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酶的分子組成和化學結構

  一、酶的分子組成

  根據(jù)酶的組成成份,可分單純酶和結合酶兩類。

  單純酶(simple enzyme)是基本組成單位僅為氨基酸的一類酶。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構。脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均屬此列。

  結合酶(conjugated enzyme)的催化活性,除蛋白質部分(酶蛋白apoenzyme)外,還需要非蛋白質的物質,即所謂酶的輔助因子(cofactors),兩者結合成的復合物稱作全酶(holoenzyme),即:

全酶

=酶 蛋 白 + 輔助因子

(結合蛋白質)

(蛋白質部分) (非蛋白質部分)

  酶的輔助因子可以是金屬離子,也可以是小分子有機化合物。常見酶含有的金屬離子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。它們或者是酶活性的組成部分;或者是連接底物和酶分子的橋梁;或者在穩(wěn)定酶蛋白分子構象方面所必需。小分子有機化合物是些化學穩(wěn)定的小分子物質,其主要作用是在反應中傳遞電子、質子或一些基團,?砂雌渑c酶蛋白結合的緊密程度不同分成輔酶和輔基兩大類。輔酶(coenzyme)與酶蛋白結合疏松,可以用透析或超濾方法除去;輔基(prosthetic group)與酶蛋白結合緊密,不易用透析或超濾方法除去,輔酶和輔基的差別僅僅是它們與酶蛋白結合的牢固程度不同,而無嚴格的界限。

  現(xiàn)知大多數(shù)維生素(特別是B族維生素)是組成許多酶的輔酶或輔基的成分(見表2-1)。它們的化學結構式見生物氧化章。體內(nèi)酶的種類很多,而輔酶(基)的種類卻較少,通常一種酶蛋白只能與一種輔酶結合,成為一種特異的酶,但一種輔酶往往能與不同的酶蛋白結合構成許多種特異性酶。酶蛋白在酶促反應中主要起識別底物的作用,酶促反應的特異性、高效率以及酶對一些理化因素的不穩(wěn)定性均決定于酶蛋白部分。

表2-1 B族維生素及其輔酶形式

B族維生素 輔酶形式 主要作用
硫胺素(B1) 硫胺素焦磷酸酯(TPP) α-酮酸氧化脫羧酮基轉換作用
硫辛酸 6,8-二硫辛酸 α-酮酸氧化脫羧
泛酸 輔酶A(CoA) ;D換作用
核黃素(B2) 黃素單核苷酸(FMN)

黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)

氫原子轉移

氫原子轉移

尼克酰胺(PP) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)

氫原子轉移

氫原子轉移

吡哆素(B6) 磷酸吡哆醛 氨基酸代謝
生物素(H) 生物素 羧化作用
葉酸 四氫葉酸 “一碳基團”轉移
鈷胺素(B12) 5-甲基鈷銨素

5-脫氧腺苷鈷銨素

甲基轉移

  二、酶的分子結構和活性中心

圖2-1 酶活性中心示意圖

  酶的分子中存在有許多功能基團例如,-NH2、-COOH、-SH、-OH等,但并不是這些基團都與酶活性有關。一般將與酶活性有關的基團稱為酶的必需基團(essential group)。有些必需基團雖然在一級結構上可能相距很遠,但在空間結構上彼此靠近,集中在一起形成具有一定空間結構的區(qū)域,該區(qū)域與底物相結合并將底物轉化為產(chǎn)物,這一區(qū)域稱為酶的活性中心(active center),對于結合酶來說,輔酶或輔基上的一部分結構往往是活性中心的組成成分。

  構成酶活性中心的必需基團可分為兩種,與底物結合的必需基團稱為結合基團(binding group),促進底物發(fā)生化學變化的基團稱為催化基團(catalytic group)。活性中心中有的必需基團可同時具有這兩方面的功能。還有些必需基團雖然不參加酶的活性中心的組成,但為維持酶活性中心應有的空間構象所必需,這些基團是酶的活性中心以外的必需基團。

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