酶学基础--酶的分子结构与催化功能

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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。
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。
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
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。
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。
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。
(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:
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。
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。
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,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)
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。
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)活性中心来自百度文库
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)。
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。
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