酶学基础--酶的分子结构与催化功能

(二)必需基团
酶活性中心的一些化学 基团为酶发挥催化作用 所必需，故称为必需基 团。
在酶活性中心以外的区 域，也有不和底物直接 作用的必需基团，称为 活性中心外的必需基团。 这些基团与维持整个酶 分子的空间构象有关， 间接地对酶的催化活性 发挥作用。
Koshland将酶分子中的氨基酸残基或其侧 链基团分成四类：
如R4，虽未直接与底物接触，但在使酶与底物相互结合以 及在辅助接触残基发挥作用上起着一定的作用。辅助残基也是 活性中心一个不可缺少的组成部分。
接触和辅助残基组成酶的活性中心。
接触残基的侧链中，有的可能担负和底物结合的作用, 称为 结合基团；有的可能参与使底物转变成产物的催化作用，称 为催化基团。
结合基团也可参与催化作用
用紫外分光差光谱、荧光光谱、圆二色光谱、 光散射和内埋巯基暴露等手段研究肌酸激酶、 核糖核酸酶、乳酸脱氢酶及3一磷酸甘油醛脱氢 酶等在盐酸胍和尿素溶液中变性不同时间的构 象变化(即肽链去折叠的过程)，同时测定酶活力 的下降，发现：酶活力的丧失往往先于上述常 规手段所测出的酶分子的整体构象变化。
辅助残基，因不与底物接触， 只能参与辅助催化基团的作 用，如质子的供给或接受等。
3、结构残基(structural residues)
如R10、R162、R169等源自这些残基在维持酶蛋白形成一 种有规则的空间构象方面起着重要作用。对酶活性的 显示也有一定贡献，但离底物分子较远，不能列人活 性中心的范围，属于活性中心以外的必需基团。
1. 接触残基(contact residues)
如R1、R2、R6、R8、R9、R163、R164和R165。和底物直接接触, 参与底物的化学转变，是活性中心的主要组成部分。这些残基 中的一个或几个原子与底物分子的一个或多原子接触的距离都 是一键距离(即0.15~0.2nm)之内。 2. 辅助残基(auxiliary residues)
构成活性中心的化学基团实际上就是酶蛋白氨基酸残 基的侧链，有时尚包括肽链末端的氨基酸。
胰凝乳蛋白酶活性中心含有Ile16、His57、Asp102、 Asp194、ser195。在酶原形式时它们分散在一条肽链上, 但酶原经激活后，形成A、B、C三条肽链。前3个残基 在B链,后2个在C链。依靠肽链的折叠，包括肽链间的二 硫键，使这些互相远离的基团靠近。
4、非贡献残基 (non-contributing residues)
在酶的活性中心外, 不参与酶的催化功能，对酶活性的显示 不起作用。如图中的R3、R5、R7以及图中未列入的一些残基, 这些残基可以被取代， 甚至把它们去掉也不会对酶的构象 和功能产生重大改变。
二、酶的一级结构与催化功能的关系
一级结构是酶的基本化学结构，是催化功 能的基础。一级结构的改变将使酶的催化 功能发生相应的改变。
二级和三级结构的改变，也可以使酶形成正确的 催化部位而发挥其催化功能。由于底物的诱导而 引起酶蛋白空间结构发生某些精细的改变，与适 应的底物相互作用，从而形成正确的催化部位， 使酶发挥其催化功能——诱导契合学说的基础。
1.酶的变性和失活
酶受到变性因素的作用，空间结构破坏，其活性 中心的构象也随着改变，酶因此失活。
核糖核酸酶，有活性
没活性
有活性
核糖核酸酶在其C末端用羧酸酶去掉3个氨基酸时，对 酶的活性几乎没有影响，而若用胃蛋白酶去掉C末端的 4个氨基酸时，则酶活性全部丧失。
酶原是活性酶的前体，需经激活才显示出 酶的性。
由酶原转变为活性酶，可通过酶或氢离子 的催化而实现。
胰蛋白酶原在胰蛋白酶或肠激酶的作用下，使 酶原变为活性的酶。酶原转变成酶时，一级结 构仅仅发生微小的变化，在碳链的N-末端失去 了一个六肽，从而使隐蔽的活性基团解放出来, 形成了活性部位。
酶蛋白的变性有时是可逆的。当某些化学 变性剂去除后，酶可以恢复原有的空间构 象，并恢复酶活力。
牛胰核糖核酸酶经尿素及β-巯基乙醇处理后发 生变性，当透析去除变性剂后，酶可自动折叠 成具有催化活性的原始形式。
2.活性中心的挠性
近年来的研究证明：酶蛋白活力的变化和变 性时空间构象的改变并不是同步的。
第二篇 酶学基础
第四章 酶的分子结构与催化功能
第一节 酶分子组成
单纯酶
酶 结合酶
（全酶）= 酶蛋白 + 辅因子
辅酶 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。
辅因子
辅基 与酶蛋白结合得紧密的小分子有机物。
金属激活剂 金属离子作为辅助因子。
蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构以及大分子组
织形式。 酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。 辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。
第二节 酶的结构与功能
酶蛋白的结构,包括一级结构和高级结构,与 酶的催化功能密切相关，结构的改变会引 起酶催化作用的改变或者丧失。
研究酶结构与功能的关系是酶学的核心课 题。
一、酶的活性中心
（一）活性中心
酶蛋白上只有少数氨基酸残基参与酶对底物的结合和 催化，这些相关氨基酸残基在空间上比较靠近，形成 一个与酶显示活性直接有关的区域（在酶分子表面上 具有三维结构的特定区域）,称为酶的活性中心，又称 活性部位(active site）。
许多酶都存在着二硫键。一般二硫键的断 裂将使酶变性而丧失其催化功能。但是某 些情况下，二硫键断开，而酶的空间构象 不受破坏时，酶的活性并不完全丧失；如 果使二硫键复原，酶又重新恢复其原有的 生物活性。
三、酶的二级和三级结构与催化功能的关系
二级、三级结构是所有酶都必须具有的空间结构, 是维持酶的活性部位所必须的构型。当酶蛋白的 二级和三级结构彻底改变，就可使酶遭受破坏而 丧失其催化功能。
有时只要维持酶活性中心各基团的相对位置，即 使一级结构受到轻微破坏，酶活性也不会改变。
牛胰核糖核酸酶(RNA酶) 有4对二硫键及很多氢键维持 其空间构象; 活性中心中有两个组氨酸（His12及 His119）。用枯草杆菌蛋白酶处理，被水解成为N端的 ⒛肽(S肽)和其余的104肽(S蛋白)两个片段，分别含有 His12和His119，两者单独存在时均无活力，但在pH7.0的 介质中，将两者1:1混合，并使S肽与S蛋白间形成氢键 及疏水键连接，则20与21位之间的肽键虽不能恢复，但 活力能恢复。这是因为S肽上的His12又与s蛋白上的 His119互相靠近，恢复了原来活性中心的空间构象。