2014年7月29日

會變形的蛋白質

作者/陳妙嫻(任教板橋高中生物科)

DNA上的遺傳密碼,會決定構成蛋白質之胺基酸序列,進而決定細胞內蛋白質的結構。然而,組成細胞的大分子還有醣類和脂質,為何DNA 的遺傳密碼卻僅記載蛋白質的構造,而不記載細胞內其他大分子的構造呢?

最直接的答案就是——蛋白質可做為酵素,酵素可以促使細胞內特定化學反應能夠快速進行。若生物體是「一連串高度秩序的化學反應所展現的有機體」,那麼,擁有了各種具特定催化功能的蛋白質的細胞,就等於獲得了快速進行各種生化反應的指令。一般而言,無催化劑協助的化學反應要在加熱或加酸、鹼等反應條件變化較大的狀態下才能較快進行,然而在體溫約為37℃、酸鹼度恆定的人體細胞中,要使得化學反應順利進行,一定得靠細胞內的催化劑,亦即酵素的協助。酵素的基本作用原理乃是在其結構中,具有催化活性的位置可與被催化的受質在形狀上互補,而且活性位置和受質間可形成離子鍵或凡得瓦力而互相吸引,使得受質因為這樣的吸引而進入活性位置中,再由活性位置中之特殊胜肽序列、基質或輔酶與受質中的某些原子搶奪或共用電子,造成該受質處的化學鍵斷裂或形成新的化學鍵。

那麼,既然作用的是構造相對簡單的胜肽、基質或輔酶,那為什麼還得要有個龐大分子量的蛋白質來包裹呢?也就是說,除了活性位置以外,其他的部位到底用來做什麼啊?

可能的答案之一是其他部位的胺基酸側基,可用來穩固活性部位的形狀,調整基質或輔酶在活性部位中的空間位置,使得受質與酵素的專一性更高,催化的效率也比一般化學催化劑更好。此外還有一個可能,就是為了讓此酵素可以「變形」。以簡單的催化劑而言,要調節其催化能力,使其順應特定需求而變快或變慢是非常的困難。然而在細胞中,高度秩序的化學反應才使生命現象得以展現,因此酵素的催化能力也必須隨著細胞內的各種成份以及內外物理環境的變化而機動調整。許多酵素的活性位之所以包著一個金屬離子作為輔酶,卻又無法讓金屬離子單獨擔任細胞的催化劑,除了可以增加專一性和催化效率外,「可調節性」也是需要一個龐大的蛋白質分子的原因——細胞可以利用抑制物(或促進物)與酵素的另一個部位(非活性位置)結合,使得酵素變形,造成活性部位的空間位置和構造發生改變,便能抑制(或活化)酵素的活性了。......【更詳細的內容,請參閱第536期科學月刊】

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