临床执业医师考试――酶的分子组成和化学结构.doc

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1、临床执业医师考试一酶的分子组成和化学结构一、酶的分子组成根据酶的组成成份,可分讥纯酶和结合酶两类。」'卩纯酶(simpleenzyme)是基本纽.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。JK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(conjugatedenzyme)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

2、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纽成部分;或者是连接底物和酶分子的桥梁;或者在稳定酶蛋门分子构象方血所必需。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,帘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(prostheticgroup)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

3、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)是纽.成许多酶的辅酶或辅基的成分(见衣2-1)o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,通曲一种酚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・1B族维生素及其辅酶形式B族维生索辅酶形式主要作用硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸酯(TPP)E酮酸氧化脱竣酮基转换作用硫辛酸6,8■二硫辛酸cH阿酸氧化脱竣

4、泛酸辅旃ACCoA)酰基转换作用核黄索(B2)黄素单核普酸(FMN)黄索腺喋吟二核昔酸(FAD)氧原子转移MEI孑转移尼克酰胺(PP)尼克酰胺腺嚓吟二核苛酸(NAD+)尼克酰胺腺喋吟二核昔酸磷酸(NADP+)氢原子转移氢原子转移毗哆索(B6)磷酸毗哆醛氨基酸代谢生物素(H)生物素竣化作用叶酸四氢叶酸“一碳基团”转移钻胺素(B12)5-甲基钻钗索5-脱氧腺昔钻镀素甲基转移二、酶的分子结构和活性中心酶的分子中存在有许多功能基团例如,・NH2、・COOH、-SH.9H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酚的必需基团(essentialgrou

5、p)o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(activecenter),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(bindinggroup),促进底物发生化学变化的基团称为催化基团(catalyticgroup)=活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。述有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的纽成,但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需,

6、这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。酶分子很大,其催化作用往往并不需要整个分子,如用氨基肽酶处理木瓜蛋白酶,使其肽链自N端开始逐渐缩短,当其原有的180个氨基酸残基被水解掉120个后,剩余的短肽仍有水解蛋白质的活性。又如将核糖核酸酚肽链C末端的三肽(萊魔丝梶?切断,余下部分也有酶的活性,足见某些酶的催化活性仅与其分子的一小部分有关。不同的酶有不同的活性中心,故对底物有严格的特异性。例如乳酸脱氢酶是具有立体异构特异性的酶,它能催化乳酸脱氢生成丙酮酸的可逆反应:L(+)乳酸通过其不对称碳原子上的栈H3、栈OOH及根H基分别与乳酸脱氢酶活性中心的A、B及C三个功能基团

7、结合,故可受酶催化血转变为内酮酸。I"JD(・)乳酸曲于根H、栈OOH的空间位置与L(+)乳酸相反,与酶的三个结合基团不能完全配合,故不能与酶结合受其催化。曲此可见,酶的特异性不但决定于酶活性中心的功能基团的性质,而口还决定于底物和活性中心的空间构象,只有那些有一定的化学结构,能与酶的结合基团结合,而口空间构型又完全适应的化合物,才能作为酶的底物。但是,酚的结构不是固定不变的,有人提出酶分子(包括辅酶在内)的构型与底物原來并非吻合,当底物分子与酶分子相碰吋,可诱导酶分子的构象变得能与底物配合,然后底物才能与酶的活性中心结合,进『U引起底物分子发生相应化学变化,此即

8、所谓酶作用

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