第二節(jié) 酶的結(jié)構(gòu)與功能

一、酶的活性中心與必需基團(tuán)

酶分子中，與酶活性密切相關(guān)的基團(tuán)稱酶的必需基團(tuán)。常見的必需基團(tuán)有：—NH2、—COOH、—SH、—OH和咪唑基等。這些必須基團(tuán)在一級(jí)結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)，但在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間構(gòu)象的區(qū)域，該區(qū)域能與底物特異地結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心（圖3-1）。輔酶和輔基參與酶活性中心的組成。

酶活性中心的必需基團(tuán)有兩種：一種是結(jié)合基團(tuán)，能與底物相結(jié)合，形成底物與酶的復(fù)合物；另一種是催化基團(tuán)，催化底物發(fā)生化學(xué)變化，并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。活性中心內(nèi)的必需基團(tuán)可同時(shí)具有這兩方面的功能。還有一些必需基團(tuán)，雖然不參加活性中心的組成，但卻是維持酶活性中心空間構(gòu)象所必需的，稱為活性中心以外的必需基團(tuán)。

酶的活性中心是酶催化作用的關(guān)鍵部位。活性中心一旦被其他物質(zhì)占據(jù)或某些理化因素使酶的空間構(gòu)象破壞，酶的活性就會(huì)喪失。

二、酶原及酶原的激活

有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成和初分泌時(shí)，并無催化活性，這種無活性的酶的前體稱為酶原。在一定的條件下，無活性的酶原轉(zhuǎn)變成為有活性的酶的過程稱為酶原的激活。其實(shí)質(zhì)是酶的活性中心形成或暴露的過程。人體內(nèi)與消化作用、凝血作用、補(bǔ)體作用有關(guān)蛋白酶在分泌時(shí)是以酶原形式存在的。

例如，胰蛋白酶原由胰腺分泌進(jìn)入小腸后，受腸激酶的激活，使第6位賴氨酸殘基與第7位異亮氨酸殘基之間的肽鍵斷裂，水解下一個(gè)六肽，酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變，形成酶的活性中心，從而成為有催化活性的胰蛋白酶（圖3-2）。

胰蛋白酶的形成，不僅能水解食物中的蛋白質(zhì)，還能催化胰蛋白酶原的自身激活和小腸中其他蛋白酶原的激活，形成一個(gè)逐級(jí)加快的連鎖反應(yīng)過程。

酶原激活具有重要的生理意義。蛋白酶以酶原形式分泌，能保護(hù)組織器官本身不受酶的水解破壞，防止組織自溶，又可使酶到達(dá)特定部位發(fā)揮作用，從而保證體內(nèi)代謝過程正常進(jìn)行。如果胰蛋白酶原過早地在胰腺被激活，將使胰腺本身組織蛋白及血管遭到破壞，嚴(yán)重者將引起致命的出血性胰腺炎。又如，正常情況下血液中雖有凝血酶原，卻不會(huì)被激活，無血液凝固發(fā)生，一旦血管破損，凝血酶原被激活成凝血酶，催化纖維蛋白酶原變成纖維蛋白，使血液凝固，阻止大量失血，起保護(hù)機(jī)體的作用。

三、同工酶

同工酶是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及免疫特征等不同的一組酶。這類酶存在于同一機(jī)體的不同組織中，甚至同一組織細(xì)胞內(nèi)的不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，它在代謝調(diào)節(jié)上起著重要的作用。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)百余種同工酶。例如，乳酸脫氫酶、核糖核酸酶、肌酸磷酸激酶、膽堿酯酶等。乳酸脫氫酶（LDH）有心肌型（H）和骨骼肌型（M）兩種亞基，這兩種亞基隨機(jī)組合成五種同工酶（圖3-3）:LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4）。這五種同工酶具有不同的電泳速度。

LDH同工酶在各器官中的分布和含量不同，各器官組織都有其各自特定的分布酶譜及功能。如心肌中以LDH1含量最高，骨骼肌和肝以LDH5含量最高。當(dāng)急性心肌梗死時(shí)，心肌細(xì)胞缺血壞死，細(xì)胞內(nèi)的乳酸脫氫酶釋放入血，從血清同工酶電泳圖譜中可發(fā)現(xiàn)LDH1比例增加，故測定同工酶有助于疾病的診斷，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中診斷靈敏且可靠的手段之一。