注意的问题是酶所催化的反应物即底物( substrate),却大多为小分物质它们的分子质量比酶 要小几个数量级。 酶的活性中心( active center)只是酶分子中的很小部分,酶蛋白的大部分氨基酸残基并 不与底物接触。组成酶活性中心的氨基酸残基的侧链存在不同的功能基团,如-NH2、COOH、 -SH、-OH和咪唑基等,它们来自酶分子多肽链的不同部位。有的基团在与底物结合时起结 合基团( binding group)的作用,有的在催化反应中起催化基团 catalytic group)的作用。但有 的基团既在结合中起作用,又在催化中起作用,所以常将活性部位的功能基团统称为必需基 团( essential! group)。它们通过多肽链的盘曲折叠,组成一个在酶分子表面、具有三维空间结 构的孔穴或裂隙,以容纳进入的底物与之结合(图4-1)并催化底物转变为产物,这个区域 即称为酶的活性中心。 而酶活性中心以外的功能集团则在形成并维持酶的空间构象上也是必需的,故称为活性 中心以外的必需基团。对需要辅助因子的酶来说,辅助因子也是活性中心的组成部分。酶催 化反应的特异性实际上决定于酶活性中心的结合基团、催化基团及其空间结构。 三、酶的分子结构与催化活性的关系 酶的分子结构的基础是其氨基酸的序列,它决定着酶的空间结构和活性中心的形成以及 酶催化的专一性。如哺乳动物中的磷酸甘油醛脱氢酶的氨基酸残基序列几乎完全相同,说明 相同的一级结构是酶催化同一反应的基础。又如消化道的糜蛋白酶,胰蛋白酶和弹性蛋白酶 都能水解食物蛋白质的肽键,但三者水解的肽键有各自的特异性,糜蛋白酶水解含芳香族氨 基酸残基提供羧基的肽键,胰蛋白酶水解赖氨酸等碱性氨基酸残基提供羧基的肽键,而弹性 蛋白酶水解侧链较小且不带电荷氨基酸残基提供羧基的肽键.这三种酶的氨基酸序列分析显 示40%左右的氨基酸序列相同,都以丝氨酸残基作为酶的活性中心基团,三种酶在丝氨酸 残基周围都有Gly-Asp-Ser-Gly-Pro序列,X线衍射研究提示这三种酶有相似的空间结构, 这是它们都能水解肽键的基础。而它们水解肽键时的特异性则来自酶的底物结合部位上氨基 酸组成上有徽小的差别所致(图42)。 图说明这三个酶的底物结合部位均有一个袋形结构,糜蛋白酶该处能容纳芳香基或非极 性基:胰蛋白酶袋子底部稍有不同其中一个氨基酸残基为天冬氨酸取代,使该处负电荷增强 故该处对带正电荷的赖氨酸或精酸残基结合有利:弹性蛋白酶口袋二侧为缬氨酸和苏氨酸残 基所取代,因此该处只能结合较小侧链和不带电荷的基团.说明酶的催化特异性与酶分子结 构的紧密关系。 四、酶原与酶原激活( zymogen and activation of zymogen) 有些酶如消化系统中的各种蛋白酶以无活性的前体形式合成和分泌,然后,输送到特定 的部位,当体内需要时,经特异性蛋白水解酶的作用转变为有活性的酶而发挥作用。这些不 具催化活性的酶的前体称为酶原( zymogen)。如胃蛋白酶原( pepsinogen)、胰蛋白酶原 ( trypsinogen)和胰凝乳蛋白酶原( chymotrypsinogen)等。某种物质作用于酶原使之转变成 有活性的酶的过程称为酶原的激活。使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质称为活化素。 活化素对于酶原的激活作用具有一定的特异性 例如胰腺细胞合成的糜蛋白酶原为245个氨基酸残基组成的单一肽链,分子内部有5 对二硫键相连,该酶原的激活过程如图4-3所示.首先由胰蛋白酶水解15位精氨酸和16 位异亮氨酸残基间的肽键,激活成有完全催化活性的π糜蛋白酶,但此时酶分子尚未稳定 经π-糜蛋白酶自身催化,去除二分子二肽成为有催化活性井具稳定结构的a一糜蛋白酶。2 注意的问题是酶所催化的反应物即底物（substrate），却大多为小分物质它们的分子质量比酶 要小几个数量级。 酶的活性中心（active center）只是酶分子中的很小部分，酶蛋白的大部分氨基酸残基并 不与底物接触。组成酶活性中心的氨基酸残基的侧链存在不同的功能基团，如-NH2、-COOH、 -SH、-OH 和咪唑基等，它们来自酶分子多肽链的不同部位。有的基团在与底物结合时起结 合基团(binding group)的作用，有的在催化反应中起催化基团(catalytic group)的 作用。但有 的基团既在结合中起作用，又在催化中起作用，所以常将活性部位的功能基团统称为必需基 团(essential group)。它们通过多肽链的盘曲折叠，组成一个在酶分子表面、具有三维空间结 构的孔穴或裂隙，以容纳进入的底物与之结合（图 4-1）并催化底物转变为产物，这个区域 即称为酶的活性中心。 而酶活性中心以外的功能集团则在形成并维持酶的空间构象上也是必需的，故称为活性 中心以外的必需基团。对需要辅助因子的酶来说，辅助因子也是活性中心的组成部分。酶催 化反应的特异性实际上决定于酶活性中心的结合基团、催化基团及其空间结构。 三、酶的分子结构与催化活性的关系 酶的分子结构的基础是其氨基酸的序列，它决定着酶的空间结构和活性中心的形成以及 酶催化的专一性。如哺乳动物中的磷酸甘油醛脱氢酶的氨基酸残基序列几乎完全相同，说明 相同的一级结构是酶催化同一反应的基础。又如消化道的糜蛋白酶，胰蛋白酶和弹性蛋白酶 都能水解食物蛋白质的肽键，但三者水解的肽键有各自的特异性，糜蛋白酶水解含芳香族氨 基酸残基提供羧基的肽键，胰蛋白酶水解赖氨酸等碱性氨基酸残基提供羧基的肽键，而弹性 蛋白酶水解侧链较小且不带电荷氨基酸残基提供羧基的肽键．这三种酶的氨基酸序列分析显 示 40％左右的氨基酸序列相同，都以丝氨酸残基作为酶的活性中心基团，三种酶在丝氨酸 残基周围都有 G1y-Asp-Ser-Gly-Pro 序列，X 线衍射研究提示这三种酶有相似的空间结构， 这是它们都能水解肽键的基础。而它们水解肽键时的特异性则来自酶的底物结合部位上氨基 酸组成上有徽小的差别所致（图 4-2）。 图说明这三个酶的底物结合部位均有一个袋形结构，糜蛋白酶该处能容纳芳香基或非极 性基；胰蛋白酶袋子底部稍有不同其中一个氨基酸残基为天冬氨酸取代，使该处负电荷增强， 故该处对带正电荷的赖氨酸或精酸残基结合有利；弹性蛋白酶口袋二侧为缬氨酸和苏氨酸残 基所取代，因此该处只能结合较小侧链和不带电荷的基团．说明酶的催化特异性与酶分子结 构的紧密关系。 四、酶原与酶原激活（zymogen and activation of zymogen） 有些酶如消化系统中的各种蛋白酶以无活性的前体形式合成和分泌，然后，输送到特定 的部位，当体内需要时，经特异性蛋白水解酶的作用转变为有活性的酶而发挥作用。这些不 具催化活性的酶的前体称为酶原（zymogen）。如胃蛋白酶原(pepsinogen)、胰蛋白酶原 (trypsinogen)和胰凝乳蛋白酶原(chymotrypsinogen)等。某种物质作用于酶原使之转变成 有活性的酶的过程称为酶原的激活。使无活性的酶原转变为有活性的酶的物质称为活化素。 活化素对于酶原的激活作用具有一定的特异性。 例如胰腺细胞合成的糜蛋白酶原为 245 个氨基酸残基组成的单一肽链，分子内部有 5 对二硫键相连，该酶原的激活过程如图 4-3 所示．首先由胰蛋白酶水解 15 位精氨酸和 16 位异亮氨酸残基间的肽键，激活成有完全催化活性的-糜蛋白酶，但此时酶分子尚未稳定， 经-糜蛋白酶自身催化，去除二分子二肽成为有催化活性井具稳定结构的α—糜蛋白酶