酶的分子組成和化學結構

   一、酶的分子組成

　　根據酶的組成成份，可分單純酶和結合酶兩類。

　　單純酶(simple enzyme)是基本組成單位僅為氨基酸的一類酶。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構。脲酶、消化道蛋白酶  淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均屬此列。

　　結合酶(conjugated enzyme)的催化活性，除蛋白質部分(酶蛋白apoenzyme)外，還需要非蛋白質的物質，即所謂酶的輔助因子(cofactors)，兩者結合成的復合物稱作全酶(holoenzyme)，即：

　　酶的輔助因子可以是金屬離子，也可以是小分子有機化合物。常見酶含有的金屬離子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。它們或者是酶活性的組成部分；或者是連接底物和酶分子的橋梁；或者在穩定酶蛋白分子構象方面所必需。小分子有機化合物是些化學穩定的小分子物質，其主要作用是在反應中傳遞電子、質子或一些基團，常可按其與酶蛋白結合的緊密程度不同分成輔酶和輔基兩大類。輔酶(coenzyme)與酶蛋白結合疏松，可以用透析或超濾方法除去；輔基(prosthetic group)與酶蛋白結合緊密，不易用透析或超濾方法除去，輔酶和輔基的差別僅僅是它們與酶蛋白結合的牢固程度不同，而無嚴格的界限。

　　現知大多數維生素(特別是B族維生素)是組成許多酶的輔酶或輔基的成分(見表2-1)。它們的化學結構式見生物氧化章。體內酶的種類很多，而輔酶(基)的種類卻較少，通常一種酶蛋白只能與一種輔酶結合，成為一種特異的酶，但一種輔酶往往能與不同的酶蛋白結合構成許多種特異性酶。酶蛋白在酶促反應中主要起識別底物的作用，酶促反應的特異性、高效率以及酶對一些理化因素的不穩定性均決定于酶蛋白部分。

   表2-1　B族維生素及其輔酶形式

B族維生素	輔酶形式	主要作用
硫胺素(B1)	硫胺素焦磷酸酯(TPP)	α-酮酸氧化脫羧酮基轉換作用
硫辛酸	6,8-二硫辛酸	α-酮酸氧化脫羧
泛酸	輔酶A(CoA)	酰基轉換作用
核黃素(B2)	黃素單核苷酸(FMN) 黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)	氫原子轉移 氫原子轉移
尼克酰胺(PP)	尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)	氫原子轉移 氫原子轉移
吡哆素(B6)	磷酸吡哆醛	氨基酸代謝
生物素(H)	生物素	羧化作用
葉酸	四氫葉酸	“一碳基團”轉移
鈷胺素(B12)	5-甲基鈷銨素 5-脫氧腺苷鈷銨素	甲基轉移

　　二、酶的分子結構和活性中心

  圖2-1 酶活性中心示意圖

　　酶的分子中存在有許多功能基團例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是這些基團都與酶活性有關。一般將與酶活性有關的基團稱為酶的必需基團(essential group)。有些必需基團雖然在一級結構上可能相距很遠，但在空間結構上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空間結構的區域，該區域與底物相結合并將底物轉化為產物，這一區域稱為酶的活性中心(active center)，對于結合酶來說，輔酶或輔基上的一部分結構往往是活性中心的組成成分。

　　構成酶活性中心的必需基團可分為兩種，與底物結合的必需基團稱為結合基團(binding group)，促進底物發生化學變化的基團稱為催化基團(catalytic group)。活性中心中有的必需基團可同時具有這兩方面的功能。還有些必需基團雖然不參加酶的活性中心的組成，但為維持酶活性中心應有的空間構象所必需，這些基團是酶的活性中心以外的必需基團。