生物化學與分子生物學:第六節(jié)　酶在體內存在的幾種主要形式

一、酶原

有些酶在細胞內合成時，或初分泌時，沒有催化活性，這種無活性狀態(tài)的酶的前身物稱為酶原(zymogen)。酶原向活性的酶轉化的過程稱為酶原的激活。酶原激活實際上是酶的活性中心形成或暴露的過程。

胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧基肽酶、彈性蛋白酶在它們初分泌時都是以無活性的酶原形式存在，在一定條件下(表2?)才轉化成相應的酶。

表2zxtf.net.cn/hushi/-3　某些酶原的激活過程

酶原	激活條件	活化的酶		水解掉的肽段
胃蛋白酶原		胃蛋白酶	+	六個多肽片段
胰蛋白酶原		胰蛋白酶	+	六肽
糜蛋白酶原A		α-糜蛋白酶	+	兩個二肽
羧基肽酶原A		羧基肽酶A	+	幾個碎片
彈性蛋白酶原		彈性蛋白酶	+	幾個碎片

例如，胰蛋白酶原進入小腸后，受腸激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位賴氨酸與第7位異亮氨酸殘基之間的肽鍵被切斷，水解掉一個六肽，酶分子空間構象發(fā)生改變，產(chǎn)生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原變成了有活性的胰蛋白酶(圖2-17)。

除消化道的蛋白酶外，血液中有關凝血和纖維蛋白溶解的酶類，也都以酶原的形式存在。

圖2-17 胰蛋白酶原激活示意圖

酶原激活的生理意義在于避免細胞內產(chǎn)生的蛋白酶對細胞進行自身消化，并可使酶在特定的部位和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內代謝的正常進行。

二、同工酶

同工酶(isoenzyme)是指催化的化學反應相同，酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶。這類酶存在于生物的同一種屬或同一個體的不同組織、甚至同一組織或細胞中。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有數(shù)種同工酶。如6�擦姿�葡萄糖脫氫酶、乳酸脫氫酶、酸性和堿性磷酸酶、谷丙轉氨酶和谷草轉氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、過氧化酶和膽堿酯酶等。其中乳酸脫氫酶最為大家所熟悉，乳酸脫氫酶(LDH)有五種同工酶，它們的分子量在130，000～150，000范圍內，都由四個亞基組成。LDH的亞基可以分為兩型：骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。M、H亞基的氨基酸組成有差別，可用電泳分離。其免疫抗體無交叉反應。兩種亞基以不同比例組成五種四聚體即為一組LDH同工酶LDH1(H4)、LDH2(H3M)、LDH3(H2M2)、LDH4(HM3)和LDH5(M4)。電泳時都移向正極，其速度以LDH1為最快，依次遞減，以LDH5為最慢。若用12M尿素或5M鹽酸胍溶液處理，M亞基和H亞基可以分開，但此時LDH無酶的活性。

圖2-18 LDH同工酶結構模式圖

LDH同工酶的兩種不同肽鏈是受不同基因控制產(chǎn)生的。不同類型的LDH同工酶在不同

圖2-19人體某些組織中乳酸脫氫酶同工酶電泳示意圖

組織中的比例不同(圖2?9)，心肌中以LDH1及LDH2較為豐富，骨骼肌及肝中含LDH5及LDH4較多。這都與它們的生理功能關。LDH1和LDH2對乳酸親和力高，易使乳酸脫氫氧化生成丙酮酸，后者進一步氧化可釋放出能量供心肌活動的需要；LDH5與LDH4對丙酮酸的親和力高，而使它得氫還原成乳酸，這對保證肌肉在短暫缺氧時仍可獲得能量有關(見糖代謝章)。

在臨床檢驗方面，通過觀測病人血清中LDH同工酶的電泳圖譜，輔助診斷哪些器官組織發(fā)生病變，這遠較單純測定血清LDH總活性的方法敏感。例如，心肌受損病人血清LDH1含量上升，肝細胞受損者血清LDH5含量增高。

三、變構酶

1.概念

有些酶除了活性中心外，還有一個或幾個部位，當特異性分子非共價地結合到這些部位時，可改變酶的構象，進而改變酶的活性，酶的這種調節(jié)作用稱為變構調節(jié)(allosteric regulation)，受變構調節(jié)的酶稱變構酶(allostericenzyme)，這些特異性分子稱為效應劑(effector)。變構酶分子組成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結合的部位稱為催化部位(catalytic site)，凡與效應劑相結合的部位稱為調節(jié)部位(regulatorysite)，這二部位可以在不同的亞基上，或者位于同一亞基。

2.機理

(1)一般變構酶分子上有二個以上的底物結合位點。當?shù)孜锱c一個亞基上的活性中心結合后，通過構象的改變，可增強其他亞基的活性中心與底物的結合，出現(xiàn)正協(xié)同效應(positivecooperative effect)。使其底物濃度曲線呈S形。即底物濃度低時，酶活性的增加較慢，底物濃度高到一定程度后，酶活性顯著加強，最終達到最大值Vmax(圖2-20)。

多數(shù)情況下，底物對其變構酶的作用都表現(xiàn)正協(xié)同效應，但有時，一個底物與一個亞基的活性中心結合后，可降低其他亞基的活性中心與底物的結合，表現(xiàn)負協(xié)同效應(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脫氫酶對NAD+的結合為負協(xié)同效應。

(2)變構酶除活性中心外，存在著能與效應劑作用的亞基或部位，稱調節(jié)亞基(或部位)，效應劑與調節(jié)亞基以非共價鍵特異結合，可以改變調節(jié)亞基的構象，進而改變催化亞基的構象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強的效應劑稱變構激活劑(allosteric activitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構激活劑可將S形曲線轉變?yōu)榫匦坞p曲線(圖2?0)。凡使酶活性減弱的效應劑稱變構抑制劑(allosteric inhibitor)，能使S形曲線右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的變構抑制劑，而ADP、AMP為其變構激活劑。

(3)由于變構酶動力學不符合米－曼氏酶的動力學，所以當反應速度達到最大速度一半時的底物的濃度，不能用Km表示，而代之以K0.55表示(圖2-20)。為了解釋變構酶協(xié)同效應的機制并推導出動力學曲線方程式，不少人曾提出各種模型，各有優(yōu)缺點，現(xiàn)將有關變構作用的Hill模式內容附本章節(jié)后，供學習參考。��

圖2-20 變構酶的底物活性曲線

⊙不加變構劑加變構抑制劑

3.生理意義

(1)在變構酶的S形曲線中段，底物濃度稍有降低，酶的活性明顯下降，多酶體系催化的代謝通路可因此而被關閉；反之，底物濃度稍有升高，則酶活性迅速上升，代謝通路又被打開，因此可以快速調節(jié)細胞內底物濃度和代謝速度。

(2)變構抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構酶常處于代謝通路的開端，通過反饋抑制，可以及早地調節(jié)整個代謝通路，減少不必要的底物消耗。

例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP轉變成ATP，當ATP過多時，通過變構調節(jié)酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多時，則可促進糖的分解。隨時調節(jié)ATP/ADP的水平，可以維持細胞內能量的正常供應。

四、修飾酶

體內有些酶可在其他酶的作用下，將酶的結構進行共價修飾，使該酶活性發(fā)生改變，這種調節(jié)稱為共價修飾調節(jié)(covalent modification regulation)，這類酶稱為修飾酶(prosessingenzyme)。

例如某些酶的巰基發(fā)生可逆的氧化還原，一些酶以共價鍵與磷酸、腺苷等基團的可逆結合，都會引起酶結構的變化而呈現(xiàn)不同的活性。酶的共價修飾是體內代謝調節(jié)的另一重要的方式。

五、多酶復合體

多酶復合體(multienzymecomplex)常包括三個或三個以上的酶，組成一個有一定構型的復合體。復合體中第一個酶催化的產(chǎn)物，直接由鄰近下一個酶催化，第二個酶催化的產(chǎn)物又為復合體第三酶的底物，如此形成一條結構緊密的“流水生產(chǎn)線”，使催化效率顯著提高。葡萄糖氧化分解過程的丙酮酸脫氫酶復合體，屬zxtf.net.cn/sanji/于多酶復合體(詳見糖代謝章)。