几种常见酶的结构与功能

糜蛋白酶催化的四 面体中间物的形成
糜蛋白酶催化形成的 四面体中间物的稳定
几种常见酶的结构与功能
蛋白酶
蛋白酶是催化肽键水解的一类酶的总称。尽管肽键的水解在能量学上 是十分有利的，但如果没有蛋白酶的催化，一个肽键在中性pH和25Hale Waihona Puke Baidu 条件下大概需要300年~600年的时间才能完成水解。 根据活性中心催化基团的性质，蛋白酶可以分为四类：（1）丝氨酸 蛋白酶——此类蛋白酶的催化基团包括1个不可缺少的Ser残基，DIFP 是它们的不可逆抑制剂；（2）金属蛋白酶——这类蛋白酶在活性中 心结合金属离子，其活性绝对需要金属离子，因此金属离子的螯合剂 EDTA或邻菲罗啉的存在可导致其活性的丧失；（3）天冬氨酸蛋白 酶——其催化基团包括两个重要的Asp，在偏碱性的pH下无活性；（4） 巯基蛋白酶——其催化基团包括1个Cys的巯基，巯基试剂为它们的不 可逆抑制剂。 所有蛋白酶在催化过程中都经历四面体的过渡态，该过渡态形成的原 因是反应涉及一个亲核基团进攻肽键的羰基碳。如果是丝氨酸蛋白酶 和巯基蛋白酶，进攻的亲核基团分别是Ser残基的羟基和Cys残基的巯 基，否则就是水分子。丝氨酸蛋白酶和巯基蛋白酶的催化机理中包括 共价催化，脂酰基酶是酶与底物的共价中间物，而金属蛋白酶和天冬 氨酸蛋白酶催化的反应更为直接，没有共价催化。
胰蛋白酶具有很深的底物结合口袋，而口袋的底部又是Asp，特 别适合长的碱性氨基酸侧链（Lys和Arg）的结合；糜蛋白酶的底 物结合口袋没有胰蛋白酶深，但比它宽，而且口袋壁分布的是疏 水氨基酸，所以特别适合芳香族氨基酸的结合；弹性蛋白酶的底 物结合口袋非常浅，最适合结合侧链较小的氨基酸残基。
丝氨酸蛋白酶的催化三元体
丝氨酸蛋白酶
这一类蛋白酶以一个特定的Ser残基作为必需的催化基团，属 于该家族成员的有胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草 杆菌蛋白酶、激肽释放酶原、凝血酶、纤溶酶和组织型纤溶 酶原激活剂。 丝氨酸蛋白酶的催化机制属于共价催化和广义酸碱催化的混 合体，由三个不变的氨基酸残基构成的催化三元体（Ser、 His和Asp）起主导作用，这三个氨基酸残基任何一种突变或 修饰（例如，Ser被DIPF修饰）均可导致酶活性的丧失。 虽然各种丝氨酸蛋白酶具有高度的同源性，但构成催化三元 体的三个氨基酸残基在肽链中的位置并不完全相同。然而， 酶学家已达成共识，将这三个氨基酸残基总是进行一样的编 号，即His57、Asp102和Ser195。它们在催化中的具体功能是： （1）Ser195充当进攻底物的亲核基团；（2）His57作为广义 的酸碱催化剂；（3）Asp102 的功能仅仅是定向His57，影响 His的 pKa，改变其酸碱性质。