学反応が起こり得るES錯体を含む。

触媒反応の間、酵素および基質は相互作用して新しい生成物を生じる。反応が完了した後も酵素は変化しないが、基質はしばしば修飾され、時には完全に新しい分子に変化する。変化しないままであるにもかかわらず、酵素は、反応が進行するための活性化エネルギーを低下させるので、起こる化学反応において主要な役割を果たす。これは、酵素と基質の化学的相互作用に存在するエネルギーが反応のエネルギー障害を克服するのに十分であることを意味する。

反応中、酵素および基質は異なる段階を経る。中間段階または化学中間体として知られているこれらのうちのいくつかは、新しい一過性分子の形成を伴う。酵素はこれらを安定化させることができ、これらの分子を所望の生成物に変化させるさらなる反応を触媒する。

遷移状態は、酵素と基質との間に形成される他の複合体であり、非常に短命で高エネルギーである。彼らはしばしば、反応の結合破壊、改革、または再編成の瞬間に発生します。酵素は、しばしば、安定化結合を介して遷移状態のエネルギーを低下させるように構成されており、しばしば、このエネルギーの減少は、反応の活性化エネルギーを低下させるものである。

多くの酵素基質対が存在するが、多くの酵素は複数の基質に対応することができる。実際には、2つの基質を一緒にして1つの分子にしたり、1つの基質を2つの生成物分子に分解するためには、多くの酵素が必要です。非特異的な多くの酵素も存在し、細胞内の状態に応じて複数の基質を標的とすることができることを意味する。