第四章生物催化剂-酶-第二章酶(Enzyme).doc

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1、第四章生物催化剂—酶生命的基本特征是新陈代谢，生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在生物催化剂——酶(enzyme)的催化下进行的。但是20世纪80年代发现还有一类生物催化剂，称为核酶（ribozyme），它主要作用于RNA的剪接。本章主要介绍酶的有关内容，因为生物体的一切生命活动都是在酶的催化下平衡协调地进行，临床上许多疾病都与酶的异常密切相关，许多临床常用药物亦是通过影响酶的作用来达到治疗。第一节酶是生物催化剂一、生物催化剂（一）酶酶是由活细胞产生的具有催化功能的蛋白质，它是最主要的生物催化剂。酶所催化的化学反应称为酶促

2、反应。在酶促反应中被酶催化的物质叫底物（substrate，S）；经酶催化所产生的物质叫产物（product，P）；酶所具有的催化能力称为酶的“活性”，如果酶丧失催化能力称为酶失活。1926年Sumner首次从刀豆中提取脲酶结晶并率先提出酶的化学本质是蛋白质。到目前为止，纯化和结晶的酶已超过2000余种。根据酶的化学组成成分不同，可将其分为单纯酶（simpleenzyme）和结合酶（conjugatedenzyme）两类。1．单纯酶这类酶的基本组成单位仅为氨基酸，通常只有一条多肽链。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如淀粉酶、脂肪

3、酶、蛋白酶等均属于单纯酶。2．结合酶这类酶由蛋白质部分和非蛋白质部分组成，前者称为酶蛋白（apoenzyme），后者称为辅助因子（cofactor）。酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶（holoenzyme）。只有全酶才有催化作用。酶蛋白在酶促反应中起着决定反应特异性的作用，辅助因子则决定反应的类型，参与电子、原子、基团的传递。辅助因子的化学本质是金属离子或小分子有机化合物，按其与酶蛋白结合的紧密程度不同可分为辅酶（coenzyme）与辅基（prostheticgroup）。辅酶与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。辅基则

4、与酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤将其除去。B族维生素是形成体内结合酶辅酶或辅基的重要成分。（二）核酶1982年，ThomasCech从四膜虫rRNA前体的加工研究中首先发现rRNA分子在没有任何蛋白质的存在下发生了自我催化的剪接反应，90年代H.F.Noller证明大肠杆菌的23SrRNA具有催化肽键形成的作用，此后更多的证据表明，某些RNA分子有固有的催化活性。这种具有催化作用的RNA被称为核酶或催化性RNA（catalyticRNA）。65核酶的发现一方面推动了对于生命活动多样性的理解，另外在医学上也有其特殊的用途。由于核酶结

5、构的阐明，可以用人工合成的小片段RNA，使其结合在有害RNA（病毒RNA，癌基因mRNA等）上，将其特异性降解。这一思路已经在实验中获得成功，针对HIV（人类免疫缺陷病毒）的核酶在美国和澳大利亚已进入临床试验。理论上讲，核酶几乎可以被广泛用来尝试治疗所有基因产物有关的疾病。（三）脱氧核酶最初发现的核酶都是RNA分子，后来证实人工合成的具有类似结构的DNA分子也具有特异性降解RNA的作用。相对应于催化性RNA，具有切割RNA作用的DNA分子称为脱氧核酶或催化性DNA（catalyticDNA）。由于DNA分子较RNA稳定，而且合成成本低

6、，因此在未来的治疗药物发展中可能具有更广泛的前景。目前尚未发现天然存在的催化性DNA。二、酶的催化作用特点酶是生物催化剂，既有与一般催化剂相同的催化性质，又有一般催化剂所没有的生物大分子的特征。酶与一般催化剂一样，只能催化热力学允许的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点。酶作为催化剂在化学反应的前后没有质和量的改变，微量的酶就能发挥较大的催化作用。因为酶是蛋白质，所以又具有其独特的催化特点：1．高度的催化效率酶的催化效率比无催化剂的自发反应速度高108～1020倍，比一般催化剂的催化效率高107～1013倍。这种高度加速的

7、酶促反应机制，主要是因为大幅度降低了反应的活化能(activationenergy)。2．高度的特异性酶对其所催化的底物和催化的反应具有较严格的选择性，常将这种选择性称为酶的特异性或专一性(specificity)。根据酶对底物选择的严格程度不同，酶的特异性通常分为以下三种：(1)绝对特异性(absolutespecifictity)：有的酶只能催化一种底物发生一定的反应，称为绝对特异性。如脲酶只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。(2)相对特异性(relativespecificity)：一种酶可作用于一类化合

8、物或一种化学键，这种不太严格的特异性称为相对特异性。如脂肪酶不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类。(3)立体异构特异性(stereopecificity)：酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构特异性。如L-乳酸脱氢酶的