高中生物酶的分类与功能解读

高中生物酶的分类与功能解读1．酶的概念和本质酶是活细胞内产生的一类具有生物催化作用的有机物。绝大多数酶是蛋白质，少数种类的RNA也具有生物催化作用。2．酶的合成及分布酶都是在细胞内合成的。蛋白质类酶是在细胞内的核糖体上合成的，而具有催化作用的RNA是以DNA为模板转录而成的。对于病毒这类不具有细胞结构的生物，其结构内一般不含有酶，也不能进行独立的新陈代谢作用。细胞是生物体进行生命活动的主要场所，生物体内的化学反应也主要发生在细胞内，所以大多数酶在细胞内催化化学反应，例如：解旋酶、RNA聚合酶、转氨酶、固氮酶等；被分泌到细胞外的酶在细胞外发挥催化作用。例如：人体消化道内的唾液淀粉酶、胃蛋白酶、肠脂肪酶、胰麦芽糖酶、肠肽酶等。3．酶的特性3.1酶具有高效性酶催化反应的反应速度比非催化反应高108~1020倍，比其他催化反应高107~1013倍。例如：过氧化氢酶和Fe3+相比，过氧化氢酶的催化效率要高许多。3.2酶具有专一性一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应，这就是酶作用的专一性。通常把酶作用的物质称为该酶的底物。所以也可以说一种酶只作用于一种或一类底物。例如：淀粉酶只能催化淀粉的水解，对蔗糖则不起作用。二肽酶可以水解由任何两种氨基酸组成的二肽。3.3酶的作用条件较温和一般的催化剂在一定的条件下会因中毒而失去催化能力，而酶较其他催化剂更加脆弱，更易失去活性。凡使蛋白质变性的因素，如高温、低温以及过酸和过碱，都能使酶破坏而完全失去活性。所以，酶作用一般都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。4．酶的分类酶的种类很多，现巳鉴定出3000种以上的酶，其中不少已得到酶的结晶。人们相继弄清了多种酶的结构及作用机理。随着酶学理论研究的不断深入，必将对生命的探索作出更大的贡献。一.酶的分类分类（依据功能）主要的酶与DNA复制有关的酶解旋酶、DNA聚合酶与DNA转录有关的酶解旋酶、RNA聚合酶与蛋白质翻译有关的酶蛋白质合成酶与逆转录有关的酶逆转录酶、DNA聚合酶与基因工程有关的酶限制性核酸内切酶、DNA连接酶植物细胞工程有关的酶纤维素酶、果胶酶动物细胞工程有关的酶胰蛋白酶、胶原蛋白酶物质代谢酶消化酶（存在于消化管内）：淀粉酶（唾液、胰液）、麦芽糖酶（胰液、小肠液）、脂肪酶（胰液）、蛋白酶（胃液、胰液）、肽酶（肠液）水解酶类：脂肪酶、蛋白酶、肽酶、转氨酶呼吸酶（有氧及无氧呼吸酶）光合作用酶ATP合成酶及ATP水解酶微生物代谢酶类组成酶类：只受遗传物质控制诱导酶类：受遗传物质控制的同时，还受环境的影响酶作用的底物酶的种类糖类多糖淀粉酶（α—淀粉酶、唾液淀粉酶、肠淀粉酶、胰淀粉酶）、纤维素酶、果胶酶二糖肠麦芽糖酶、胰麦芽糖酶、蔗糖酶、半乳糖苷酶单糖半乳糖苷转移酶、与单糖氧化有关的酶脂类脂肪肠脂肪酶、胰脂肪酶磷脂磷脂酶蛋白质蛋白质胃蛋白酶、胰蛋白酶肽肠肽酶、二肽酶氨基酸转氨酶（谷丙转酶）、谷氨酸脱氢酶、天氡氨酸激酶、苯丙氨酸羟化酶、高丝氨酸脱氢酶核酸DNA解旋酶、DNA聚合酶、逆转录酶、限制性内切酶、DNA连接酶、DNA酶RNARNA聚合酶其他尿素、水脲酶ATPATP合成酶、ATP水解酶CO2、C5RuBP—羧化酶CO2、C3PEP—羧化酶H2O2过氧化氢酶N2、H2固氮酶二.各种水解酶三.主要酶的功能概述1．解旋酶：作用于氢键，是一类解开氢键的酶，由水解ATP来供给能量它们常常依赖于单链的存在，并能识别复制叉的单链结构。在细菌中类似的解旋酶很多，都具有ATP酶的活性。大部分的移动方向是5′→3′，但也有3′→5′移到的情况，如n′蛋白在φχ174以正链为模板合成复制形的过程中，就是按3′→5′移动。在DNA复制中起作用。2．DNA聚合酶：在DNA复制中起作用，是以一条单链DNA为模板，将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链，形成链与母链构成一个DNA分子。3．DNA连接酶：其功能是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。如果将经过同一种内切酶剪切而成的两段DNA比喻为断成两截的梯子，那么，DNA连接酶可以把梯子的“扶手”的断口处（注意：不是连接碱基对，碱基对可以依靠氢键连接），即两条DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。据此，可在基因工程中用以连接目的基因和运载体。与DNA聚合酶的不同在于：不在单个脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键，而是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，因此DNA连接酶不需要模板4．RNA聚合酶：又称RNA复制酶、RNA合成酶，作用是以完整的双链DNA为模板，边解放边转录形成mRNA，转录后DNA仍然保持双链结构。对真核生物而言，RNA聚合酶包括三种：RNA聚合酶I转录rRNA，RNA聚合酶Ⅱ转录mRNA，RNA聚合酶Ⅲ转录tRNA和其她小分子RNA。在RNA复制和转录中起作用。限制酶作用于磷酸二酯键DNA连接酶作用于磷酸二酯键DNA聚合酶作用于磷酸二酯键解旋酶作用于氢键5．逆转录酶：为RNA指导的DNA聚合酶，催化以RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成DNA的过程。具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。在分子生物学技术中，作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作。在基因工程中起作用。6．限制性核酸内切酶（简称限制酶）：限制酶主要存在于微生物（细菌、霉菌等）中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。是特异性地切断DNA链中磷酸二酯键的核酸酶（“分子手术刀”）。发现于原核生物体内，现已分离出100多种，几乎所有的原核生物都含有这种酶。是重组DNA技术和基因诊断中重要的一类工具酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列，并内容名称作用分类存在应用举例淀粉酶催化淀粉水解为麦芽糖唾液淀粉酶、胰淀粉酶、肠淀粉酶、植物淀粉酶等动物的唾液、胰液、肠液中；马铃薯、谷类及萌发的种子中用于纺织品退浆等脂肪酶催化脂肪水解为脂肪酸和甘油胰脂肪酶、肠脂肪酶等动物和人主要存在于胰液、血浆和脂肪组织中；植物体内主要存在于种子中用于食品增香、羊毛洗涤等蛋白酶催化蛋白质水解为短肽和氨基酸胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶等动物的胰液、胃液中；植物组织和微生物中也广泛存在洗涤蛋白污物等；动物细胞工程中，常用胰蛋白酶分解胞间质而使细胞分散纤维素酶催化水解纤维素生成纤维二糖和葡萄糖低等动物、高等植物、真菌、细菌、放线菌中都有，个别酵母菌中也有植物细胞工程中常与果胶酶共用去除细胞壁而使细胞便于融合半乳糖苷酶催化乳糖水解成葡萄糖和半乳糖动植物中普遍存在；微生物如大肠杆菌中的诱导酶在G和A之间将这段序列切开。目前已经发现了200多种限制酶，它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。在基因工程中起作用。7.DNA酶：脱氧核糖核酸酶广泛存在于生物体内，它在脱氧核糖核酸代谢中起着重要的作用。该酶作用于DNA分子中核糖上3’-碳原子上的羟基与磷酸之间形成的二酯键，其降解产物为5’-脱氧核苷酸。8．纤维素酶和果胶酶：植物细胞工程中植物体细胞杂交时，需事先用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁，从而获得有活力的原生质体，然后诱导不同植物的原生质体融合。9．胰蛋白酶（胶原蛋白酶）：在动物细胞工程的动物细胞培养中，需要用胰蛋白酶将取自动物胚胎或幼龄动物的器官和组织分散成单个的细胞，然后配制成细胞悬浮液进行培养。或用于细胞传代培养时将细胞从瓶壁上消化下来。10.过氧化氢酶：广泛存在于动植物细胞及一些微生物中，主要作用是分解过氧化氢，防止过氧化氢积累而危害细胞。属于裂解酶。11.酪氨酸酶：存在于人体的皮肤、毛发等处的细胞中，能将酪氨酸转变为黑色素。属于异构酶。12.溶菌酶：广泛存在于动植物，微生物及其分泌物中，因能溶解细菌细胞壁多糖上的糖苷键而得名。在医药上，它是—个消炎酶，可使细菌失活，还可激活白细胞的吞噬功能，增强机体抵抗力。（属于人体第一或第二道防线）13．淀粉酶：主要有唾液腺分泌的唾液淀粉酶、胰腺分泌的胰淀粉酶和肠腺分泌的肠淀粉酶，可催化淀粉水解成麦芽糖。14．麦芽糖酶：主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分泌的肠麦芽糖酶，可催化麦芽糖水解成葡萄糖。15．脂肪酶：主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和肠腺分泌的肠脂肪酶，可催化脂肪分解为脂肪酸和甘油。肝脏分泌的胆汁乳化脂肪形成脂肪微粒后，有利于脂肪分解。16．蛋白酶：主要有胃腺分泌的胃蛋白酶和胰腺分泌的胰蛋白酶，可催化蛋白质水解成多肽链。作用结果是破坏肽键和蛋白质的空间结构。17．肽酶：由肠腺分泌，可催化多肽链水解成氨基酸。18．转氨酶：催化蛋白质代谢过程中氨基转换过程。如人体的谷丙转氨酶（GPT），能够把谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸，从而形成丙氨酸和a—酮戊二酸。由于谷丙转氨酶在肝脏中的含量最多，当肝脏病变时谷丙转氨酶就大量释放到血液，因此临床上常把化验人体血液中这种酶的含量作为诊断是否患肝炎等疾病的一项重要指标。19．光合作用酶：是指与光合作用有关的一系列酶，主要存在于叶绿体中。20．呼吸氧化酶：与细胞呼吸有关的一系列酶，主要存在于细胞质基质和线粒体中。21．ATP合成酶：指催化ADP和磷酸，利用能量形成ATP的酶。22．ATP水解酶：指催化ATP水解形成ADP和磷酸，释放能量的酶。23．组成酶：指微生物细胞中一直存在的酶。它们的合成只受遗传物质的控制，如大肠杆菌细胞中分解葡萄糖的酶。24．诱导酶：指环境中存在某种物质的情况下才合成的酶，如大肠杆菌细胞中分解乳糖的酶。