一、酶的分子组成
根据酶的组成成份,可分单纯酶和结合酶两类。
单纯酶(simple enzyme)是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均属此列。
结合酶(conjugated enzyme)的催化活性,除蛋白质部分(酶蛋白apoenzyme)外,还需要非蛋白质的物质,即所谓酶的辅助因子(cofactors),两者结合成的复合物称作全酶(holoenzyme),即:
全酶 |
=酶 蛋 白 | + 辅助因子 |
(结合蛋白质) |
(蛋白质部分) | (非蛋白质部分) |
酶的辅助因子可以是金属离子,也可以是小分子有机化合物。常见酶含有的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。它们或者是酶活性的组成部分;或者是连接底物和酶分子的桥梁;或者在稳定酶蛋白分子构象方面所必需。小分子有机化合物是些化学稳定的小分子物质,其主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团,常可按其与酶蛋白结合的紧密程度不同分成辅酶和辅基两大类。辅酶(coenzyme)与酶蛋白结合疏松,可以用透析或超滤方法除去;辅基(prosthetic group)与酶蛋白结合紧密,不易用透析或超滤方法除去,辅酶和辅基的差别仅仅是它们与酶蛋白结合的牢固程度不同,而无严格的界限。
现知大多数维生素(特别是B族维生素)是组成许多酶的辅酶或辅基的成分(见表2-1)。它们的化学结构式见生物氧化章。体内酶的种类很多,而辅酶(基)的种类却较少,通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合,成为一种特异的酶,但一种辅酶往往能与不同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。酶蛋白在酶促反应中主要起识别底物的作用,酶促反应的特异性、高效率以及酶对一些理化因素的不稳定性均决定于酶蛋白部分。
表2-1 B族维生素及其辅酶形式
B族维生素 | 辅酶形式 | 主要作用 |
硫胺素(B1) | 硫胺素焦磷酸酯(TPP) | α-酮酸氧化脱羧酮基转换作用 |
硫辛酸 | 6,8-二硫辛酸 | α-酮酸氧化脱羧 |
泛酸 | 辅酶A(CoA) | 酰基转换作用 |
核黄素(B2) | 黄素单核苷酸(FMN)
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) |
氢原子转移
氢原子转移 |
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+) |
氢原子转移
氢原子转移 |
吡哆素(B6) | 磷酸吡哆醛 | 氨基酸代谢 |
生物素(H) | 生物素 | 羧化作用 |
叶酸 | 四氢叶酸 | “一碳基团”转移 |
钴胺素(B12) | 5-甲基钴铵素
5-脱氧腺苷钴铵素 |
甲基转移 |
二、酶的分子结构和活性中心
图2-1 酶活性中心示意图
酶的分子中存在有许多功能基团例如,-NH2、-COOH、-SH、-OH等,但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团(essential group)。有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远,但在空间结构上彼此靠近,集中在一起形成具有一定空间结构的区域,该区域与底物相结合并将底物转化为产物,这一区域称为酶的活性中心(active center),对于结合酶来说,辅酶或辅基上的一部分结构往往是活性中心的组成成分。
构成酶活性中心的必需基团可分为两种,与底物结合的必需基团称为结合基团(binding group),促进底物发生化学变化的基团称为催化基团(catalytic group)。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成,但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需,这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。