第五章 酶

二、酶的活性中心 1.定义 酶是大分子，直接与底物接触并起催化作 用的只是酶分子中的一小部分。因此， 人们认为，酶分子中有一个活性中心， 它是酶分子的一小部分，是酶分子中与 底物结合并催化反应的场所。
3.反应条件温和 酶促反应不需要高温高压及强酸强碱等剧 烈条件，在常温常压下即可完成。 4.酶的活性受多种因素调节 无机催化剂的催化能力一般是不变的，而 酶的活性则受到很多因素的影响。
底物和产物的浓度、pH值以及各种激素的 浓度都对酶活有较大影响。 酶活的变化使酶能适应生物体内复杂多变 的环境条件和多种多样的生理需要。 生物通过变构、酶原活化、可逆磷酸化等 方式对机体的代谢进行调节。
（5）异构酶类isomerase 催化同分异构体之间的相互转化。包括消 旋酶、异构酶、变位酶、差向酶、顺反 异构酶等。共6个亚类。
（6）合成酶类 synthetase 催化由两种物质合成一种物质，必须与 ATP分解相偶联。也叫连接酶(ligases) , 如DNA连接酶。共5个亚类。
3.酶的编号 国际酶学委员会根据酶的类别，给每种酶 规定了统一的编号。酶的编号由EC和4个 用圆点隔开的数字组成。EC表示酶学委 员会，第一个数字表示酶的类别，第二 个数字表示酶的亚类，第三个数字表示 酶的小组，第四个数字表示酶在小组中 的序列号。
2.专一性强 一般催化剂对底物没有严格的要求，能催化多种 反应，而酶只催化某一类物质的一种反应，生 成特定的产物。因此酶的种类也是多种多样的。 酶催化的反应称为酶促反应，酶促反应的反应 物称为底物。 酶只催化某一类底物发生特定的反应，产生一定 的产物，这种特性称为酶的专一性。
酶的专一性包括结构专一性和立体专一性两大类， 结构专一性又有绝对专一性和相对专一性之分。 绝对专一性指酶只催化一种底物，生成确定的 产物。如氨基酸：tRNA连接酶，只催化一种 氨基酸与其受体tRNA的连接反应。 相对专一性指酶催化一类底物或化学键的反应。 还有许多酶具有立体专一性，对底物的构型有 严格的要求。如乳酸脱氢酶只能催化L-乳酸， 不能催化D-乳酸的反应。
比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单 位是u/mg。比活越高则酶越纯。 转化数：每分子酶或每个酶活性中心在单 位时间内能催化的底物分子数(TN)。相 当于酶反应的速度常数kp。也称为催化 常数（Kcat）。1/kp称为催化周期。碳酸 酐酶是已知转换数最高的酶之一，高达 36×106每分，催化周期为1.7微秒。
19世纪西方对发酵现象的研究推动了对酶的进
一步研究。巴斯德提出“酵素”一词，认为只 有活的酵母细胞才能进行发酵。1878年德国人 库恩提出“Enzyme”一词，意为“在酵母中”。 1896年德国人巴克纳兄弟用石英砂磨碎酵母细 胞，得到了能催化发酵的无细胞滤液，证明发 酵是一种化学反应，与细胞的活力无关。 这项发现涉及到了酶的本质，有人认为这是酶学 研究的开始。
（3）水解酶类 hydrolases 催化底物的水解反应，如蛋白酶、脂肪酶 等，命名采用底物名称加酶（后缀-ase）。 有些蛋白酶也称为激酶。多位于胞外或 溶酶体中。 可分为水解酯键（如限制性内切酶）、糖 苷键（如果胶酶、溶菌酶等）、肽键、 碳氮键等11亚类。
（4）裂合酶类 lyases 催化从底物上移去一个小分子而留下双键 的反应或其逆反应。包括醛缩酶、水化 酶、脱羧酶等。共7个亚类。
2.单体酶、寡聚酶和多酶体系 由一条肽链构成的酶称为单体酶，由多条 肽链以非共价键结合而成的酶称为寡聚 酶，属于寡聚蛋白。 有时在生物体内一些功能相关的酶被组织 起来，构成多酶体系，依次催化有关的 反应。构成多酶体系是代谢的需要，可 以降低底物和产物的扩散限制，提高总 反应的速度和效率。
有时一条肽链上有多种酶活性，称为多酶融合体。 糖原分解中的脱支酶在一条肽链上有淀粉-1， 6-葡萄糖苷酶和4-α-D-葡聚糖转移酶活性； 来自红色链孢霉的AROM多酶融合体是二聚体， 每条肽链含五种酶活性，可催化莽草酸途径的 第二至第六步反应，由于有中间产物的传递通 道，使催化效率大为提高。
进入80年代后，核糖酶（ribozyme）、抗体酶、
模拟酶等相继出现，酶的传统概念受到挑战。 – 1982年Cech等发现四膜虫26S rRNA前体具 有自我剪接功能，并于1986年证明其内含子 L-19 IVS具有多种催化功能。 – 此后陆续发现多种具有催化功能的RNA，底 物也扩大到DNA、糖类、氨基酸酯。 – 还有人在实验室中设计合成新的核糖酶。 – 有人发现博莱霉素等肽类抗生素也有催化能移换酶类 transferases 催化功能基团的转移反应，如各种转氨酶 和激酶分别催化转移氨基和磷酸基的反 应。移换酶也叫转移酶，多需要辅酶， 但反应不易测定。按转移基团性质，可 分为8个亚类，较重要的有：
酰基转移酶：RCO:X+Y⊝↔RCO:Y+X⊝。
Report of Enzyme Commission of IUBMB,
http:// (www. Expasy. ch/enzyme/)
– – – – – – – 1961年第一版中载录了712种酶， 1964年第二版874； 1972年第三版1770； 1978年第四版2122； 1984年第五版2477； 1992年第六版3196种 1999年3705种酶
如DNA聚合酶、RNA聚合酶。 一碳基转移酶：转移一碳单位，与核酸、 蛋白质甲基化有关。 糖苷转移酶：与多糖代谢密切相关，如 糖原磷酸化酶。
磷酰基转移酶类，又分为4类： –磷酸（酯）酶(phosphatases) –磷酸二酯酶 –激酶(kinase) –磷酸化酶(phosphorylases) :催化磷酸解。
1.辅因子 有些酶完全由蛋白质构成，属于简单蛋白；有些 酶除蛋白质外，还含有非蛋白成分，属于结合 蛋白。其中的非蛋白成分称为辅因子(cofactor)， 蛋白部分成为酶蛋白，复合物叫全酶。 辅因子一般起携带及转移电子或功能基团的作用， 其中与酶蛋白以共价键紧密结合的称为辅基， 以非共价键松散结合的称为辅酶。
第五章 酶
主要内容
酶的特性与活力
酶的命名与分类 酶的结构
酶的催化机制
酶促反应动力学
酶的调节
第一节 概述
一、定义 酶是一种生物催化剂，是有催化功能的 蛋白质。 二、人们对酶的认识过程
1833年佩延（Payen）和Persoz从麦芽中
抽提出一种对热敏感的物质，这种物质 能将淀粉水解成可溶性糖，被称为淀粉 糖化酶（diastase），意思是“分离”。 所以后人命名酶时常加词尾-ase。由于他 们用乙醇沉淀等方法提纯得到了无细胞 的酶制剂，并发现了酶的催化特性和热 不稳定性，所以一般认为他们首先发现 了酶。
四、酶的命名与分类 1.命名 酶的命名法有两种：习惯命名与系统命 名。习惯命名以酶的底物和反应类型命 名，有时还加上酶的来源。习惯命名简 单，常用，但缺乏系统性，不准确。
1961年国际酶学会议提出了酶的系统命名 法。规定应标明酶的底物及反应类型， 两个底物间用冒号隔开，水可省略。 如乙醇脱氢酶的系统命名是： 醇：NAD+ 氧化还原酶。
在催化过程中，辅基不与酶蛋白分离，只 作为酶内载体起作用。 辅酶则常作为酶间载体，将两个酶促反应 连接起来，如NAD+在一个反应中被还原 成NADH，在另一个反应中又被氧化回 NAD+。它在反应中象底物一样，有时也 称为辅底物。
有30％以上的酶需要金属元素作为辅因子。 有些酶的金属离子与酶蛋白结合紧密， 不易分离，称为金属酶；有些酶的金属 离子结合松散，称为金属活化酶。 金属酶的辅因子一般是过渡金属，如铁、 锌、铜、锰等；金属活化酶的辅因子一 般是碱金属或碱土金属，如钾、钙、镁 等。
脱氢酶：受体为NAD或NADP，不需氧。
氧化酶：以分子氧为受体，产物可为水或H2O2，
常需黄素辅基。 过氧物酶：以H2O2为受体，常以黄素、血红素 为辅基。 氧合酶（加氧酶）：催化氧原子掺入有机分子， 又称羟化酶。按掺入氧原子个数可分为单加氧 酶和双加氧酶。
NADH在340nm有特征吸收峰，而NAD+没有。因此， 在340nm波长处监测吸光度的变化速率可以计算出 酶促反应的速度。
1913年米凯利斯（Michaelis）和门顿利用物理
化学方法提出了酶促反应的动力学原理—米氏 学说，使酶学可以定量研究。 1926年美国人J. B. Sumner从刀豆中结晶出脲酶 （第一个酶结晶），并提出酶是蛋白质的观点。 后来陆续得到多种酶的结晶，证明了这种观点， 萨姆纳因而获得1947年诺贝尔奖。此后多种酶 被发现、结晶、测定结构，并产生了酶工程等 分支学科。
2.分类 按照催化反应的类型，国际酶学委员会将 酶分为六大类。在这六大类里，又各自 分为若干亚类，亚类下又分小组。 亚类的划分标准：氧化还原酶是电子供体 类型，移换酶是被转移基团的形状，水 解酶是被水解的键的类型，裂合酶是被 裂解的键的类型，异构酶是异构作用的 类型，合成酶是生成的键的类型。
（1）氧化还原酶oxidoreductases 催化氧化还原反应，如葡萄糖氧化酶，各 种脱氢酶等。是已发现的量最大的一类 酶，其氧化、产能、解毒功能，在生产 中的应用仅次于水解酶。需要辅因子， 可根据反应时辅因子的光电性质变化来 测定。按系统命名可分为19亚类，习惯 上可分为4个亚类：
如EC1.1.1.1表示这个酶是氧化还原酶，电 子供体是醇，电子受体是NAD+,序列号 是1，即乙醇脱氢酶。 胰蛋白酶的编号是EC3.4.4.4，4个数字分别 表示它的类型是水解酶；水解的键是肽 键；是内切酶而不是外切酶；序列号是4。 多功能酶可以有多个编号。
五、酶的活力 1.定义 指酶催化一定化学反应的能力。 2.单位 在特定条件下，1分钟内转化1微摩 尔底物所需的酶量为一个活力单位(U)。 温度规定为25度，其他条件取反应的最 适条件。
3.测定 一般采用测定酶促反应初速度的方法来测 定活力，因为此时干扰因素较少，速度 保持恒定。反应速度的单位是浓度/单位 时间，可用底物减少或产物增加的量来 表示。因为产物浓度从无到有，变化较 大，而底物往往过量，其变化不易测准， 所以多用产物来测定。