有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成時(shí)，或初分泌時(shí)，沒(méi)有催化活性，這種無(wú)活性狀態(tài)的酶的前身物稱為酶原(zymogen)。酶原向活性的酶轉(zhuǎn)化的過(guò)程稱為酶原的激活。酶原激活實(shí)際上是酶的活性中心形成或暴露的過(guò)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(shí)都是以無(wú)活性的酶原形式存在，在一定條件下(表2?)才轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酶。
表252667788.cn/hushi/-3 某些酶原的激活過(guò)程
| 酶原 | 激活條件 | 活化的酶 | 水解掉的肽段 | |
| 胃蛋白酶原 | .jpg) | 胃蛋白酶 | + | 六個(gè)多肽片段 |
| 胰蛋白酶原 | .jpg) | 胰蛋白酶 | + | 六肽 |
| 糜蛋白酶原A | .jpg) | α-糜蛋白酶 | + | 兩個(gè)二肽 |
| 羧基肽酶原A | .jpg) | 羧基肽酶A | + | 幾個(gè)碎片 |
| 彈性蛋白酶原 | | 彈性蛋白酶 | + | 幾個(gè)碎片 |
例如，胰蛋白酶原進(jìn)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(gè)六肽，酶分子空間構(gòu)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(guān)凝血和纖維蛋白溶解的酶類，也都以酶原的形式存在。
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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(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的蛋白酶對(duì)細(xì)胞進(jìn)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(nèi)代謝的正常進(jìn)行。
同工酶(isoenzyme)是指催化的化學(xué)反應(yīng)相同，酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。這類酶存在于生物的同一種屬或同一個(gè)體的不同組織、甚至同一組織或細(xì)胞中。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有數(shù)種同工酶。如6磷酸葡萄糖脫氫酶、乳酸脫氫酶、酸性和堿性磷酸酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、過(guò)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(nèi)，都由四個(gè)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(wú)交叉反應(yīng)。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(shí)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(kāi)，但此時(shí)LDH無(wú)酶的活性。
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圖2-18 LDH同工酶結(jié)構(gòu)模式圖
LDH同工酶的兩種不同肽鏈?zhǔn)鞘懿煌蚩刂飘a(chǎn)生的。不同類型的LDH同工酶在不同
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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(guān)。LDH1和LDH2對(duì)乳酸親和力高，易使乳酸脫氫氧化生成丙酮酸，后者進(jìn)一步氧化可釋放出能量供心肌活動(dòng)的需要；LDH5與LDH4對(duì)丙酮酸的親和力高，而使它得氫還原成乳酸，這對(duì)保證肌肉在短暫缺氧時(shí)仍可獲得能量有關(guān)(見(jiàn)糖代謝章)。
在臨床檢驗(yàn)方面，通過(guò)觀測(cè)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(yuǎn)較單純測(cè)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(xì)胞受損者血清LDH5含量增高。
1.概念
有些酶除了活性中心外，還有一個(gè)或幾個(gè)部位，當(dāng)特異性分子非共價(jià)地結(jié)合到這些部位時(shí)，可改變酶的構(gòu)象，進(jìn)而改變酶的活性，酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)(allosteric regulation)，受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶稱變構(gòu)酶(allostericenzyme)，這些特異性分子稱為效應(yīng)劑(effector)。變構(gòu)酶分子組成，一般是多亞基的，分子中凡與底物分子相結(jié)合的部位稱為催化部位(catalytic site)，凡與效應(yīng)劑相結(jié)合的部位稱為調(diào)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(jī)理
(1)一般變構(gòu)酶分子上有二個(gè)以上的底物結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)?shù)孜锱c一個(gè)亞基上的活性中心結(jié)合后，通過(guò)構(gòu)象的改變，可增強(qiáng)其他亞基的活性中心與底物的結(jié)合，出現(xiàn)正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperative effect)。使其底物濃度曲線呈S形。即底物濃度低時(shí)，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(qiáng)，最終達(dá)到最大值Vmax(圖2-20)。
多數(shù)情況下，底物對(duì)其變構(gòu)酶的作用都表現(xiàn)正協(xié)同效應(yīng)，但有時(shí)，一個(gè)底物與一個(gè)亞基的活性中心結(jié)合后，可降低其他亞基的活性中心與底物的結(jié)合，表現(xiàn)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脫氫酶對(duì)NAD+的結(jié)合為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。
(2)變構(gòu)酶除活性中心外，存在著能與效應(yīng)劑作用的亞基或部位，稱調(diào)節(jié)亞基(或部位)，效應(yīng)劑與調(diào)節(jié)亞基以非共價(jià)鍵特異結(jié)合，可以改變調(diào)節(jié)亞基的構(gòu)象，進(jìn)而改變催化亞基的構(gòu)象，從而改變酶活性。凡使酶活性增強(qiáng)的效應(yīng)劑稱變構(gòu)激活劑(allosteric activitor)，它能使上述S型曲線左移，飽和量的變構(gòu)激活劑可將S形曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞p曲線(圖2?0)。凡使酶活性減弱的效應(yīng)劑稱變構(gòu)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(gòu)抑制劑，而ADP、AMP為其變構(gòu)激活劑。
(3)由于變構(gòu)酶動(dòng)力學(xué)不符合米－曼氏酶的動(dòng)力學(xué)，所以當(dāng)反應(yīng)速度達(dá)到最大速度一半時(shí)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(gòu)酶協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制并推導(dǎo)出動(dòng)力學(xué)曲線方程式，不少人曾提出各種模型，各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)將有關(guān)變構(gòu)作用的Hill模式內(nèi)容附本章節(jié)后，供學(xué)習(xí)參考。
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圖2-20 變構(gòu)酶的底物活性曲線
⊙不加變構(gòu)劑.gif)
加變構(gòu)抑制劑
3.生理意義
(1)在變構(gòu)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(guān)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(kāi)，因此可以快速調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)底物濃度和代謝速度。
(2)變構(gòu)抑制劑常是代謝通路的終產(chǎn)物，變構(gòu)酶常處于代謝通路的開(kāi)端，通過(guò)反饋抑制，可以及早地調(diào)節(jié)整個(gè)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(zhuǎn)變成ATP，當(dāng)ATP過(guò)多時(shí)，通過(guò)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多時(shí)，則可促進(jìn)糖的分解。隨時(shí)調(diào)節(jié)ATP/ADP的水平，可以維持細(xì)胞內(nèi)能量的正常供應(yīng)。
體內(nèi)有些酶可在其他酶的作用下，將酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價(jià)修飾，使該酶活性發(fā)生改變，這種調(diào)節(jié)稱為共價(jià)修飾調(diào)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(jià)鍵與磷酸、腺苷等基團(tuán)的可逆結(jié)合，都會(huì)引起酶結(jié)構(gòu)的變化而呈現(xiàn)不同的活性。酶的共價(jià)修飾是體內(nèi)代謝調(diào)節(jié)的另一重要的方式。
多酶復(fù)合體(multienzymecomplex)常包括三個(gè)或三個(gè)以上的酶，組成一個(gè)有一定構(gòu)型的復(fù)合體。復(fù)合體中第一個(gè)酶催化的產(chǎn)物，直接由鄰近下一個(gè)酶催化，第二個(gè)酶催化的產(chǎn)物又為復(fù)合體第三酶的底物，如此形成一條結(jié)構(gòu)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(guò)程的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，屬52667788.cn/sanji/于多酶復(fù)合體(詳見(jiàn)糖代謝章)。
