酶(Enzyme)
酶(enzyme)是活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的具有高度專一性和催化效率的蛋白質(zhì)，又稱為生物催化劑，生物體在新陳代謝過程中，幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下進(jìn)行的。
細(xì)胞內(nèi)合成的酶主要是在細(xì)胞內(nèi)起催化作用，也有些酶合成后釋入血液或消化道，并在那里發(fā)揮其催化作用，人工提取的酶在合適的條件下也可在試管中對(duì)其特殊底物起催化作用。
酶學(xué)知識(shí)來源于生產(chǎn)實(shí)踐，我國4千多年前的夏禹時(shí)代就釀酒盛行，周朝已開始制醋、醬，并用曲來治療消化不良。酶的系統(tǒng)研究起始于19世紀(jì)中葉對(duì)發(fā)酵本質(zhì)的研究。Pasteur提出，發(fā)酵離不了酵母細(xì)胞。1897年Buchner成功地用不含細(xì)胞的酵母液實(shí)現(xiàn)發(fā)酵，說明具有發(fā)酵作用的物質(zhì)存在于細(xì)胞內(nèi)，并不依賴活細(xì)胞。1926年Sumner首次提取出脲酶，并進(jìn)行結(jié)晶，提出酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。現(xiàn)已有二千余種酶被鑒定出來，其中有二百余種得到結(jié)晶，特別是近三十年來，隨著蛋白質(zhì)分離技術(shù)的進(jìn)步，酶的分子結(jié)構(gòu)、酶作用機(jī)理的研究得到發(fā)展，有些酶的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理已被闡明。總之，隨著酶學(xué)理論不斷深入，必將對(duì)揭示生命本質(zhì)研究作出更大的貢獻(xiàn)。
第一節(jié) 酶的作用特點(diǎn)
酶是生物催化劑(biological catalyst)，具有兩方面的特性，既有與一般催化劑相同的催化性質(zhì)，又具有一般催化劑所沒有的生物大分子的特征。
酶與一般催化劑一樣，只能催化熱力學(xué)允許的化學(xué)反應(yīng)，縮短達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間，而不改變平衡點(diǎn)。酶作為催化劑在化學(xué)反應(yīng)的前后沒有質(zhì)和量的改變。微量的酶就能發(fā)揮較大的催化作用。酶和一般催化劑的作用機(jī)理都是降低反應(yīng)的活化能(activation energy)。
因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，所以酶促反應(yīng)又固有其特點(diǎn)：
1.高度的催化效率
一般而論，酶促反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)高107?020倍，例如，反應(yīng)
H2O2+H2O2→2H2O+O2
在無催化劑時(shí)，需活化能18，000卡/克分子；膠體鈀存在時(shí)，需活化能11，700卡/克分子；有過氧化氫酶(catalase)存在時(shí)，僅需活化能2，000卡/克分子以下。
2.高度的專一性
一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以促進(jìn)一定的化學(xué)變化，并生成一定的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?specificity)。受酶催化的化合物稱為該酶的底物或作用物(substrate)。
酶對(duì)底物的專一性通常分為以下幾種：
(1)絕對(duì)特異性(absolute specifictity)
有的酶只作用于一種底物產(chǎn)生一定的反應(yīng)，稱為絕對(duì)專一性，如脲酶(urease)，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。
(2)相對(duì)特異性(relative specificity)
一種酶可作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，這種不太嚴(yán)格的專一性稱為相對(duì)專一性。如脂肪酶(lipase)不僅水解脂肪，也能水解簡單的酯類；磷酸酶(phosphatase)對(duì)一般的磷酸酯都有作用，無論是甘油的還是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。
(3)立體異構(gòu)特異性(stereopecificity)
酶對(duì)底物的立體構(gòu)型的特異要求，稱為立體異構(gòu)專一性或特異性。如α-淀粉酶(α-amylase)只能水解淀粉中α-1,4-糖苷鍵，不能水解纖維素中的β-1，4-糖苷鍵；L-乳酸脫氫酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的立體異構(gòu)特異性表明，酶與底物的結(jié)合，至少存在三個(gè)結(jié)合點(diǎn)。
3.酶活性的可調(diào)節(jié)性
酶是生物體的組成成份，和體內(nèi)其他物質(zhì)一樣，不斷在體內(nèi)新陳代謝，酶的催化活性也受多方面的調(diào)控。例如，酶的生物合成的誘導(dǎo)和阻遏、酶的化學(xué)修飾、抑制物的調(diào)節(jié)作用、代謝物對(duì)酶的反饋調(diào)節(jié)、酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)以及神經(jīng)體液因素的調(diào)節(jié)等，這些調(diào)控保證酶在體內(nèi)新陳代謝中發(fā)揮其恰如其分的催化作用，使生命活動(dòng)中的種種化學(xué)反應(yīng)都能夠有條不紊、協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行。
4.酶活性的不穩(wěn)定性
酶是蛋白質(zhì)，酶促反應(yīng)要求一定的pH、溫度等溫和的條件，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、重金屬鹽、高溫、紫外線、劇烈震蕩等任何使蛋白質(zhì)變性的理化因素都可能使酶變性而失去其催化活性。
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