第二节 酶的结构与功能

一、酶的活性中心与必需基团

酶分子中，与酶活性密切相关的基团称酶的必需基团。常见的必需基团有：—NH2、—COOH、—SH、—OH和咪唑基等。这些必须基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间构象的区域，该区域能与底物特异地结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心（图3-1）。辅酶和辅基参与酶活性中心的组成。

酶活性中心的必需基团有两种：一种是结合基团，能与底物相结合，形成底物与酶的复合物；另一种是催化基团，催化底物发生化学变化，并将底物转化为产物。活性中心内的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有一些必需基团，虽然不参加活性中心的组成，但却是维持酶活性中心空间构象所必需的，称为活性中心以外的必需基团。

酶的活性中心是酶催化作用的关键部位。活性中心一旦被其他物质占据或某些理化因素使酶的空间构象破坏，酶的活性就会丧失。

二、酶原及酶原的激活

有些酶在细胞内合成和初分泌时，并无催化活性，这种无活性的酶的前体称为酶原。在一定的条件下，无活性的酶原转变成为有活性的酶的过程称为酶原的激活。其实质是酶的活性中心形成或暴露的过程。人体内与消化作用、凝血作用、补体作用有关蛋白酶在分泌时是以酶原形式存在的。

图3-1 酶的活性中心示意图

例如，胰蛋白酶原由胰腺分泌进入小肠后，受肠激酶的激活，使第6位赖氨酸残基与第7位异亮氨酸残基之间的肽键断裂，水解下一个六肽，酶分子的构象发生改变，形成酶的活性中心，从而成为有催化活性的胰蛋白酶（图3-2）。

图3-2 胰蛋白酶原的激活示意图

胰蛋白酶的形成，不仅能水解食物中的蛋白质，还能催化胰蛋白酶原的自身激活和小肠中其他蛋白酶原的激活，形成一个逐级加快的连锁反应过程。

酶原激活具有重要的生理意义。蛋白酶以酶原形式分泌，能保护组织器官本身不受酶的水解破坏，防止组织自溶，又可使酶到达特定部位发挥作用，从而保证体内代谢过程正常进行。如果胰蛋白酶原过早地在胰腺被激活，将使胰腺本身组织蛋白及血管遭到破坏，严重者将引起致命的出血性胰腺炎。又如，正常情况下血液中虽有凝血酶原，却不会被激活，无血液凝固发生，一旦血管破损，凝血酶原被激活成凝血酶，催化纤维蛋白酶原变成纤维蛋白，使血液凝固，阻止大量失血，起保护机体的作用。

三、同工酶

同工酶是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质及免疫特征等不同的一组酶。这类酶存在于同一机体的不同组织中，甚至同一组织细胞内的不同亚细胞结构中，它在代谢调节上起着重要的作用。

现已发现百余种同工酶。例如，乳酸脱氢酶、核糖核酸酶、肌酸磷酸激酶、胆碱酯酶等。乳酸脱氢酶（LDH）有心肌型（H）和骨骼肌型（M）两种亚基，这两种亚基随机组合成五种同工酶（图3-3）:LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4）。这五种同工酶具有不同的电泳速度。

图3-3 乳酸脱氢酶同工酶的组成

LDH同工酶在各器官中的分布和含量不同，各器官组织都有其各自特定的分布酶谱及功能。如心肌中以LDH1含量最高，骨骼肌和肝以LDH5含量最高。当急性心肌梗死时，心肌细胞缺血坏死，细胞内的乳酸脱氢酶释放入血，从血清同工酶电泳图谱中可发现LDH1比例增加，故测定同工酶有助于疾病的诊断，是现代医学中诊断灵敏且可靠的手段之一。