酶的活性中心与催化活性

（一）酶的活性中心和必需基团

酶分子中与底物特异结合并催化底物转变为产物的区域称为酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）。其中一些与酶的活性密切相关的化学基团称作酶的必需基团（essential group），有的必需基团位于酶的活性中心内，有的必需基团位于酶的活性中心外（图2－1）。位于酶活性中心内的必需基团分为结合基团（binding group）和催化基团（catalytic group）。结合基团识别并结合底物及辅酶，形成酶－底物过渡态复合物。催化基团降低底物中被催化的化学键的稳定性，催化底物转变成产物。位于活性中心外的必需基团与维持活性中心的空间构象有关。

图2－1 酶的活性中心示意图

酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位，具有特定三维结构，其中的必需基团在一级结构上可能相去甚远，但在空间结构上相互接近。酶的必需基团常见的有丝氨酸残基的羟基、组氨酸残基的咪唑基、半胱氨酸残基的巯基，以及酸性氨基酸残基的羧基等。辅因子常参与酶活性中心的组成。

（二）酶的活性中心与其催化作用

具有相似催化作用的酶具有结构相似的活性中心。很多蛋白酶的活性中心均含有丝氨酸和组氨酸残基，处于这两个氨基酸残基附近的氨基酸序列也十分相似（表2－3）。酶活性中心的各基团必须处于适当的空间位置，酶活性中心才具有催化功能。

表2－3 几种蛋白质酶活性中心的氨基酸序列

（三）酶的活性中心与酶的专一性

酶的活性中心往往形成裂缝或凹陷，深入到酶分子内部，且多为氨基酸残基的疏水基团组成的疏水环境，形成疏水“口袋”。活性中心的结构和组成决定了酶的专一性。如胰蛋白酶催化碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸）的羧基所形成的肽键水解，而胰凝乳蛋白酶催化芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）的羧基所形成的肽键。X线衍射显示，胰蛋白酶在活性中心丝氨酸残基附件有一凹陷，其中有带负电荷的天冬氨酸残基侧链，易与底物分子中带正电荷的碱性氨基酸残基的侧链形成盐键，从而构成中间产物。胰凝乳蛋白酶活性中心的凹陷中有非极性氨基酸和丝氨酸残基，底物分子中芳香族（或大的非极性脂肪族）氨基酸侧链可伸入该凹陷，以疏水键结合。因此，这两种酶有不同的专一性（图2－2）。

酶的活性中心与整个酶分子是密不可分的。酶的其他部分在酶的催化作用、调节作用、免疫作用和维持空间结构等方面均具有重要作用。有些酶在一条肽链上具有多个活性中心，能完成多种催化功能，称为多功能酶（multifunctional enzyme）或串联酶（tandem enzyme），如催化嘧啶核苷酸从头合成的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ、天冬氨酸氨基甲酰转移酶和二氢乳清酸酶即位于同一条肽链上。