酶的化学结构

仅由一条多肽链构成的酶称为单体酶（monomeric enzyme），如牛胰核糖核酸酶。由多个相同或不同的亚基结合而成的酶称为寡聚酶（oligomeric enzyme），如含有4个亚基的蛋白激酶A和磷酸果糖激酶－1。催化连续酶促反应的一系列具有不同催化功能的酶通常聚合形成多酶复合物（multienzyme complex）或称多酶体系（multienzyme system），如哺乳动物丙酮酸脱氢酶复合物含有3种酶和5种辅因子。

（一）酶的化学组成

根据化学组成成分，酶可以分为单纯酶（simple enzyme）和结合酶（conjugated enzyme）。

1．单纯酶 仅由蛋白质组成的酶，如淀粉酶、脲酶、核糖核酸酶等。

2．结合酶 结合酶是由蛋白质部分和非蛋白质部分组成的酶，其中蛋白质部分称为酶蛋白（apoenzyme），非蛋白质部分称为辅因子（cofactor）。酶蛋白与辅因子相结合成为全酶（holoenzyme），才具有催化作用。酶蛋白主要决定酶促反应的特异性及其催化机制；辅因子主要决定酶促反应的性质和类型。

（二）酶的辅因子

辅因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点，可分为辅酶与辅基。与酶蛋白疏松结合的辅因子称为辅酶（coenzyme），辅酶可以用透析或超滤的方法除去。在酶促反应中，辅酶可以离开酶蛋白，转移质子或化学基团。与酶蛋白紧密结合的辅因子称为辅基（prosthetic group），辅基不能通过透析或超滤将其除去。在酶促反应过程中，辅基不能离开酶蛋白。辅因子可以是金属离子，如K＋、Na＋、Mg2＋、Cu2＋（Cu＋）、Zn2＋等，也可以是小分子复杂有机化合物，如维生素和卟啉化合物。有的酶既含有辅酶，又含一种或多种辅基。如醇脱氢酶既含有Zn2＋，又含有辅酶Ⅰ。

1．金属离子对酶的作用 金属离子是最常见的辅因子，约2/3的酶含有金属离子（表2－1）。有些酶的本质是金属蛋白质，金属离子与酶蛋白牢固结合，提取过程中不易丢失，这类酶称为金属酶（metalloenzyme），如含Mg2＋的碱性磷酸酶。有的酶本身不含金属离子，但金属离子是其活性必需，这类酶称为金属激活酶（metal activated enzyme），金属离子与酶的结合是可逆的。金属激活酶的金属离子也称为酶的激活剂（activator），如Mg2＋可以激活多种激酶。

表2－1 某些以金属离子为辅因子的酶

金属离子作为酶的辅因子的主要作用是：

（1）金属离子维持并稳定酶的空间构象，如羧基肽酶A中的Zn2＋。

（2）金属离子参与酶活性中心的组成，使底物与酶活性中心形成正确的空间排列，利于酶促反应的发生。

（3）金属离子在酶与底物之间起桥梁作用，将酶与底物连接起来，形成三元复合物。如各种激酶依赖Mg2＋与ATP结合之后才能发挥作用。

（4）金属离子通过自身的氧化还原而在酶分子中传递电子。如各种细胞色素中的Fe3＋/Fe2＋、Cu2＋/Cu＋。

（5）金属离子可以中和电荷，减小静电斥力，有利于底物与酶的结合。如α－淀粉酶中的Cl－能中和电荷，提高酶的催化活力。

2．维生素与辅酶的关系 作为酶辅因子的小分子有机化合物大多为或含有维生素结构，它们在酶促反应中主要参与传递电子、质子（或基团）或起运载体作用（表2－2）。

表2－2 基团反应中的辅因子

续 表

维生素（vitamin）是一类维持细胞正常功能所必需的小分子有机化合物，动物体内不能合成或合成不足，必须由食物供给。维生素分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素包含维生素A、维生素D、维生素E、维生素K；水溶性维生素除维生素C外，总称为B族维生素，几乎所有的B族维生素均参与辅酶的组成。

某种维生素缺乏可发生相应的缺乏症。B族维生素缺乏往往导致各种酶的功能障碍，使相应的酶促反应不能进行，导致代谢失常。