酶在生命中的作用

1、湖 北 工 业 大 学生物化学论文学 生 姓 名： 李冠宇 学 号： 学 院： 资源与环境工程学院 专 业： 环境工程 指 导 教 师： 张娟 教 师 单 位： 资源与环境工程学院 11环境工程1班2013年 04 月 16 日酶在生命代谢中的作用11级环境工程（一）班李冠宇 摘要：酶(enzyme)是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂，生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在酶的催化下进行的。细胞内合成的酶主要是在细胞内起催化作用，也有些酶合成后释入血液或消化道，并在那里发挥其催化作用，人工提取的酶在合适的条件下也可在试管中对其特殊底物起催化作用。关键词

2、：生物酶；新陈代谢；酶制剂1. 酶的发现酶学知识来源于生产实践，我国4千多年前的夏禹时代就酿酒盛行，周朝已开始制醋、酱，并用曲来治疗消化不良。酶的系统研究起始于19世纪中叶对发酵本质的研究。Pasteur提出，发酵离不了酵母细胞。1834年，德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里，沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这粉末叫作“胃蛋白酶”（希腊语中的消化之意）。 1897年德国化学家Buchner成功地用不含细胞的酵母液实现发酵，说明具有发酵作用的物质存在于细胞内，并不依赖活细胞。1926年美国科学家Sumner首次提取出脲酶，并进行结晶，

3、提出酶的本质是蛋白质。现已有二千余种酶被鉴定出来，其中有二百余种得到结晶，特别是近三十年来，随着蛋白质分离技术的进步，酶的分子结构、酶作用机理的研究得到发展，有些酶的结构和作用机理已被阐明。今后,随着酶学理论不断深入，对揭示生命本质研究将会有新的突破。2. 酶的作用机理 关于酶的作用机理，目前研究得还不很清楚。最早提出的是“锁和钥匙”假说。这个假说认为，酶的表面的活性部位是个刚硬而又定形的类似模板的结构，只有特定的化合物可以契合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，只可与一种化合物契合，并排斥那些形状、大小不适合的化合物。这个假说虽然对一些由酶催化的化学反应作了解释，但也发现了一些矛

4、盾，于是又有人提出了“诱导契合”假说。这个假说认为，酶原来并不是以一种与底物互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状，其方式如同一只手伸进手套之后，才诱导手套的形状起变化一样。一旦底物结合上去，可诱导酶蛋白的构象发生相应的变化，酶的催化集团就排列在应有的位置上，并将底物颈部的化学键切断，形成反应产物；在产物离开酶的表面后，酶的活性部位就又恢复原始的非互补的形状。这种“诱导契合”理论假设，在催化作用进行时，酶的最终形状是由底物确定的，因此酶是揉曲可塑的。但是，并不是所有的蛋白质都是可以揉曲的，有的甚至很硬。这些就可以用“锁和钥匙”假说来解释。3. 酶的作用特点酶是生物催化剂(biolo

5、gical catalyst)，具有两方面的特性，既有与一般催化剂相同的催化性质，又具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。酶和一般催化剂的作用机理都是降低反应的活化能(activation energy)。因为酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点：3.1 高度的催化效率一般而论，酶的催化效效率是无机催化剂的1071013倍，例如，反应H2O2+H2O22H2O+O2，在无催化剂时，需活化能18，000卡/克分子；胶体钯存在时，

6、需活化能11，700卡/克分子；有过氧化氢酶(catalase)存在时，仅需活化能2，000卡/克分子以下。3.2 高度的专一性一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。酶对底物的专一性通常分为以下几种：(1)绝对特异性(absolute specifictity)：有的酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，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)相对特异性(relative s

7、pecificity)：一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶(lipase)不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶(phosphatase)对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。(3)立体异构特异性(stereopecificity)酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性。如-淀粉酶(-amylase)只能水解淀粉中-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的-1，4-糖苷键；L-乳酸脱氢酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的立体异构特异性

8、表明，酶与底物的结合，至少存在三个结合点。2. 3 酶活性的可调节性酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。2.4 酶活性的不稳定性酶是蛋白质，酶促反应要求一定的pH、温度等温和的条件，强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。如下图示意

9、。下表是一些酶的最适ph值： 酶的名称过氧化氢酶唾液淀粉酶脂肪酶胰蛋白酶胃蛋白酶最适PH值6.8 6.8 8.3 8.0-9.01.5-2.2一般情况下，酶的最适PH值接近中性，只有少数例外，如胃蛋白酶。人的胃液呈酸性，因为人的胃液的成份是胃蛋白酶和盐酸。胰液呈碱性，在十二指肠处，胰液和胃液相遇，胰液和胃液相中和。四、新陈代谢新陈代谢是生物体与外界环境之间的物质和能量的交换以生物体自身物质和能量的转变。酶是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂。广泛存在于各种细胞中，催化细胞生长、代谢等生命过程中几乎所有的化学反应。细胞内合成的酶主要是在细胞内起催化作用，也有些酶合成

10、后进入血液或消化道，并在那里发挥其催化作用，人工提取的酶在合适的条件下也可在试管中对其特殊底物起催化作用。（1）由于酶的催化，体内反应速度可以大大加快酶是生物催化剂，由于酶的存在，生物体内进行的反应比无生命界中进行的同样反应有效得多。 在四支试管中，分别加入过氧化氢溶液。在第一支试管中，可以看到管壁上缓慢的生成气泡，这是过氧化氢自发分解为氢气和氧气。在第二支试管中，加入少许铁屑，可以看到气泡增多，说明铁催化下，过氧化氢分解加快。在第三支试管中，加入少许小鼠肝糜，可以看到气泡急剧增加，说明鼠肝中过氧化氢酶的催化作用比铁屑强的多。 在第四支试管中，加入少许煮过的小鼠肝糜，气泡产生情况约与第一支试管

11、相当，说明鼠肝中过氧化氢酶煮后失去活性，没有催化作用。（2）酶的化学本质是蛋白质有的酶仅仅由蛋白质组成。如：核糖核酸酶（催化核糖核酸水解的酶）。有的酶除了主要由蛋白质组成外，还有一些酶活性所必需的小分子参与，后者称为辅酶或酶的辅基（辅助因子）。酶的分子组成： 全酶 =酶蛋白 +辅助因子 (结合蛋白质) (蛋白质部分) (非蛋白质部分) 许多辅助因子只是简单的离子，如Cl,Mg,Fe,Cu等，有把底物和酶结合起来或者使酶分子的构象稳定，从而保持其活性的作用。有些离子还是酶促反应时的作用中心。 辅酶：有机化合物辅助因子，如许多维生素。作用主要是在酶促反应中携带和传递底物的电子、原子和作用基团。 酶

12、的分类：氧化还原酶类（oxidoreductase）、转移酶类（transferases）、水解酶类（hydrolase）、裂解酶类（Laases）、异构酶类（isomerases）、合成酶类（ligases）。习惯命名法：底物和反应类型（EC6.3.1.2）表示类-亚类-亚亚类-排号（L-谷氨酸氨连接酶）。2.5 酶在生命代谢中的作用酶对人体的新陈代谢也是至关重要的。在人体的代谢过程中，进行着许多很复杂的化学反应，人每天都要吸进氧气，喝水，吃含有糖、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素的食物，从肺部排出二氧化碳，从汗腺排出水分，以及排出尿、各种不能消化的东西和细菌，这些过程都伴随各式各样的化学反应。

13、化学家研究人体内的代谢反应是从研究酵母怎样把糖转变成乙醇（酿酒过程）开始的，他们发现是酵母中的酶使糖变成乙醇。动物细胞中的酶使糖代谢的过程与酵母略有不同，糖不是转化为乙醇，而是转化为乳酸（CH3CHOHCOOH）。在糖变成乳酸的过程中，产生一定的能量，细胞就可利用这些能量。乳酸进一步分解，变成二氧化碳和水，在这一反应中需要消耗氧气，但反应产生的能量比葡萄糖转化为乳酸的反应要多得多。在糖的代谢过程中，还形成了某些磷酸的化合物，磷酸的化合物和其他部分连结起来的化学键里，贮存着很大的能量，这种高能量的磷酸键被交给了细胞中的能量载体，例如三磷酸腺苷。当人体需要能量时，必须使磷酸键发生水解反应，并放出能量，这些能量就会转换成化学能，即用来将氨基酸合成蛋白质，或者将这种能量转换成电能，用来传导神经的冲动，或者将这种能量转换成动能，用来使肌肉收缩。脂肪的代谢作用是通过辅酶A的催化作用进行的。蛋白质的分解虽然比糖和脂肪复杂一些，但是，它也是通过某些氨基酸酶，把氨基酸分子裂解，最后产生尿素分子。酶除了在人体代谢中起着重要的作用之外，还可以用于解决未来的食物问题。例如，把二氧化碳气体通入含酶的水中，可生产出糖。酶可以将鱼的碎片制成动物饲料，可以把漏在海面的石油转变为海洋生物的食物，同时也消除了公害。主要参考文献1 许崇任,程红，动物生物学，高教出版社，2001。2 刘凌云,郑光美，主