第二章 酶的分子结构与特殊功能酶

2.1 酶化学组成：单纯酶、结合酶、辅酶/辅基

按照化学组成可将酶分为单纯酶和结合酶两大类。

单纯酶仅由氨基酸肽链构成，无额外辅助成分；结合酶由蛋白质部分（酶蛋白）与非蛋白辅助因子共同组成完整全酶，只有全酶具备催化活性，拆分后酶活力消失。

辅助因子分为两类：与酶蛋白共价结合、无法通过透析/超滤分离的称为辅基；以非共价键结合、可物理分离的称为辅酶。常见辅助因子包含金属离子、铁卟啉、B族维生素衍生物。

酶蛋白决定催化反应专一性，辅酶与辅基负责传递氢、电子或各类化学基团。

2.2 酶活性中心结构与作用原理

酶属于大分子物质，绝大多数氨基酸残基不参与底物结合，仅局部区域构成活性中心。

活性中心是酶表面的裂隙、凹陷空间，由多肽链折叠后空间靠近的氨基酸残基组成，包含两类必需基团：结合基团负责抓住底物，催化基团负责发生化学反应；部分基团同时兼具两种功能。

活性中心以外同样存在维持酶整体空间构象的必需基团；结合酶的辅助因子也是活性中心组成部分。酶的催化特异性完全由活性中心的空间结构与基团种类决定。

2.3 分子结构与催化专一性的关联

氨基酸一级序列决定酶的空间结构、活性中心形态，直接决定底物识别专一性。

以消化蛋白酶为例：糜蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶序列高度同源，均以丝氨酸为催化核心，但底物结合口袋氨基酸存在微小差异，因此分别特异性水解含芳香氨基酸、碱性氨基酸、短侧链氨基酸的肽键。口袋空间、电荷环境的细微区别，形成不同底物选择特性。

2.4 各类调节型功能酶详解

2.4.1 酶原、酶原激活及生理作用

酶原是无催化活性的酶前体，多存在于消化腺、凝血系统，分泌后在特定部位水解切除一段肽链，形成完整活性中心，该过程称为酶原激活。

典型例子：胃蛋白酶原、胰蛋白酶原、凝血因子。激活本质是特异性肽键断裂，暴露活性中心。

生理意义：保护合成细胞不被自身蛋白酶分解；仅在作用位点激活发挥功能。激活异常会引发疾病，如胰腺炎。

2.4.2 同工酶结构特点与临床诊断用途

同工酶：催化相同化学反应，但分子结构、理化性质、免疫特性不同的一类酶，分布于不同组织、细胞器。

以乳酸脱氢酶LDH为例，由H、M两种亚基组合形成5种四聚体，心肌、骨骼肌、肝脏同工酶谱差异明显。组织损伤时特定同工酶释放进入血液，检测血清同工酶可辅助诊断脏器病变。

2.4.3 别构酶与别构调节机制

别构酶多为多亚基四级结构寡聚酶，分子存在两个位点：催化底物的催化位点、结合调节物的别构位点。

别构激活剂结合后提升酶与底物亲和力；别构抑制剂降低亲和力。代谢通路终产物常作为别构抑制剂产生反馈抑制，自动调控代谢速度，因此别构酶也叫调节酶。催化位点与别构位点可在同一亚基或分属不同亚基。

2.4.4 修饰酶与共价修饰调节

修饰酶可在其他酶催化下发生共价基团修饰，快速切换活性/无活性状态，属于可逆调节。

最常见类型：磷酸化与去磷酸化；另有乙酰化、甲基化、尿苷酸化等。修饰反应具备级联放大效应，是体内快速调控代谢的重要方式，糖原磷酸化酶为典型代表。

2.4.5 多酶复合体、多酶体系、多功能酶

1.多酶复合体：多种酶紧密结合成稳定整体，解体则失去活性，前一反应产物直接作为下一个酶底物，反应高效连续，如丙酮酸脱氢酶复合体。

2.多酶体系：参与同一代谢通路的多种酶共存于同一空间，但无物理结合，如糖酵解全部胞液酶。

3.多功能酶：单条多肽链包含多个独立活性中心，可催化多步连续反应，进化上效率更高，例如脂肪酸合成酶、大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ。