酵素：仕組みと例 - 生物学 - 2025

酵素、生物学的触媒や生体触媒は、生物の内部で起こる化学反応を促進する能力を持って、一般的に、タンパク質由来の分子、です。触媒タンパク質分子は酵素であり、RNAの性質のものはリボザイムです。

酵素がないと、細胞内で起こり、生命を可能にする膨大な数の反応は起こり得ませんでした。これらは、10 ^6に近い桁数、場合によってははるかに高い速度でプロセスを高速化する責任があります。

酵素基質複合体のキーロックジャンクションの模式図。出典：Competitive_inhibition_es.svg：* Competitive_inhibition.svg：Jerry Crimson Mannによる作成、TimVickersによる変更、Fvasconcellosによるベクトル化派生著作：Retama（トーク）派生著作：Bekerr

触媒作用

触媒は、化学反応で消費されることなく化学反応の速度を変えることができる分子である。

化学反応にはエネルギーが関与します。反応に関与する最初の分子または反応物は、1度のエネルギーで始まります。追加のエネルギー量が吸収されて、「遷移状態」に到達します。その後、製品とともにエネルギーが放出されます。

反応物と生成物のエネルギー差は、ΔGで表されます。生成物のエネルギーレベルが反応物よりも高い場合、反応は吸血性であり、自発的ではありません。対照的に、生成物のエネルギーが低い場合、反応は発作的で自発的です。

ただし、反応が自発的であるというだけでは、かなりの速度で反応が発生するわけではありません。反応の速度は∆G *に依存します（アスタリスクは活性化エネルギーを指します）。

読者は、酵素がどのように機能するかを理解するために、これらの概念を覚えておく必要があります。

酵素

酵素とは？

酵素は信じられないほど複雑な生体分子であり、主にタンパク質で構成されています。次に、タンパク質はアミノ酸の長い鎖です。

酵素の最も顕著な特徴の1つは、ターゲット分子に対する特異性です。この分子は基質と呼ばれます。

酵素の特徴

酵素はさまざまな形で存在します。完全にタンパク質で構成されるものもあれば、補因子（金属、イオン、有機分子など）と呼ばれる非タンパク質性の領域を持つものもあります。

したがって、アポ酵素はその補因子のない酵素であり、アポ酵素とその補因子の組み合わせはホロ酵素と呼ばれます。

それらはかなり大きなサイズの分子です。しかしながら、酵素上の小さな部位のみが基質との反応に直接関与しており、そしてこの領域が活性部位である。

反応が始まると、酵素はキーと同じようにその基質に作用します（このモデルは実際の生物学的プロセスを簡略化したものですが、プロセスを説明するために役立ちます）。

私たちの体で起こるすべての化学反応は酵素によって触媒されます。実際、これらの分子が存在しなかった場合、反応が完了するまで数百年または数千年待つ必要があります。したがって、酵素活性の調節は非常に特殊な方法で制御する必要があります。

酵素の命名法と分類

名前が-aseで終わる分子を見ると、それが酵素であることを確認できます（ただし、トリプシンなど、このルールには例外があります）。これは酵素の命名規則です。

酵素には6つの基本的なタイプがあります：酸化還元酵素、転移酵素、加水分解酵素、リアーゼ、イソメラーゼ、およびリガーゼ。担当：レドックス反応、原子移動、加水分解、二重結合の付加、異性化、分子の結合。

酵素はどのように機能しますか？

触媒のセクションでは、反応の速度はΔG*の値に依存することを述べました。この値が高いほど、反応は遅くなります。酵素は、このパラメーターを減少させる責任があります-したがって、反応の速度を増加させます。

生成物と反応物の違いは、それらの分布と同様に、同じままです（酵素はそれに影響しません）。酵素は遷移状態の形成を促進します。

酵素阻害剤

酵素の研究において、阻害剤は触媒の活性を低下させる物質です。それらは2つのタイプに分類されます：競合的および非競合的阻害剤。最初のタイプのものは基質と競合し、他のものは競合しません。

一般的に阻害プロセスは可逆的ですが、一部の阻害剤はほぼ永久的に酵素に付着したままです。

例

私たちの細胞、そしてすべての生物の細胞には、膨大な量の酵素があります。ただし、最もよく知られているのは、解糖系、クレブス回路、電子伝達系などの代謝経路に関与するものです。

コハク酸デヒドロゲナーゼは、コハク酸の酸化を触媒する酸化還元酵素タイプの酵素です。この場合、反応には2つの水素原子の損失が含まれます。

生体触媒（酵素）と化学触媒の違い

生物学的触媒と同様に、反応速度を高める化学触媒があります。ただし、2つのタイプの分子には顕著な違いがあります。

酵素触媒反応はより速く起こります

第一に、酵素は反応速度を10 ⁶から10 ^12に近い桁で増加させることができます。化学触媒も速度を向上させますが、数桁だけです。

ほとんどの酵素は生理学的条件下で機能します

生物反応は生物の中で行われるため、それらの最適条件は温度とpHの生理学的値を取り囲んでいます。化学者は、彼らにとって、温度、圧力および酸性度の抜本的な条件を必要とします。

特異性

酵素はそれらが触媒する反応において非常に特異的です。ほとんどの場合、1つまたはいくつかの素材でのみ機能します。特異性は、生産する製品のタイプにも適用されます。化学触媒の基質の範囲ははるかに広いです。

酵素とその基質の間の相互作用の特異性を決定する力は、タンパク質自体の構造を決定する力と同じです（ファンデルワールス相互作用、静電、水素結合、および疎水性）。

酵素調節は正確です

最後に、酵素は調節能力が高く、その活性は細胞内のさまざまな物質の濃度によって異なります。

調節メカニズムには、アロステリック制御、酵素の共有結合修飾、および合成される酵素量の変動が含まれます。

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