第三章 酶

　　第一節(jié) 概 論

　　一、酶的概念

　　酶是由活細(xì)胞合成的，對(duì)其特異底物起高效催化作用的生物催化劑(biocatalyst)。已發(fā)現(xiàn)的有兩類(lèi)：主要的一類(lèi)是蛋白質(zhì)酶(enzyme)，生物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)4000多種，數(shù)百種酶得到結(jié)晶。美國(guó)科學(xué)家Cech于1981年在研究原生動(dòng)物四膜蟲(chóng)的RNA前體加工成熟時(shí)發(fā)現(xiàn)核酶“ribozyme”，為數(shù)不多，主要做用于核酸(1989年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))。

　　二、酶的作用特點(diǎn)

　　酶所催化的反應(yīng)稱(chēng)為酶促反應(yīng)。在酶促反應(yīng)中被催化的物質(zhì)稱(chēng)為底物，反應(yīng)的生成物稱(chēng)為產(chǎn)物。酶所具有的催化能力稱(chēng)為酶活性。

　　酶作為生物催化劑，具有一般催化劑的共性，如在反應(yīng)前后酶的質(zhì)和量不變;只催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)，即自由能由高向低轉(zhuǎn)變的化學(xué)反應(yīng);不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。但是，酶是生物大分子，又具有與一般催化劑不同的特點(diǎn)。

　　1.極高的催化效率

　　酶的催化效率通常比非催化反應(yīng)高108～1020倍，比一般催化劑高107～1013倍。例如，脲酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7×1012倍;碳酸酐酶每一酶分子每秒催化6×105 CO2與水結(jié)合成H2CO3，比非酶促反應(yīng)快107倍。

　　2.高度的特異性

　　酶對(duì)催化的底物有高度的選擇性，即一種酶只作用一種或一類(lèi)化合物，催化一定的化學(xué)反應(yīng)，并生成一定的產(chǎn)物，這種特性稱(chēng)為酶的特異性或?qū)Ｒ恍�。有結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性和立體異構(gòu)專(zhuān)一性?xún)煞N類(lèi)型。

　　結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性又分絕對(duì)專(zhuān)一性和相對(duì)專(zhuān)一性。前者只催化一種底物，進(jìn)行一種化學(xué)反應(yīng)。如脲酶僅催化尿素水解。后者可作用一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵。如酯酶可水解各種有機(jī)酸和醇形成的酯。在動(dòng)物消化道中幾種蛋白酶專(zhuān)一性不同，胰蛋白酶只水解Arg或Lys羧基形成的肽鍵;胰凝乳蛋白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸羧基形成的肽鍵。

　　立體異構(gòu)專(zhuān)一性指酶對(duì)底物立體構(gòu)型的要求。例如乳酸脫氫酶催化L-乳酸脫氫為丙酮酸，對(duì)D-乳酸無(wú)作用;L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，對(duì)D-氨基酸無(wú)作用。

　　3.酶活性的可調(diào)節(jié)性

　　酶促反應(yīng)受多種因素的調(diào)控，通過(guò)改變酶的合成和降解速度可調(diào)節(jié)酶的含量;酶在胞液和亞細(xì)胞的隔離分布構(gòu)成酶的區(qū)域化調(diào)節(jié);代謝物濃度或產(chǎn)物濃度的變化可以抑制或激活酶的活性;激素和神經(jīng)系統(tǒng)的信息，可通過(guò)對(duì)關(guān)鍵酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾來(lái)影響整個(gè)酶促反應(yīng)速度。所以酶是催化劑又是代謝調(diào)節(jié)元件，酶水平的調(diào)節(jié)是代謝調(diào)控的基本方式。

　　4.酶的不穩(wěn)定性

　　酶主要是蛋白質(zhì)，凡能使蛋白質(zhì)變性的理化因素均可影響酶活性，甚至使酶完全失活。酶催化作用一般需要比較溫和的條件(37℃、1atm、pH7)。

　　三、酶的分類(lèi)與命名

　　(一)酶的分類(lèi)

　　根據(jù)國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)(International Enzyme Commission，IEC)的規(guī)定，按照酶促反應(yīng)的性質(zhì)，分為六大類(lèi)：

　　1.氧化還原酶(oxidoreductases)催化底物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。如乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等。

　　2.轉(zhuǎn)移酶(transferases)催化底物之間某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移或交換。如甲基轉(zhuǎn)移酶、氨基轉(zhuǎn)移酶、磷酸化酶等。

　　3.水解酶(hydrolases)催化底物發(fā)生水解反應(yīng)。如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。

　　4.裂解酶(lyases)催化底物裂解或移去基團(tuán)(形成雙鍵的反應(yīng)或其逆反應(yīng))。如碳酸酐酶、醛縮酶、檸檬酸合成酶等。

　　5.異構(gòu)酶(isomerases) 催化各種同分異構(gòu)體之間相互轉(zhuǎn)化。如磷酸丙糖異構(gòu)酶、消旋酶等。

　　6.合成酶(ligases) 催化兩分子底物合成一分子化合物，同時(shí)偶聯(lián)有ATP的分解釋能。如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-RNA連接酶等。

　　(二)酶的命名

　　1961年，國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)(IEC)主要根據(jù)酶催化反應(yīng)的類(lèi)型,把酶分為6大類(lèi)，制定了系統(tǒng)命名法。規(guī)定每一酶只有一個(gè)系統(tǒng)名稱(chēng)，它標(biāo)明酶的所有底物與催化反應(yīng)性質(zhì)，底物名稱(chēng)之間以“：”分隔，同時(shí)還有一個(gè)由4個(gè)數(shù)字組成的系統(tǒng)編號(hào)。如谷丙轉(zhuǎn)氨酶的系統(tǒng)名稱(chēng)是丙氨酸：α- 酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶(酶表中的統(tǒng)一編號(hào)是EC2.6.1.2)。乳酸脫氫酶的編號(hào)是EC1.1.1.27。