问题

酶分子量一般在多少以上?

回答
嘿,聊到酶的分子量,这可不是个有个固定答案的问题,它就像问“多大的车才算大”一样,范围挺广的。不过,咱们可以从几个方面把它讲透了。

首先,得明白酶是啥。酶啊,本质上来说,绝大部分都是由蛋白质组成的。蛋白质呢,就像是乐高积木一样,由氨基酸一块块拼起来的。每种氨基酸都有自己的“体重”(分子量),所以有多少氨基酸连在一起,这个蛋白质的分子量就决定了。

那么,这个“拼乐高”的过程,氨基酸的数量有多少,决定了酶的个头。

一般来说,单个酶蛋白分子的分子量,从几万到几十万甚至上百万的都有。

咱们可以这么理解:

小巧玲珑型: 有些酶,比如细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase),或者一些参与代谢的小分子酶,它们可能就由几十到几百个氨基酸组成。按照平均氨基酸的分子量来算(大概110道尔顿左右),那么这种酶的分子量可能就在 1万到10万道尔顿(Daltons,Da) 这个区间。这个数字在生物分子里算是比较小的了。

标准体型: 大部分酶,比如我们熟悉的很多酶,像是淀粉酶、脂肪酶、DNA聚合酶等,它们通常是由几百到一千多个氨基酸组成的。这样一来,分子量可能就到了 10万到50万道尔顿。这个范围可以说是相当普遍了。

巨无霸型: 还有一些酶,它们可能不是由一条独立的蛋白质链构成,而是由很多条蛋白质链(亚基)组合在一起发挥功能。或者,它们本身就是非常庞大复杂的蛋白质机器。比如,一些参与信号转导或者细胞骨架构建的酶,可能由成千上万个氨基酸组成,分子量达到 几十万甚至上百万道尔顿 也不稀奇。像肌球蛋白(myosin)虽然主要不是酶,但它的巨大分子量也给我们一个概念,生物大分子可以有多大。有些多酶复合体(multienzyme complex),更是多个酶协同工作,总的分子量就更大了。

这里有几个影响酶分子量的关键点:

1. 氨基酸的数量: 这是最直接的决定因素。氨基酸越多,分子量越大。
2. 氨基酸的种类: 虽然大部分氨基酸分子量差不多,但也有细微差别,但影响相对较小。
3. 蛋白质的折叠方式: 蛋白质折叠得紧密还是松散,也会影响到它在溶液中的“有效”大小,但分子量本身是固定的。
4. 复合物形成: 很多酶不是单独工作的,它们会和其他蛋白质、核酸、辅因子等结合,形成一个功能单位,这个“复合物”的分子量就会远大于单个酶蛋白。比如,核糖体,虽然主要功能是合成蛋白质,但它本身就是一个巨大的RNA蛋白质复合物,分子量非常惊人。

为什么会有这么大的差异呢?

这和酶的功能和在细胞内的角色有关。

小分子量的酶: 可能只需要完成一个相对简单的催化步骤,或者作为信号通路中的一个节点,不需要太复杂的结构。
大分子量的酶或酶复合物: 可能需要执行更复杂的任务,比如同时催化多个反应(多酶复合体),或者需要与DNA、RNA等核酸分子紧密结合,或者需要参与构建细胞的结构。

所以,如果我们非要给一个“一般以上”的参考线,我会说,绝大多数我们常说的、具有明确催化功能的单个酶蛋白分子,分子量都会在 几万道尔顿以上。 如果你指的是“非常大”的酶,那可能就是几十万到上百万了。

总的来说,酶的分子量是一个非常宽泛的范围,关键在于它们是由多少氨基酸组成的,以及是否与其他分子形成了复合物。下次看到某个酶的分子量,可以对照一下它大概有多少氨基酸,就能大概知道它在“酶界”属于什么体型了。

网友意见

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常见的酶的分子量在 10 kDa 以上,我国出选择题可能给出“超过 20 kDa”“超过 40 kDa”之类作为标准答案,这要看你学的是什么阶段的书。

细菌铁氧还蛋白的分子量约 6 kDa;解脂念珠菌酯酶有 56 个氨基酸残基,分子量约 5.7 kDa;嗜热脂肪芽孢杆菌酯酶有有 17 个氨基酸残基,分子量约 1.57 kDa[1]

不考虑聚合物,最大的酶的分子量约 4600 kDa。

非蛋白质方面,苯丙氨酸在有锌离子存在的情况下可以自组装为淀粉样类蛋白结构,具有碳酸酐酶样催化活性[2]。最小的核酶是 UUU,在有锰离子存在的情况下可以促进 GAAA 四核苷酸的 G 和 A 之间的切割[3]。这些东西的分子量都低到了一定的境界。

显然,自然界存在的 UUU 和苯丙氨酸的量远超上面号称“一般”的蛋白质酶,这里面有人们按自己的需求进行的严重的以偏概全。

参考

  1. ^ https://www.researchgate.net/publication/264841906_Enzymes_with_a_low_molecular_weight
  2. ^ Makam, P., Yamijala, S.S.R.K.C., Tao, K. et al. Non-proteinaceous hydrolase comprised of a phenylalanine metallo-supramolecular amyloid-like structure. Nat Catal 2, 977–985 (2019). https://doi.org/10.1038/s41929-019-0348-x
  3. ^ Pyle AM. Ribozymes: a distinct class of metalloenzymes. Science. 1993 Aug 6;261(5122):709-14. doi: 10.1126/science.7688142. PMID: 7688142.

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