酵素的分子結(jié)構(gòu)與催化活性的關(guān)系

　　酵素的分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是其氨基酸的序列，它決定著酵素的空間結(jié)構(gòu)和活性中心的形成以及酵素催化的專一性。如哺乳動(dòng)物中的磷酸甘油醛脫氫酵素的氨基酸殘基序列幾乎完全相同，說(shuō)明相同的一級(jí)結(jié)構(gòu)是酵素催化同一反應(yīng)的基礎(chǔ)。又如消化道的糜蛋白酵素，胰蛋白酵素和彈性蛋白酵素都能水解食物蛋白質(zhì)的肽鍵，但三者水解的肽鍵有各自的特異性，糜蛋白酵素水解含芳香族氨基酸殘基提供羧基的肽鍵，胰蛋白酵素水解賴氨酸等堿性氨基酸殘基提供羧基的肽鍵，而彈性蛋白酵素水解側(cè)鏈較小且不帶電荷氨基酸殘基提供羧基的肽鍵.這三種酵素的氨基酸序列分析顯示40%左右的氨基酸序列相同，都以絲氨酸殘基作為酵素的活性中心基團(tuán)，三種酵素在絲氨酸殘基周圍都有G1y-Asp-Ser-Gly-Pro序列，X線衍射研究提示這三種酵素有相似的空間結(jié)構(gòu)，這是它們都能水解肽鍵的基礎(chǔ)。而它們水解肽鍵時(shí)的特異性則來(lái)自酵素的底物結(jié)合部位上氨基酸組成上有微小的差別所致。

　　說(shuō)明這三個(gè)酵素的底物結(jié)合部位均有一個(gè)袋形結(jié)構(gòu)，糜蛋白酵素該處能容納芳香基或非極性基;胰蛋白酵素袋子底部稍有不同其中一個(gè)氨基酸殘基為天冬氨酸取代，使該處負(fù)電荷增強(qiáng)，故該處對(duì)帶正電荷的賴氨酸或精酸殘基結(jié)合有利;彈性蛋白酵素口袋二側(cè)為纈氨酸和蘇氨酸殘基所取代，因此該處只能結(jié)合較小側(cè)鏈和不帶電荷的基團(tuán).說(shuō)明酵素的催化特異性與酵素分子結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)系。

　　前體酵素

　　有些酵素如消化系統(tǒng)中的各種蛋白酵素以無(wú)活性的前體形式合成和分泌，然后，輸送到特定的部位，當(dāng)體內(nèi)需要時(shí)，經(jīng)特異性蛋白水解酵素的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘慕退囟l(fā)揮作用。這些不具催化活性的酵素的前體稱為酵素原(zymogen)。如胃蛋白酵素原(pepsinogen)、胰蛋白酵素原(trypsinogen)和胰凝乳蛋白酵素原(chymotrypsinogen)等。某種物質(zhì)作用于酵素原使之轉(zhuǎn)變成有活性的酵素的過(guò)程稱為酵素原的激活(zymogen andactivation of zymogen)。使無(wú)活性的酵素原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘慕退氐奈镔|(zhì)稱為活化素。活化素對(duì)于酵素原的激活作用具有一定的特異性。

　　例如胰腺細(xì)胞合成的糜蛋白酵素原為245個(gè)氨基酸殘基組成的單一肽鏈，分子內(nèi)部有5對(duì)二硫鍵相連，該酵素原的激活過(guò)程如圖4-3所示.首先由胰蛋白酵素水解15位精氨酸和16位異亮氨酸殘基間的肽鍵，激活成有完全催化活性的p-糜蛋白酵素，但此時(shí)酵素分子尚未穩(wěn)定，經(jīng)p-糜蛋白酵素自身催化，去除二分子二肽成為有催化活性井具穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的α—糜蛋白酵素。

　　在正常情況下，血漿中大多數(shù)凝血因子基本上是以無(wú)活性的酵素原形式存在，只有當(dāng)組織或血管內(nèi)膜受損后，無(wú)活性的酵素原才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘慕退兀瑥亩|發(fā)一系列的級(jí)聯(lián)式酵素促反應(yīng)，終導(dǎo)致可溶性的纖維蛋白原轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的纖維蛋白多聚體，網(wǎng)羅血小板等形成血凝塊。

　　酵素原激活的本質(zhì)是切斷酵素原分子中特異肽鍵或去除部分肽段后有利于酵素活性中心的形成酵素原激活有重要的生理意義，一方面它保證合成酵素的細(xì)胞本身不受蛋白酵素的消化破壞，另一方面使它們?cè)谔囟ǖ纳項(xiàng)l件和規(guī)定的部位受到激活并發(fā)揮其生理作用。如組織或血管內(nèi)膜受損后激活凝血因子;胃主細(xì)胞分泌的胃蛋白酵素原和胰腺細(xì)胞分泌的糜蛋白酵素原、胰蛋白酵素原、彈性蛋白酵素原等分別在胃和小腸激活成相應(yīng)的活性酵素，促進(jìn)食物蛋白質(zhì)的消化就是明顯的例證。特定肽鍵的斷裂所導(dǎo)致的酵素原激活在生物體內(nèi)廣泛存在，是生物體的一種重要的調(diào)控酵素活性的方式。如果酵素原的激活過(guò)程發(fā)生異常，將導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生。出血性胰腺炎的發(fā)生就是由于蛋白酵素原在未進(jìn)小腸時(shí)就被激活，激活的蛋白酵素水解自身的胰腺細(xì)胞，導(dǎo)致胰腺出血、腫脹。