酶学第二章一般性质(1).doc

第二章酶的一般性质和分类
酶作为生物催化剂的性质
很高的催化效率
酶催化一般在常温常压和中性pH下进行,催化效率特别高。如碳酸酐酶(carbonic anhydrase)催化CO2水合反应来说,反应速率是105molCO2 /,这比非酶催化要快107倍。再如脲酶催化尿素的水解反应,比非酶催化要快1014倍。过氧化氢酶的催化效率是无机催化剂Fe的1010倍。
高度的专一性
酶催化反应的专一性可分为两方面,一方面是对底物的专一性,另一方面是对被催化反应的专一性。
立体化学专一性
a. 光学专一性:酶能识别手性碳原子的光学专一性,如L型和D型(R型和S型),专门催化其中一种结构的反应。如精氨酸酶(arginase)只催化L-精氨酸(L-arginine)水解产生L-鸟氨酸(L-ornithine, Orn)和尿素,对D-精氨酸则无作用。
b. 几何专一性:酶能识别顺反异构体。如延胡索酸酶(fumarase)催化延胡索酸(反丁烯二酸)生成苹果酸的反应,它不能催化顺丁烯二酸加水成苹果酸。
非立体化学专一性
a. 键专一性:催化特定键的特定反应。如酯酶可以催化酯键的水解,而对酯键两侧的R和R'要求不严。
b. 基团专一性:除了对键要求以外,还要求键一侧的基团为特定的基团,如胰蛋白酶水解肽键的羧基端必须是L-精氨酸或L-赖氨酸,对肽键的氨基端则没有什么特殊要求,只要不是脯氨酸即可。
c. 绝对专一性:对唯一的底物催化唯一的反应。如脲酶只催化尿素水解成NH3和CO2 。
酶活性受调节控制
酶蛋白的合成和降解
许多酶蛋白的合成受到诱导物的诱导及抑制物的抑制。如乳糖操纵子的表达受到乳糖和葡萄糖的正、负调节。抑制酶的降解,延长酶的半寿期,也可以增加酶浓度。
生理调节
生理调节又称为激素调节。如乳腺组织中通常含有转半乳糖基酶:
UDP-半乳糖+ N-乙酰葡糖胺N-乙酰乳糖胺+ UDP
N-乙酰乳糖胺可进一步合成糖蛋白。此酶只含有一个亚基,叫α-亚基。而在妊娠时激素的作用下,促使修饰亚基(β-亚基,又叫乳清蛋白)的合成,α-亚基和β-亚基结合后,改变了α-亚基的专一性,成为了乳糖合成酶:
UDP-半乳糖+ D-葡萄糖乳糖+ UDP
共价修饰调节
磷酸化←→脱磷酸化,腺苷酸化←→脱腺苷酸化,甲基化←→脱甲基化,
乙酰化←→脱乙酰化,尿苷酰化←→脱尿苷酰化。
酶原活化
有些酶刚合成出来是没有活性的,称为酶原,被别的酶切割后成为有活性的酶。如胰蛋白酶可以切割胰蛋白酶原(trypsinogen)和胰凝乳蛋白酶原(chymotrypsinogen)成为胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。
激活剂和抑制剂调节
有大分子的激活剂和抑制剂,也有小分子的激活剂和抑制剂。如钙调素()可激活多种酶(磷酸二酯酶);核糖核酸酶抑制剂(Rnasin,51kD的蛋白质)是从人胎盘中提取的RNase抑制剂;环腺苷酸(小分子)可激活蛋白激酶A;底物类似物丙二酸(小分子)抑制琥珀酸脱氢酶的活性。
反馈调节
受该酶反应产物的抑制;终产物抑制该途径催化最初反应的酶。
辅助因子
金属离子、辅酶、辅基等。
酶的分类和命名
酶的种类很多,有人估计,每个大肠杆菌细胞中包含的蛋白质约3,000种,其中大部分是酶;高等真核生物每个细胞中包含的蛋白质约50,000种,其中主要的也是酶。然而到目前为止,已经确认的酶却很少。根据国际生化联合会酶委员会的统计,1961年已知的酶的总数为712种, 1972年为1770种,1978年为2122种,截止1997年为止,已知的酶也仅3700种。
酶的分类命名原则
为了更有效地研究酶和使用酶,人们曾提出了各种分类命名方法。
对每一种酶同时采用系统命名和习惯命名两种命名。命名都包括两部分,底物和作用类型,即都取“××底物+××反应类型+酶”的形式。在英语中酶的名词以“-ase”为后缀。系统命名要求将反应物都列入,如系统命名的“醇:NAD氧化还原酶”,习惯命名称其为“醇脱氢酶”;又如系统命名的“ATP:D-己糖6-磷酸转移酶”,习惯命名称其为“己糖激酶”。
用数字标识每一种酶,使其具有唯一的标识,称为酶的标码。现在普遍接受的是国际生化联合会酶委员会推荐的系统:EC后带4个数字,如EC ,EC 。
将所有的酶分为6大类型:
氧化还原酶类(oxido-reductases)
以电子供体的种类分亚类,以电子受体的种类分亚亚类。
按习惯分类法可分为