酶學基礎---酶的分子結構與催化功能(2)(已修改)
2025-01-29 12:46 本頁面
【正文】 第二篇 酶學基礎 第四章 酶的分子結構與催化功能 第一節(jié) 酶分子組成 酶 單純酶 結合酶 （全酶） = 酶蛋白 + 輔因子 輔因子 輔酶 與酶蛋白結合得比較松的小分子有機物 。 輔基 與酶蛋白結合得緊密的小分子有機物。 金屬激活劑 金屬離子作為輔助因子。 ? 蛋白質(zhì)具有一級、二級、三級、四級結構以及大分子組織形式。 ? 酶的催化專一性主要決定于酶蛋白部分。 ? 輔因子通常是作為電子、原子或某些化學基團的載體。 第二節(jié) 酶的結構與功能 酶蛋白的結構 ,包括一級結構和高級結構 ,與酶的催化功能密切相關，結構的改變會引起酶催化作用的改變或者喪失。 研究酶結構與功能的關系是酶學的核心課題。 一、酶的活性中心 （一）活性中心 酶蛋白上只有 少數(shù)氨基酸殘基 參與酶對底物的結合和催化，這些相關氨基酸殘基在 空間上比較靠近 ，形成一個 與酶顯示活性直接有關的區(qū)域 （在酶分子表面上具有 三維結構的特定區(qū)域 ） ,稱為酶的 活性中心 ，又稱活性部位 (active site）。 構成活性中心的化學基團實際上就是酶蛋白氨基酸殘基的側(cè)鏈，有時尚包括肽鏈末端的氨基酸。 胰凝乳蛋白酶活性中心含有 Ile1 His5 Asp10Asp19 ser195。在酶原形式時它們分散在一條肽鏈上 ,但酶原經(jīng)激活后，形成 A、 B、 C三條肽鏈。前 3個殘基在 B鏈 ,后 2個在 C鏈。依靠肽鏈的折疊，包括肽鏈間的二硫鍵，使這些互相遠離的基團靠近。 (二 )必需基團 酶活性中心的一些化學基團為酶發(fā)揮催化作用所必需，故稱為必需基團。 在酶活性中心以外的區(qū)域，也有不和底物直接作用的必需基團，稱為活性中心外的必需基團 。這些基團與維持整個酶分子的空間構象有關，間接地對酶的催化活性發(fā)揮作用。 Koshland將酶分子中的氨基酸殘基或其側(cè)鏈基團分成四類： 1. 接觸殘基 (contact residues) 如 R R R R R R16 R164和 R165。和底物直接接觸 ,參與底物的化學轉(zhuǎn)變，是活性中心的主要組成部分。這些殘基中的一個或幾個原子與底物分子的一個或多原子接觸的距離都是一鍵距離 (即 ~)之內(nèi)。 2. 輔助殘基 (auxiliary residues) 如 R4，雖未直接與底物接觸，但在使酶與底物相互結合以及在輔助接觸殘基發(fā)揮作用上起著一定的作用。輔助殘基也是活性中心一個不可缺少的組成部分。 接觸和輔助殘基組成酶的活性中心。 接觸殘基的側(cè)鏈中，有的可能擔負和底物結合的作用 , 稱為結合基團 ；有的可能參與使底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的催化作用，稱為 催化基團 。 結合基團也可參與催化作用 輔助殘基，因不與底物接觸， 只能參與輔助催化基團的作用，如質(zhì)子的供給或接受等。 結構殘基 (structural residues) 如 R R16 R169等，這些殘基在維持酶蛋白形成一種有規(guī)則的空間構象方面起著重要作用。對酶活性的顯示也有一定貢獻，但離底物分子較遠，不能列人活性中心的范圍，屬于 活性中心以外的必需基團 。 非貢獻殘基 (noncontributing residues) 在酶的活性中心外 , 不參與酶的催化功能 ， 對酶活性的顯示不起作用。如圖中的 R R R7以及圖中未列 入 的一些殘基 , 這些殘基可以 被取代， 甚至把它們?nèi)サ粢膊粫γ傅臉嬒蠛凸δ墚a(chǎn)生重大改變 。 二、酶的一級結構與催化功能的關系 一級結構是酶的基本化學結構，是催化功能的基礎。一級結構的改變將使酶的催化功能發(fā)生相應的改變。 ? 核糖核酸酶在其 C末端用羧酸酶去掉 3個氨基酸時，對酶的活性幾乎沒有影響，而若用胃蛋白酶去掉 C末端的4個氨基酸時，則酶活性全部喪失。 核糖核酸酶，有活性 沒活性 有活性 酶原是活性酶的前體，需經(jīng)激活才顯示出酶的性。 由 酶原轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚悦福赏ㄟ^酶或氫離子的催化而實現(xiàn) 。 胰蛋白酶原在胰蛋白酶或腸激酶的作用下，使酶原變?yōu)榛钚缘拿浮?酶原轉(zhuǎn)變成酶時，一級結構僅僅發(fā)生微小的變化 ，在碳鏈的 N末端失去了一個六肽，從而 使隱蔽的活性基團解放出來 ,形成了活性部位 。 許多酶都存在著二硫鍵。 一般二硫鍵的斷裂將使酶變性而喪失其催化功能 。但是某些情況下，二硫鍵斷開，而酶的空間構象不受破壞時，酶的活性并不完全喪失；如果使二硫鍵復原，酶又重新恢復其原有的生物活性。 三、酶的二級和三級結構與催化功能的關系 二級、三級結構是所有酶都必須具有的空間結構 ,是維持酶的活性部位所必須的構型。 當酶蛋白的二級和三級結構徹底改變，就可使酶遭受破壞而喪失其催化功能 。 二級和三級結構的改變，也可以使酶形成正確的催化部位而發(fā)揮其催化功能。由于底物的誘導而引起酶蛋白空間結構發(fā)生某些精細的改變，與適應的底物相互作用，從而形成正確的催化部位，使酶發(fā)揮其催化功能 —— 誘導契合學說的基礎。 酶受到變性因素的作用，空間結構破壞，其活性中心的構象也隨著改變，酶因此失活。 有時只要維持酶活性中心各基團的相對位臵，即使一級結構受到輕微破壞，酶活性也不會改變。 牛胰核糖核酸酶 (RNA酶 ) 有 4對二硫鍵 及很多氫鍵維持其空間構象 。 活性中心中有兩個組氨酸 （ His12及His119）。用枯草桿菌蛋白酶處理，
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