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维生素与酶的辅助因子的关系

2023.2.10

从酶的组成来看,有些酶仅由蛋白质或核糖核酸组成,这种酶称为单成分酶。而有些酶除了蛋白质或核糖核酸以外,还需要有其他非生物大分子成分,这种酶称为双成分酶。蛋白类酶中的纯蛋白质部分称为酶蛋白。核酸类酶中的核糖核酸部分称为酶RNA。其他非生物大分子部分称为酶的辅助因子。

双成分酶需要有辅助因子存在才具有催化功能。单纯的酶蛋白或酶RNA不呈现酶活力,单纯的辅助因子也不呈现酶活力,只有两者结合在一起形成全酶(holoenzyme)才能显示出酶活力。

全酶=酶蛋白(或酶RNA)+辅助因子
辅助因子可以是无机金属离子,也可以是小分子有机化合物。

1 无机辅助因子
无机辅助因子主要是指各种金属离子,尤其是各种二价金属离子。
(1)镁离子 镁离子是多种酶的辅助因子,在酶的催化中起重要作用。例如,各种激酶、柠檬酸裂合酶、异柠檬酸脱氢酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、各种自我剪接的核酸类酶等都需要镁离子作为辅助因子。
(2)锌离子 锌离子是各种金属蛋白酶,如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶等的辅助因子,也是铜锌-超氧化物歧化酶(Cu,Zn-SOD)、碳酸酐酶、羧肽酶、醇脱氢酶、胶原酶等的辅助因子。
(3)铁离子 铁离子与卟啉环结合成铁卟啉,是过氧化物酶、过氧化氢酶、色氨酸双加氧酶、细胞色素B等的辅助因子。铁离子也是铁-超氧化物歧化酶(Fe-SOD)、固氮酶、黄嘌呤氧化酶、琥珀酸脱氢酶、脯氨酸羧化酶的辅助因子。
(4)铜离子 铜离子是铜锌-超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶、细胞色素氧化酶、赖氨酸氧化酶、酪氨酸酶等的辅助因子。
(5)锰离子 锰离子是锰-超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等的辅助因子。
(6)钙离子 钙离子是α-淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等的辅助因子。

2 有机辅助因子
有机辅助因子是指双成分酶中相对分子质量较小的有机化合物。它们在酶催化过程中起着传递电子、原子或基团的作用。
(1)烟酰胺核苷酸(NAD+和NADP+) 烟酰胺是B族维生素的一员,烟酰胺核苷酸是许多脱氢酶的辅助因子,如乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶等。起辅助因子作用的烟酰胺核苷酸主要有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+,辅酶Ⅰ)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+,辅酶Ⅱ)。
NAD+和NADP+在脱氢酶的催化过程中参与传递氢(2H++2e)的作用。例如,醇脱氢酶催化伯醇脱氢生成醛,需要NAD+参与氢的传递。
R—CH2CHOH+NAD+=R—CHO+NADH+H+
NAD+和NADP+属于氧化型, NADH和NADPH属于还原型。其氧化还原作用体现在烟酰胺第4位碳原子上的加氢和脱氢。
(2)黄素核苷酸(FMN和 FAD) 黄素核苷酸为维生素B2(核黄素)的衍生物,是各种黄素酶(氨基酸氧化酶、琥珀酸脱氢酶等)的辅助因子,主要有黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。
在酶的催化过程中,FMN和FAD的主要作用是传递氢。其氧化还原体系主要体现在异咯嗪基团的第1位和第10位N原子的加氢和脱氧。
(3)铁卟啉 铁卟啉是一些氧化酶,如过氧化氢酶、过氧化物酶等的辅助因子。它通过共价键与酶蛋白牢固结合。
(4)硫辛酸(6,8-二硫辛酸) 硫辛酸全称为6,8-二硫辛酸。它在氧化还原酶的催化作用过程中,通过氧化型和还原型的互相转变,起传递氢的作用。此外,硫辛酸在酮酸的氧化脱羧反应中,也作为辅酶起酰基传递作用。
(5)核苷三磷酸(NTP) 核苷三磷酸主要包括腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)、鸟苷三磷酸(GTP)、胞苷三磷酸(CTP)、尿苷三磷酸(UTP)等。它们是磷酸转移酶的辅助因子。
在酶的催化过程中,核苷三磷酸的磷酸基或焦磷酸被转移到底物分子上,同时生成核苷二磷酸(NDP)或核苷酸(NMP)。
(6)鸟苷 鸟苷是含Ⅰ型IVS的自我剪接酶(R-酶)的辅助因子。
(7)辅酶Q 辅酶Q是一些氧化还原酶的辅助因子,于 1955年被发现。辅酶Q是一系列苯醌衍生物。分子中含有的侧链由若干个异戊烯单位组成(n=6~10),其中短侧链的辅酶Q主要存在于微生物中,而长侧链的辅酶Q则存在于哺乳动物中。
(8)谷胱甘肽(G-SH) 谷胱甘肽是由L-谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽,是L-谷氨酰-L-半胱氨酸-甘氨酸的简称。
(9)辅酶A 辅酶A是各种酰基化酶的辅酶,于1948年被发现。辅酶A由一分子腺苷二磷酸、一分子泛酸和一分子巯基乙胺组成。
(10)生物素 生物素是维生素B的一种,又称为维生素H,生物素是羧化酶的辅助因子,在酶催化反应中,起CO2的掺入作用。
(11)硫胺素焦磷酸 硫胺素又称为维生素B1,于1931年被发现。硫胺素焦磷酸(TPP)于1937年被发现,是酮酸脱羧酶的辅助因子。
(12)磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺又称为维生素B6,于1934年被发现,是各种转氨酶的辅助因子。在酶催化氨基酸和酮酸的转氨过程中,维生素B6通过磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的互相转变,起氨基转移作用。

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