为什么说咪唑基是酸碱催化中的重要基团?

Question

为什么说咪唑基是酸碱催化中的重要基团?

Answer 1

应追加30分.起码的.这类问题一般很少人来答.纯学术性问题,很少有人愿在这方面下工夫,因此就冷落了,都不愿坐冷板凳啊.但这是解开生物酶催化效力的一把钥匙,你问得很好,提出这个问题,算是入门了.君子之交吧,请追加30分.
首先要搞清楚催化剂的根本---反应前后不变,但不意味着不参与到反应中去,而是通过参与反应过渡态的形成等方式,降低反应活化能.在酶催化的问题上,以酸碱催化、共价催化机制广受公认.
共价催化的理解中,酶与底物形成了共价结合的过渡态,因共价键的形成是释放能量,降低了过渡态能量,从而降低活化能.酶的亲核或亲电基团作用于底物的缺电子中心或负电中心,形成不稳定的共价中间物,同时该中间物易转变成转变态,通常酶的亲核或亲电基团包括组氨酸中的【咪唑基】、半胱氨酸上的巯基、丝氨酸中的羟基等等,因N、S、O原子上的未共用电子对,所以起着亲核基团的作用.共价催化过程中形成的共价中间体越稳定,则越难于发生最后一步的解离反应.所以一个好的共价催化剂必须同时具备表面上看来似乎相互矛盾的性质——即高的亲核性能和能形成好的离去基团的能力.组氨酸中的【咪唑基】、半胱氨酸上的巯基、丝氨酸中的羟基具有高度的极化性能,因此是兼具这一对矛盾的良好标的,成为良好的催化基团.
在酸碱催化的认识中,瞬时向反应体系提供或抽取质子可以稳定过渡态,从而降低活化能、加速反应进行.生物体中缺乏狭义的酸碱,但却不乏广义酸碱,广义酸碱催化剂,即广义质子受体和质子供体.酶蛋白中可以作为广义酸碱的基团有:氨基、羧基、巯基、酚羟基、【咪唑基】,等.在这两种认识中,咪唑基都值得重视,它既是一个【很强的亲核基团,又是一个有效的广义酸碱功能基】.咪唑基既可以作为质子供体又可以作为质子受体,在生理条件下一半以酸,一半以碱的形式存在.同时,其接受与提供质子的速度比其它广义酸碱基更迅速,作为酸碱催化剂更有优势.重视咪唑基,不仅仅基于酸碱催化的原因,同时也由于共价催化的原因,你的问题提得比较狭隘.采纳后请追加分.对以上理解有问题随时提出来.