根據酶的組成成份,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於它的蛋白質結構。脲酶、消化道蛋白酶、澱粉酶、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),兩者結合成的複合物稱作全酶(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;或者在穩定酶蛋白分子構象方麵所必需。小分子有機化合物是些化學穩定的小分子物質,其主要作用是在反應中傳遞電子、質子或一些基團,常可按其與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)與酶蛋白結合疏鬆,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。
現知大多數維生素(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。體內酶的種類很多,而輔酶(基)的de種zhong類lei卻que較jiao少shao,通tong常chang一yi種zhong酶mei蛋dan白bai隻zhi能neng與yu一yi種zhong輔fu酶mei結jie合he,成cheng為wei一yi種zhong特te異yi的de酶mei,但dan一yi種zhong輔fu酶mei往wang往wang能neng與yu不bu同tong的de酶mei蛋dan白bai結jie合he構gou成cheng許xu多duo種zhong特te異yi性xing酶mei。酶mei蛋dan白bai在zai酶mei促cu反fan應ying中zhong主zhu要yao起qi識shi別bie底di物wu的de作zuo用yong,酶mei促cu反fan應ying的de特te異yi性xing、高效率以及酶對一些理化因素的不穩定性均決定於酶蛋白部分。
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) | 酰基轉換作用 |
| 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
酶的分子中存在有許多功能基團例如,-NH2、-COOH、-SH、-OH等,但並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you些xie必bi需xu基ji團tuan雖sui然ran在zai一yi級ji結jie構gou上shang可ke能neng相xiang距ju很hen遠yuan,但dan在zai空kong間jian結jie構gou上shang彼bi此ci靠kao近jin,集ji中zhong在zai一yi起qi形xing成cheng具ju有you一yi定ding空kong間jian結jie構gou的de區qu域yu,該gai區qu域yu與yu底di物wu相xiang結jie合he並bing將jiang底di物wu轉zhuan化hua為wei產chan物wu,這zhe一yi區qu域yu稱cheng為wei酶mei的de活huo性xing中zhong心xin(active center),對於結合酶來說,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),促進底物發生化學變化的基團稱為催化基團(catalytic group)。活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)中(zhong)有(you)的(de)必(bi)需(xu)基(ji)團(tuan)可(ke)同(tong)時(shi)具(ju)有(you)這(zhe)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)功(gong)能(neng)。還(hai)有(you)些(xie)必(bi)需(xu)基(ji)團(tuan)雖(sui)然(ran)不(bu)參(can)加(jia)酶(mei)的(de)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)的(de)組(zu)成(cheng),但(dan)為(wei)維(wei)持(chi)酶(mei)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)應(ying)有(you)的(de)空(kong)間(jian)構(gou)象(xiang)所(suo)必(bi)需(xu),這(zhe)些(xie)基(ji)團(tuan)是(shi)酶(mei)的(de)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)以(yi)外(wai)的(de)必(bi)需(xu)基(ji)團(tuan)。
酶分子很大,其催化作用往往並不需要整個分子,如用氨基肽酶處理木瓜蛋白酶,使其肽鏈自N端開始逐漸縮短,當其原有的180個氨基酸殘基被水解掉120個後,剩餘的短肽仍有水解蛋白質的活性。又如將核糖核酸酶肽鏈C末端的三肽(棻麠絲楃?切斷,餘下部分也有酶的活性,足見某些酶的催化活性僅與其分子的一小部分有關。
不bu同tong的de酶mei有you不bu同tong的de活huo性xing中zhong心xin,故gu對dui底di物wu有you嚴yan格ge的de特te異yi性xing。例li如ru乳ru酸suan脫tuo氫qing酶mei是shi具ju有you立li體ti異yi構gou特te異yi性xing的de酶mei,它ta能neng催cui化hua乳ru酸suan脫tuo氫qing生sheng成cheng丙bing酮tong酸suan的de可ke逆ni反fan應ying:?
L(+)乳酸通過其不對稱碳原子上的桟H3、桟OOH及桹H基分別與乳酸脫氫酶活性中心的A、B及C三個功能基團結合,故可受酶催化而轉變為丙酮酸。而D(-)乳酸由於桹H、桟OOH的空間位置與L(+)乳(ru)酸(suan)相(xiang)反(fan),與(yu)酶(mei)的(de)三(san)個(ge)結(jie)合(he)基(ji)團(tuan)不(bu)能(neng)完(wan)全(quan)配(pei)合(he),故(gu)不(bu)能(neng)與(yu)酶(mei)結(jie)合(he)受(shou)其(qi)催(cui)化(hua)。由(you)此(ci)可(ke)見(jian),酶(mei)的(de)特(te)異(yi)性(xing)不(bu)但(dan)決(jue)定(ding)於(yu)酶(mei)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)的(de)功(gong)能(neng)基(ji)團(tuan)的(de)性(xing)質(zhi),而(er)且(qie)還(hai)決(jue)定(ding)於(yu)底(di)物(wu)和(he)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)的(de)空(kong)間(jian)構(gou)象(xiang),隻(zhi)有(you)那(na)些(xie)有(you)一(yi)定(ding)的(de)化(hua)學(xue)結(jie)構(gou),能(neng)與(yu)酶(mei)的(de)結(jie)合(he)基(ji)團(tuan)結(jie)合(he),而(er)且(qie)空(kong)間(jian)構(gou)型(xing)又(you)完(wan)全(quan)適(shi)應(ying)的(de)化(hua)合(he)物(wu),才(cai)能(neng)作(zuo)為(wei)酶(mei)的(de)底(di)物(wu)。
但是,酶的結構不是固定不變的,有人提出酶分子(包括輔酶在內)degouxingyudiwuyuanlaibingfeiwenhe,dangdiwufenziyumeifenzixiangpengshi,keyoudaomeifenzidegouxiangbiandenengyudiwupeihe,ranhoudiwucainengyumeidehuoxingzhongxinjiehe,jineryinqidiwufenzifashengxiangyinghuaxuebianhua,cijisuoweimeizuoyongdeyoudaoqihexueshuo(induced fit theory)。用X衍射分析的方法已證明,酶在參與催化作用時發生了構象變化。
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