【醫學百科●酶】

楊籍富

【醫學百科●酶】

 

拼音

 

méi

 

英文參考

 

enzyme

 

國家基本藥物

 

與酶有關的國家基本藥物零售指導價格信息.

注“*”的為代表品。

 

2、表中代表劑型規格在備注欄中加注“△”的，該代表劑型規格及與其有明確差比價關系的相關規格的價格為臨時價格。

 

概述

 

酶舊稱“酵素”。

 

是一類由生物細胞產生的在細胞內或細胞外具有催化功能的蛋白質。

 

這種催化能力稱為酶的活性。

 

酶對其周圍環境很敏感，在強酸、強堿環境中，在重金屬鹽、紫外線等因素影響下，發生不同程度的變性，降低甚至失去催化活性。

 

約90％的細胞蛋白質是酶。

 

大多數酶釋放到細胞內（胞內酶），也有一些分泌到體液或單細胞生物的介質中（胞外酶）。

 

新陳代謝所包括的化學反應幾乎都是酶催化的；

 

酶所催化的反應稱酶促反應，酶所作用的反應物稱底物。

 

在真核生物中，一些酶（或反應）的相當量集中在細胞器的一定區域。

 

迄今已發現的酶有2500種以上。

 

分子量在數萬至數十萬之間。

 

生物體內的含量一般極少，能參與生物體的各種生理生化活動，起催化劑的作用。

 

酶在催化反應中具有高度專一性，能在接近體溫的溫度、常壓、近中性PH環境中起催化作用。

 

酶的催化效率高，其催化反應速度比一般無機催化劑高107～l013倍。

 

如一個過氧化氫酶分子在一分鐘內能使500萬個過氧化氫分子分解為水和氫，比鐵離子的催化效率高109。

 

酶對底物的催化作用有嚴格選擇性，一種酶只能催化某一類或某一種物質的反應。

 

酶分子上具有催化中心和結合中心，總稱為酶的活性中心。

 

酶的催化反應受到它所催化的反應產物的反饋調節。

 

某些無機離子、簡單的有機分子能提高酶的活性，稱為酶的激活劑。

 

能使酶活力下降但不引起酶蛋白變性的物質，稱做抑制劑。

 

酶的缺點是不穩定，易受外界條件（如酸、堿和熱等因素）的影響而變性失活。

 

酶的命名法有習慣命名法和國際命名法。

 

習慣命名法一般根據作用底物而命名，如只作用于淀粉的淀粉酶，引起乳凝的凝乳酶等。

 

國際命名法是根據其催化性質將酶分為六大類：氧化還原酶、轉移酶、水解酶、裂解酶、異構酶、連接酶。

 

“酶”這個詞源于人類對發酵現象的認識。

 

1837年貝采留斯和李比希把發酵理解為催化分解反應，將酶（當時稱“酵素”）和催化作用相聯系。

 

1860年貝特洛提出胞內酶概念，并把胞內酶與胞外酶統一起來。

 

本世紀初開始探討酶的本質。

 

1926年，薩姆納證明結晶的尿酶也是蛋白質。

 

這樣酶的研究和蛋白質的研究得以結合，成為生物化學以及分子生物學的重要研究內容。

 

酶學是生物化學的重要分支之一。

 

新陳代謝是生命活動的基本特征之一，而構成新陳代謝的許多復雜而有規律的物質變化和能量變化都是在酶的催化下進行的。

 

酶催化提供細胞的能量、解除毒物、產生光、電等方面的反應。

 

生物的生長、繁殖、遺傳、運動、神經傳導等生命活動都與酶的催化過程密切相關。

 

活性部位和必需基團

 

酶的一級結構和空間結構均與其功能密切相關。

 

和底物相比，酶是很大的分子。

 

酶分子中直接和底物結合及和催化作用直接有關的部位叫做活性部位（又稱活性中心）。

 

活性部位處在酶表面的裂隙內，具有由一些氨基酸側鏈組成的三維結構。

 

查在活性部位以外，對維持酶的空間結構必要的那些基團對于酶也是必需的。

 

酶的研究史

 

人們對酶的認識源于生產與科學研究的實踐。

 

1883年，Payen從麥芽的水抽提物中用酒精沉淀出一種對熱不穩定的物質，它可促進淀粉水解成可溶性糖，使人們開始意識到生物細胞中可能存在著一種類似于催化劑的物質。

 

1878年W.Kuhne首先把這類物質稱為“enzyme”，中文譯為“酶”。

 

1926年美國化學家Sumner從刀豆中提取出脲酶并獲得結晶，證明脲酶具有蛋白質的性質，并提出酶本身就是一種蛋白質。

 

1982年以后陸續發現有催化活性的RNA，提供了RNA是早期生物催化劑的強有力證據。

 

使人們進一步認識到酶不都是蛋白質。

 

現代科學認為，酶是由活細胞產生的，具有催化活性和高度專一性的特殊生物大分子，包括蛋白質和核酸。

 

迄今為止已被分離純化的大多數酶都是蛋白質。

 

主要依據是：（1）酶經酸堿水解的最終產物是氨基酸，酶能被蛋白酶水解而失活；

 

（2）酶是具有空間結構的生物大分子，一切可以使蛋白質變性的化學和物理因素都同樣可使酶變性失活；

 

（3）酶是兩性電解質，在不同的pH溶液中表現出不同的解離狀態；

 

（4）酶是大分子化合物，且具有不能透過半透膜等膠體性質；

 

（5）1969年人工合成牛胰核糖核酸酶。

 

以上事實都表明大多數酶在化學本質上屬于蛋白質。

 

20世紀80年代初期，美國Cech和Altman各自獨立地發現RNA具有生物催化功能，Cech將其定名為核酶（ribozyme）。

 

近年來的研究表明，RNA催化劑作用的底物除了RNA外還有多糖、DNA以及氨基酸酯等，催化反應的類型也有多種，但其化學本質卻是核酸。

 

酶的性質和作用特點

 

一般性質酶具有蛋白質的一般性質，如兩性、變性及免疫反應等。

 

反應速度酶促反應速度很快，為一般化學反應速度的108～1020倍，如在pH8和20℃時，尿素酶使尿素的水解速度加快1014倍。

 

酶促反應速度受環境的溫度、pH及其中某些化學物質的影響。

 

專一性（特異性）酶和化學催化劑的主要差別在于酶的“專一性”較高。

 

這就是說，酶對所催化的反應類型和底物均有嚴格的要求；

 

一種酶只能催化一定結構或一些結構類似的化合物，進行一種特定的化學反應或一套密切相關的反應；

 

而且酶只能作用于底物立體異構體中的一種，因為從三維角度看，不同的異構體不可能適合相同的活性部位，就像右手不能適合左手的手套一樣。

 

酶的分類和命名

 

通常按照酶所催化的反應類型和所作用的底物來分類和命名。

 

所有已知的酶按反應性質分成6大類，再分成若干亞類和亞亞類。

 

有習慣命名和國際系統命名兩種方法。

 

習慣命名法不特別精確，但較簡便，像催化乳酸脫氫生成丙酮酸的酶就叫乳酸脫氫酶；

 

給催化水解作用的酶命名時略去反應類型，如水解蛋白質的酶叫蛋白酶，水解淀粉的酶叫淀粉酶；

 

有時還在酶的名稱前面標上酶的其他特點如來源、酸堿性等以示區別，如胃蛋白酶、胰淀粉酶、中性蛋白酶等。

 

酶的催化機理

 

酶的催化機理和一般化學催化劑基本相同，也是先和反應物（酶的底物）結合成絡合物，通過降低反應的活化能來提高化學反應的速度，在恒定溫度下，化學反應體系中每個反應物分子所含的能量雖然差別較大，但其平均值較低，這是反應的初態。

 

S（底物）→P（產物）這個反應之所以能夠進行，是因為有相當部分的S分子已被激活成為活化（過渡態）分子，活化分子越多，反應速度越快。

 

在特定溫度時，化學反應的活化能是使1摩爾物質的全部分子成為活化分子所需的能量（千卡）。

 

酶（E）的作用是：與S暫時結合形成一個新化合物ES，ES的活化狀態（過渡態）比無催化劑的該化學反應中反應物活化分子含有的能量低得多。

 

ES再反應產生P，同時釋放E。

 

E可與另外的S分子結合，再重復這個循環。

 

降低整個反應所需的活化能，使在單位時間內有更多的分子進行反應，反應速度得以加快。

 

如沒有催化劑存在時，過氧化氫分解為水和氧的反應（2H2O2→2H2OO2）需要的活化能為每摩爾18千卡（1千卡=4.187焦耳），用過氧化氫酶催化此反應時，只需要活化能每摩爾2千卡，反應速度約增加1011倍。

 

酶作用的pH和溫度條件（細胞內條件）都很溫和，為什么會有巨大的催化活性？

 

有4種主要因素使酶加速化學反應。

 

酶催化效率的促進因素接近程度和相對取向和底物分子結合時，酶不僅要求敏感鍵和催化基團靠得很近，而且要求有合適的相對排列方向，這就大大增加了ES絡合物進入過渡態的可能性。

 

拉緊和扭曲（誘導契合）與底物結合可能誘導酶分子發生構象變化，使活性部位拉緊并扭曲所結合的底物，以幫助ES絡合物達到其過渡態。

 

這種變化叫做酶對底物的誘導契合。

 

相對大的酶分子的三級或四級結構的變化能對底物發揮力學的影響。

 

這個概念可以解釋酶為什么是蛋白質，并因此比大多數底物大得多。

 

一般酸-堿催化作用酶活性部位某些氨基酸殘基的側鏈可能是良好的質子供體或受體。

 

這些一般酸性或堿性基團是水溶液系統中許多有機反應的有力催化劑。

 

共價催化作用有些酶與其底物結合形成極不穩定，共價連接的酶-底物絡合物，這種ES絡合物進一步反應生成產物比非催化反應容易進行。

 

一種共價催化的模式是、酶置換了底物RX的功能基R，生成共價復合物EX；

 

EX不穩定，它的水解速度比RX快得多。

 

非催化反應RXH2O→ROHHX催化反應RXE—OH→ROHEXEXH2O→E—OHHX總反應RXH2O→ROHHX

 

酶的應用

 

由于酶的催化效率高，反應條件溫和，且專一性強，不發生副反應；

 

一些酶又便于從細胞或組織中提取，酶制劑在醫、工業方面的應用越來越廣泛。

 

有些酶制劑可作為藥物臨床應用，如胰酶制劑用于治療消化不良，L-天冬酰胺酶用于治療白血病等。

 

血液或組織液中酶活性的測定已成為重要的診斷輔助手段，如血中轉氨酶活性的測定可協助診斷心肌梗塞和肝病。

 

一些醫用營養品如水解蛋白也是借酶的分解作用制成的。

 

隨著大量培養微生物和大量分離酶的適宜方法的發展，在一系列工業上使用酶制劑變得有經濟效益。

 

這些工業包括食品加工和保藏、紡織、制革、制藥和制洗滌劑等，如蛋白酶用于皮革的脫毛，或加入洗滌劑以除去蛋白污物，淀粉酶用于紡織品脫淀粉漿或從淀粉生產高產量和高純度的葡萄糖；

 

果膠酯酶用于果汁和啤酒的澄清，葡糖氧化酶用于食品保存（除去食物和飲料包裝中的氧）；

 

葡糖異構酶用于生產果糖（如增加飲料的甜味）等。

 

酶工程與發酵工程、細胞工程、生化工程、基因工程，蛋白質工程六大技術體系相輔相成，形成以基因工程為主導的生物工程綜合體系。

 

就酶工程而言，目前大約有2000多種酶被鑒定出來，其中1000多種已達到均一純度，數百種被結晶。

 

已能工業化生產幾十種酶制劑，在紡織、制糖、洗滌劑、醫藥生產中廣泛應用。

 

已能生產基因工程用的工具酶。

 

固定化技術已用于生產青霉素酰化酶、氨基酰化酶、葡萄糖異構酶等。

 

固定化細胞技術已用于果糖漿、半合成抗生素的生產。

 

我國生產的尿激酶的化學修飾具有較高的臨床應用價值。

 

酶與疾病在病因學、診斷學和治療學方面有密切關系。

 

已知酶的先天性缺乏是先天性代謝性障礙的重要病因，血清（以及其他樣品）酶活性的變化是一些疾病的診斷指標，許多酶制劑可作為“蛋白質類藥物”在臨床上使用。

 

工業上主要利用微生物發酵法生產各種酶制劑，其中應用最多的是淀粉酶制劑和蛋白酶制劑。

 

淀粉酶主要用于紡織業進行棉布退漿，食品工業上使淀粉水解生成葡萄糖。

 

蛋白酶大量用于皮革脫毛、蠶絲脫膠等。

 

酶可作藥物用于治病，如多酶片和胃蛋白酶是常用的助消化藥。

 

尿激酶可溶解血栓，是心肌梗死的急救藥物。

 

胰蛋白酶、糜蛋白酶等用于外科清創、化膿、腹腔漿膜粘連等的治療。

 

天門冬酰胺酶可使某種類型的白血病緩解。

 

在分析和化驗中使用酶，發展了許多快速、靈敏、專一的新方法，如在電極外包一層含葡萄糖氧化酶的薄膜，制成酶電極，用于測定血糖濃度，1分鐘就可測1個樣品，使化驗速度顯著加快。

 

在飼料中添加一定量纖維素酶可使飼料中的纖維素水解生成葡萄糖，提高飼料的營養價值。

 

引用：http://big5.wiki8.com/mei_40698/