第一節(jié)　概　述

一、酶與生物催化劑

新陳代謝是生物體維持生命活動的基礎，構(gòu)成新陳代謝的許多復雜而規(guī)律的化學反應和能量變化，都是在生物催化劑的作用下完成的。生物體內(nèi)的各種化學反應能在溫和的條件下高效、特異、有條不紊地進行，就是因為體內(nèi)存在著極為重要的生物催化劑——酶（enzyme）。酶是由活細胞產(chǎn)生的、對其底物具有高度特異性和高效催化作用的蛋白質(zhì)。由酶催化進行的化學反應稱為酶促反應（enzymatic reaction），酶促反應的反應物又稱為底物（substrate），反應后生成的物質(zhì)稱為產(chǎn)物（product）。

在20世紀80年代初，人們又發(fā)現(xiàn)了具有催化功能的RNA——核酶（ribozyme），打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)認識，是對酶概念的補充。本章主要討論本質(zhì)為蛋白質(zhì)的酶。

★ 考點提示：酶的概念及化學本質(zhì)

二、酶促反應的特點

酶是一類生物催化劑，具有一般催化劑的共性：酶在反應前后沒有質(zhì)和量的變化且只能催化熱力學允許的化學反應；只能加速可逆化學反應的進程而不改變反應的平衡點和平衡常數(shù)；催化反應的機制是降低反應的活化能等。由于酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，所以酶所催化的反應具有不同于一般催化劑的特點。

（一）酶具有極高的催化效率

酶對底物具有極高的催化效率，通常比非催化反應高10⁸～10²⁰倍，比一般催化劑催化的反應高10⁷～10¹³倍。例如，脲酶催化尿素水解的速率是H^＋催化作用的7×10¹²倍；α-胰凝乳蛋白酶催化苯酰胺水解的速率是H^＋催化作用的6×10⁶倍，而且不需要較高的反應溫度。

（二）酶具有高度的特異性

酶對其所催化的底物和反應具有嚴格的選擇性，表現(xiàn)為一種酶僅作用于一種或一類化合物，或作用于一定的化學鍵，催化一定的化學反應并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍裕╯pecificity）。例如，H^＋可以催化淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的水解反應，而淀粉酶卻只能催化淀粉糖苷鍵的水解，蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)肽鍵的水解，脂肪酶只能催化脂肪酯鍵的水解。根據(jù)酶對其底物分子選擇的嚴格程度不同，酶的特異性可分為絕對特異性、相對特異性、立體異構(gòu)特異性三種類型。

1．絕對特異性

絕對特異性是指一種酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。例如，脲酶只催化尿素水解生成氨和二氧化碳，對甲基尿素則不起作用；琥珀酸脫氫酶只催化琥珀酸與延胡索酸之間的氧化還原反應。

2．相對特異性

有些酶對底物的選擇依據(jù)底物分子中特定的化學鍵或特定的基團，因此這類酶對底物的選擇不太嚴格，可以作用于含有相同化學鍵或化學基團的一類化合物，稱為相對特異性。

3．立體異構(gòu)特異性

有些具有絕對專一性的酶，對底物的立體異構(gòu)具有嚴格的選擇性，即一種酶僅作用于底物的立體異構(gòu)體中的一種類型，稱為立體異構(gòu)特異性。如L-乳酸脫氫酶只作用于L-乳酸，對D-乳酸沒有作用。

（三）酶促反應的可調(diào)節(jié)性

體內(nèi)的酶促反應受多種因素的調(diào)節(jié)，主要通過對酶的含量和酶的活性調(diào)節(jié)使代謝過程受到精確的調(diào)控，以此適應機體對不斷變化的內(nèi)外環(huán)境和生命活動的需要。

（四）酶具有不穩(wěn)定性

酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，任何使蛋白質(zhì)變性的理化因素都可以使酶發(fā)生變性而失去催化活性，因此酶促反應往往在比較溫和的條件下進行。

★ 考點提示：酶促反應的特點

三、酶的分類和命名

（一）酶的分類

根據(jù)酶催化反應的性質(zhì)，將酶分為六大類。

1．氧化還原酶類

催化底物進行氧化還原反應的酶屬于氧化還原酶類，包括催化傳遞電子、氫及需氧參加反應的酶。例如乳酸脫氫酶、細胞色素氧化酶等。

2．轉(zhuǎn)移酶類

催化底物之間進行某些基團的轉(zhuǎn)移或交換的酶屬于轉(zhuǎn)移酶類，例如氨基轉(zhuǎn)移酶、甲基轉(zhuǎn)移酶、己糖激酶、磷酸化酶等。

3．水解酶類

催化底物發(fā)生水解反應的酶屬于水解酶類，如蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等。

4．裂合酶類

催化從底物移去一個基團而形成雙鍵的反應或其逆反應的酶屬于裂合酶類，例如脫水酶、脫羧酶、水化酶、醛縮酶等。

5．異構(gòu)酶類

催化分子內(nèi)部基團位置互變，即各種同分異構(gòu)體間相互轉(zhuǎn)變及醛酮互變的酶屬于異構(gòu)酶類。如磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸己糖異構(gòu)酶等。

6．合成酶類

催化兩種底物分子合成一種產(chǎn)物并同時耦聯(lián)有高能鍵水解和釋放能量的酶屬于合成酶類或稱連接酶類。如谷氨酰胺合成酶、DNA連接酶、氨基酰-tRNA合成酶等。

（二）酶的命名

1．酶的習慣命名

早期酶的命名多根據(jù)酶所催化的底物、反應的性質(zhì)以及酶的來源來確定，如催化淀粉水解的酶稱為淀粉酶，催化蛋白質(zhì)水解的酶稱為蛋白酶；有些酶依據(jù)其所催化反應的類型或方式命名，如琥珀酸脫氫酶、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶；有時還加上酶的來源或酶的其他特點，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶、堿性磷酸酶和酸性磷酸酶等。習慣命名法有時不能完全說明酶促反應的本質(zhì)，甚至出現(xiàn)一酶多名或多酶一名的混亂情況。

2．酶的系統(tǒng)命名

為了克服習慣命名法的弊端，國際生物化學與分子生物學學會（IUBMB）以酶的分類為依據(jù)，于1961年提出系統(tǒng)命名法。系統(tǒng)命名法規(guī)定：每一個酶都有一個系統(tǒng)名稱，它標明酶的所有底物和反應性質(zhì)。底物名稱之間以“：”分隔。每種酶都有一個特定的編號，編號由四位數(shù)字組成，數(shù)字間由“.”隔開。編號之前冠以酶學委員會（Enzyme Commision）的縮寫“EC”。但由于許多酶促反應是雙底物甚至是多底物參加的反應，且許多底物的化學名稱很長，使得許多酶的系統(tǒng)名稱過長或過于復雜，為了應用方便，國際酶學委員會又從每種酶的習慣名稱中選定一個簡便實用的推薦名稱。一些酶的系統(tǒng)名稱及推薦名稱見表4-1。