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第一节 概 述
一、 酶的概念与化学本质
生物体内所有的化学反应几乎都是在特异的生物催化剂的催化下完成的。目前已发现的生物催化剂有两大类:一类是化学本质为蛋白质的酶(enzyme),是生物体内最主要的催化剂;另一类是本质为核酸的核酶(ribozyme)和脱氧核酶(deoxyribozyme)。核酶是指具有催化功能的RNA分子,能高效、特异催化切割RNA分子。脱氧核酶是利用人工技术合成的一种具有催化功能的单链DNA片段,具有高效的催化活性和结构识别能力。核酶的发现给生物化学界带来了极大的震撼,它突破了生物催化剂全都是蛋白质的传统观念,并解释了最早的生命物质可能是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA。
酶是由活细胞产生的、具有高度催化效能、高度特异性的蛋白质,是生物体内一类重要的生物催化剂。酶的功能在于高效而特异地催化化学反应。由酶催化的反应称为酶促反应;被酶催化发生化学反应的物质称为底物(substrate),亦称作用物;生成物质称为产物(product);酶所具有的催化能力称为酶的活性;酶催化能力的丧失称为酶失活。
二、 酶的分类与命名
对酶加以系统地分类,并进行科学的命名对于酶学领域的研究与应用具有十分重要的意义。
(一) 酶的分类
酶的分类方法有很多,下面主要介绍与酶的系统性命名相关的国际分类方法。国际酶学委员会按酶促反应的类型,可将酶分为6大类,依次排列如下:
1. 氧化还原酶类(oxidoreductases)
催化底物间进行电子传递即氧化还原反应的酶,如乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。
2. 转移酶类(transferases)
催化底物之间进行基团转移或交换的酶,如转甲基酶、转氨酶、己糖激酶、磷酸化酶等。
3. 水解酶类(hydrolases)
催化底物发生水解反应的酶,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。
4. 裂解酶类或裂合酶类(lyases)
催化从底物移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶,如柠檬酸合酶、醛缩酶等。许多裂解酶催化裂解反应的逆反应,使一个底物去掉双键,并与另一个底物结合形成1个分子,这类酶常被称为合酶(synthases)。
5. 异构酶类(isomerases)
催化同分异构体之间相互转化的酶,如磷酸丙糖异构酶、磷酸己糖异构酶等。
6. 合成酶类(synthetases)或连接酶类(ligases)
催化两分子底物合成为1分子化合物,同时耦联ATP中磷酸键断裂的酶类,如谷氨酰胺合成酶、氨基酸:tRNA连接酶等。
(二) 酶的命名
1. 习惯命名法
多由发现者确定,主要根据酶的底物、反应的性质以及酶的来源命名,如脂肪酶、乳酸脱氢酶、胃蛋白酶等。习惯命名法简单、易懂,应用历史长,但缺乏系统性,常出现一酶多名或一名多酶的现象,有的名称则完全不能说明酶促反应的本质。
2. 系统命名法
为了克服习惯命名的弊端,1961年国际酶学委员会以酶的分类为依据,提出了与分类法相适应的系统命名法,规定一种酶只有一个系统名称。酶的系统命名法规定,每一种酶的名称均由两部分组成:①酶所催化的全部底物,对于双底物或多底物反应,底物之间须以“:”分隔;②反应的类型,并在其后加“酶”。此外,每种酶还附有一个4位数字的分类编号,第1位代表酶的类别;第2位表示此类中的亚类;第3位表示亚-亚类;第4位表示酶在亚-亚类中的排号。每个数码间以“.”相隔,并在数码前冠以EC(enzyme commission)。虽然此命名法可以避免习惯命名法造成的混乱,而且每种酶都在酶的分类表中有一个位置,但名称太长,比较烦琐,使用极不方便。为此,国际酶学委员会又从每种酶的数个习惯名称中选定一个简便实用的推荐名称,并规定在发表以酶为主题的论文时,在第一次出现酶的正文处要写出酶的国际系统编号和系统名称,其余仍可用习惯名。表3-1中列出了几种酶的系统名称以及推荐名称,作为示例。
表3-1 酶的系统名称和推荐名称举例