第二节酶的命名与分类 一个今定多种酶，如此种类紧多、催化反应各异的。为防止混乱，需婴 的分类和命名。 一、酶的命名 (一）习惯命名法 惯命名( ddne)是抑物的名字底物发生的后应及该的生物 来源等加在“酶”字的前面组合而成。如淀粉 蛋白醇、跟酶是由它们各自作用的底 物是淀粉、蛋白质、尿素来命名的：水解酶、转氨基酶、脱氢酶是根据它们各自催化底 物发生水解、氨基转移、脱氢反应来命名的：而像胃蛋白酶、细茵淀粉酶、牛胰核糖核 酸酶则是根据酶的来源不同来命名的。20世纪50年代以前，所有的酶名都是根据酶作用 的底物、酶催化的反应性质和酶的来源这种习惯命名法，由发现者各自拟定的。 随着生物化学的发展，所发现的酶种数日益增多，这种简单的命名方法就显露出它 的不是 一酶多名”，如分解淀粉的酶，若按习惯命名法则有三个名字，分 为淀粉酶。 水解酶 细用 动 数 脱下来的氢载体，像乳 ,该薛的全薛中辅因 。为 个新的 (二)系统命名法 natic name)要求能确切地表明酶的底物及酶催化的反应性质，即酶 的系统名包括酶作用的底物名称和该酶的分类名称。若底物是两个或多个则通常用“：】 号把它们分开，作为供体的底物，名字排在前面，而受体的名字在后。如乳酸脱氢酶的 系统名称是：L-乳酸：NAD氧化还原薛 按照严格的规则对酶进行系统命名后，获得的新名过于冗长而使用不便，因此，尽 管系统命名科学严谨 见僻名，就知追该所化的仅但实际上只在天 篇论义 初始出现该酶的名字时，才子予以引用。 所有酶 它的名称多是 专门机构审定后 其名称则是按 的委员 的命名规则拟定的 命名法原则，每一种酶有一个习惯名称和系统名称。例如： 用的名：国际系统 习惯名称 系统名称 催化的反应 转氨酶 丙氨酸 两贸整X聚收 己糖澈酶 ATP己罐 障酸基转移酶 AX著整害；糖 106
106 第二节 酶的命名与分类 迄今已鉴定出2 500多种酶，如此种类繁多、催化反应各异的酶，为防止混乱，需要 一个统一的分类和命名。 一、酶的命名 （一）习惯命名法 习惯命名（recommended name）是把底物的名字、底物发生的反应以及该酶的生物 来源等加在“酶”字的前面组合而成。如淀粉酶、蛋白酶、脲酶是由它们各自作用的底 物是淀粉、蛋白质、尿素来命名的；水解酶、转氨基酶、脱氢酶是根据它们各自催化底 物发生水解、氨基转移、脱氢反应来命名的；而像胃蛋白酶、细菌淀粉酶、牛胰核糖核 酸酶则是根据酶的来源不同来命名的。20世纪50年代以前，所有的酶名都是根据酶作用 的底物、酶催化的反应性质和酶的来源这种习惯命名法，由发现者各自拟定的。 随着生物化学的发展，所发现的酶种数日益增多，这种简单的命名方法就显露出它 的不足之处。一是“一酶多名”，如分解淀粉的酶，若按习惯命名法则有三个名字，分 别为淀粉酶、水解酶、细菌淀粉酶；二是“一名数酶”，如脱氢酶，该酶的全酶中辅因 子是NAD +或者是FAD，作为底物脱下来的氢载体，像乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶。为此， 国际生物化学协会酶学委员会（Eenzyme Commission，EC）于1961年提出了一个新的系 统命名及系统分类原则。 （二）系统命名法 系统命名（systematic name）要求能确切地表明酶的底物及酶催化的反应性质，即酶 的系统名包括酶作用的底物名称和该酶的分类名称。若底物是两个或多个则通常用“：” 号把它们分开，作为供体的底物，名字排在前面，而受体的名字在后。如乳酸脱氢酶的 系统名称是：L-乳酸：NAD +氧化还原酶。 按照严格的规则对酶进行系统命名后，获得的新名过于冗长而使用不便，因此，尽 管系统命名科学严谨，读者一见酶名，就知道该酶所催化的反应。但实际上，只在关键 时刻，需要鉴别一种酶的时候，或在一篇论文中，初始出现该酶的名字时，才予以引用。 而在绝大多数情况下，使用的都是简便明了的习惯名称。 应当指出，所有酶名，都是由国际生物化学协会的专门机构审定后，向全世界推荐 的。其中20世纪60年代以前发现的酶，它的名称多是过去长期沿用的俗名；20世纪60年 代后发现的酶，其名称则是按酶学委员会制定的命名规则拟定的。总之，按照国际系统 命名法原则，每一种酶有一个习惯名称和系统名称。例如：
二、酶的分类 根据酶所催化的反应类型，可将酶分为六大类。 凡能催化底物发生氧化还原反应的酶，均称为氧化还原酶(oxido-reductases)。在有 机反应中，通常把脱氢加氧视为氧化，加氢脱氧视为还原。此类酶中包括有脱氢酶、加 氧酶(oxy )、氧化酶(oxidases)、还原酶(reductase)、过氧化物酶(peroxidases) 等。其中种数最多的是脱氢酶。脱氢酶催化的反应，可用通式表示为： AH,+B AH,表示底物，B为原初受氢体。在脱氢反应中，直接从底物上获得氢原子的都是辅 酶（基）。辅酶（基）从底物上得到氢原子后，再经过一定的传递过程，最后使之与氧 结合成水。 由氧化酶所催化的反应可表示为： A十HO 出米后应中， 从底物分子中脱下来的氢原子，不经传递，直接与氧反应生成水。由 氧化催化的反应多数是不可的 凡能催化底物发生基团转移或交换的酶，均称为转移酶(transferases)。根据所转移 的基团种类的不同，常见的转移酶有氨基转移酶、甲基转移酶(transmethylases)、酰基 转移酶(acyltransferase)、激酶(kinase)及磷酸化酶。由转移酶所催化的反应可用通式 表示为： A-R B A+B-R 上式中，R为被转移的基团。 不少的转移酶是结合蛋白质，被转移的基团首先与辅酶结合，而后再转移给另一受 体。如氨基转移酶的辅酶是磷酸吡哆醛，在转氨过程中，被转移的氨基首先与磷酸吡哆 醛结合生成磷酸毗哆胺，然后磷酸毗哆胺再把此氨基转移到另一物质上。 凡能催化 物 酶、肽醇(peptidase)、脂酶 (esterases. ADO 胞外水解酶都属简单蛋白。水解酶所催化的反应多数是不可逆的 「0】型2酯张 凡能催化底物分子中C-C(或C-O、C-N等)化学键断裂，断裂后一分子底物转变为 两分子产物的酶，均称为裂解酶(yss),此类酶的酶促反应通式为： 这类辞催化的反应多数是可逆的，从左向右进行的反应是裂解反应，由右向左是合成反 应，所以又称为裂合酶。 醛缩酶(aldolases)是糖代谢过程中一个很重要的酶，广泛存在于各种生物细胞内 朵授会授化限黑背臣 107
107 二、酶的分类 根据酶所催化的反应类型，可将酶分为六大类。 （一）氧化还原酶类 凡能催化底物发生氧化还原反应的酶，均称为氧化还原酶（oxido-reductases）。在有 机反应中，通常把脱氢加氧视为氧化，加氢脱氧视为还原。此类酶中包括有脱氢酶、加 氧酶（oxygenases）、氧化酶（oxidases）、还原酶（reductase）、过氧化物酶（peroxidases） 等。其中种数最多的是脱氢酶。脱氢酶催化的反应，可用通式表示为： AH2 ＋ B A ＋ BH2 AH2表示底物，B为原初受氢体。在脱氢反应中，直接从底物上获得氢原子的都是辅 酶（基）。辅酶（基）从底物上得到氢原子后，再经过一定的传递过程，最后使之与氧 结合成水。 由氧化酶所催化的反应可表示为： AH2 ＋ 1 2 O2 A ＋ H2O 此类反应中，从底物分子中脱下来的氢原子，不经传递，直接与氧反应生成水。由 氧化酶催化的反应多数是不可逆的。 （二）转移酶类 凡能催化底物发生基团转移或交换的酶，均称为转移酶（transferases）。根据所转移 的基团种类的不同，常见的转移酶有氨基转移酶、甲基转移酶（transmethylases）、酰基 转移酶（acyltransferase）、激酶（kinase）及磷酸化酶。由转移酶所催化的反应可用通式 表示为： A-R ＋ B A ＋ B-R 上式中，R为被转移的基团。 不少的转移酶是结合蛋白质，被转移的基团首先与辅酶结合，而后再转移给另一受 体。如氨基转移酶的辅酶是磷酸吡哆醛，在转氨过程中，被转移的氨基首先与磷酸吡哆 醛结合生成磷酸吡哆胺，然后磷酸吡哆胺再把此氨基转移到另一物质上。 （三）水解酶类 凡能催化底物发生水解反应的酶，皆称为水解酶（hydrolases）。常见的水解酶有淀 粉酶、麦芽糖酶、蛋白酶、肽酶（peptidase）、脂酶（esterases）及磷酸酯酶等。这类酶 的酶促反应通式表示为： A-B ＋ H2O AH ＋ BOH 胞外水解酶都属简单蛋白酶。水解酶所催化的反应多数是不可逆的。 （四）裂解酶类 凡能催化底物分子中C-C（或C-O、C-N等）化学键断裂，断裂后一分子底物转变为 两分子产物的酶，均称为裂解酶（lyases），此类酶的酶促反应通式为： A-B A ＋ B 这类酶催化的反应多数是可逆的，从左向右进行的反应是裂解反应，由右向左是合成反 应，所以又称为裂合酶。 醛缩酶（aldolases）是糖代谢过程中一个很重要的酶，广泛存在于各种生物细胞内， 是一个较为常见的裂合酶，它催化1,6-二磷酸果糖裂解为磷酸甘油醛与磷酸二羟丙酮，此 外，常见的裂解酶还有脱羧酶（decarboxylases）、异柠檬酸裂解酶（citrate lyase）、脱
水醇(dehydratases)、脱氨酶等。 异构酶类 能催化毯好发生几何学践结构学的同分异构变化 几何学 的变化有分子 epimerase 化还 醇促 反应通式为： AB 异构酶所催化的反应都是可逆的。糖酵解中的异构酶有磷酸葡萄糖变位酶、磷酸丙 糖异构酶及磷酸甘油酸变位酶。 六)合成酶类 裂的一 ,并伴随有ATP分子中的高能磷酸健 或A+B+ATP 此类反应多数不可逆。反应式中的P或PP1分别代表无机磷酸与焦磷酸。反应中必须 有ATP(或GTP等)参与。常见的合成酶如丙酮酸羧化酶( vruvate carbox ylase)、谷氨 酰胺合成酶（glutamine synthetase)、谷胱甘肽合成酶(glutathione synthetase)等。 三、酶的标码 根据国际生化协会酯学委员会的规定，每一个酶都用四个点隔开的数字编号，编号 前冠以EC(醇学委员会缩写），四个数字依次表示该醇应属的大类、亚类、亚亚类及酷 的顺序排号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。据此标码将已知的每一种酶分 门别类地排成一个表，叫酶表。如乙醇脱氢酶的标码是EC11.1.1,表示它属于氧化还原 酶类、第一亚类、第一亚亚类、排号第一（详细内容请参见有关专著）。 第三节影响酶促反应速度的因素 酶促反应动力学 生物体进行的新陈代谢都是在酶的催化下发生的物质代谢和能量代谢，而酶催化的 反应速度是非常重要的。在活细胞中一个合成反应必须以足够快的速度满足细胞对反应 产物的需要。而有毒的代谢产物也必须以足够快的速度进行排除，以免积累到损伤细胞 的水平。若需要的物质不能以足够快的速度提供，而有害的代谢产物不能以足够快的速 必将造成代乱。因此研究酶及应速度 仪可以 明酶反应本身 的性 和开 的新陈代谢，而且还可以在体外寻找最有利的反应条件来最 测定酯保 上一风来用度度低√露雅 力学的理论和方法 对反应速度的影响 108
108 水酶（dehydratases）、脱氨酶等。 （五）异构酶类 异构酶（isomerases）能催化底物分子发生几何学或结构学的同分异构变化。几何学 上的变化有顺反异构、差向异构（表异构）和分子构型的改变；结构学上的变化有分子 内的基团转移（变位）和分子内的氧化还原。常见的异构酶有顺反异构酶（cistransisomerases）、表异构酶（epimerase）、变位酶（mutase）和消旋酶（racemases）。酶促 反应通式为： A B 异构酶所催化的反应都是可逆的。糖酵解中的异构酶有磷酸葡萄糖变位酶、磷酸丙 糖异构酶及磷酸甘油酸变位酶。 （六）合成酶类 合成酶（ligases）是催化两个分子连接在一起，并伴随有ATP分子中的高能磷酸键断 裂的一类酶，又称连接酶。酶促反应通式可表示为： A ＋ B ＋ATP A-B ＋ ADP ＋ Pi 或 A ＋ B ＋ ATP A-B ＋ AMP ＋ PPi 此类反应多数不可逆。反应式中的Pi或PPi分别代表无机磷酸与焦磷酸。反应中必须 有ATP（或GTP等）参与。常见的合成酶如丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）、谷氨 酰胺合成酶（glutamine synthetase）、谷胱甘肽合成酶（glutathione synthetase）等。 三、酶的标码 根据国际生化协会酶学委员会的规定，每一个酶都用四个点隔开的数字编号，编号 前冠以EC（酶学委员会缩写），四个数字依次表示该酶应属的大类、亚类、亚亚类及酶 的顺序排号，这种编码一种酶的四个数字即是酶的标码。据此标码将已知的每一种酶分 门别类地排成一个表，叫酶表。如乙醇脱氢酶的标码是EC1.1.1.1，表示它属于氧化还原 酶类、第一亚类、第一亚亚类、排号第一（详细内容请参见有关专著）。 第三节 影响酶促反应速度的因素 酶促反应动力学 生物体进行的新陈代谢都是在酶的催化下发生的物质代谢和能量代谢，而酶催化的 反应速度是非常重要的。在活细胞中一个合成反应必须以足够快的速度满足细胞对反应 产物的需要。而有毒的代谢产物也必须以足够快的速度进行排除，以免积累到损伤细胞 的水平。若需要的物质不能以足够快的速度提供，而有害的代谢产物不能以足够快的速 度排走，势必将造成代谢紊乱。因此研究酶反应速度不仅可以阐明酶反应本身的性质， 了解生物体内正常的和异常的新陈代谢，而且还可以在体外寻找最有利的反应条件来最 大限度地发挥酶反应的高效性。 生物体内进行的酶促反应，同样地也可用化学动力学的理论和方法进行研究，即在 测定酶促反应速度的基础上，研究底物浓度、酶浓度、温度、pH值、激活剂和抑制剂等 对反应速度的影响
一、酶促反应速度的测定 酶促反应速度，与普通化学反应一样，既可表示为单位时间内底物浓度的减少，又 可表示为单位时间内产物浓度的增加。但在反应开始， 由于生成由间物 略有差异。在实际测定中，考虑到通常底物量足够大，其减少量很少，而产物由无到有 变化较明显，测定起来较灵敏，所以多用产物浓度的增加作为反应速度的量度。酶促反 应的速度与反应进行的时间有关。以产物生成量(P)为纵坐标，以时间()为横坐标作 图，可得到酶反应过程曲线图（见图41）。 P 图41酶反应过程曲线 从图4-1中可以看出，在反应初期 因是随若反应的进行，底物浓度减少，产物浓度增加，加速反应逆向进行：产物浓度增 加会对酶产生反馈抑制：另外酶促反应系统中H值及温度等微环境变化会使部分酶变性 失活。因此，为了准确表示酶活力都要以初速度表示，酶反应的初速度越大，意味着酶 的催化活力越大。 二、底物浓度对酶促反应速度的影响 (一)底物浓度与酶促反应速度的关系 确定底物浓度(S)与酶促反应速度(V)间关系，是酶促反应动力学的核心内容。 在酶浓度、温度、pH不变的情况下，实验测得，酶反应速度与底物浓度的关系，如图4-2 中的曲线所示。 图42中可以看出：当底物的浓度很低时，V与S]呈直线关系(O段) 这时，随 着底物 是国然 时候V值审法 现为 应。V的极限值，称为酶的最大反应速度，以V表 VS]的变化关系，可用中间产物学说进行解释。在底物浓度较低时，只有少数的酶 与底物作用生成中间产物，在这种情况下，增加底物的浓度，就会增加中间产物，从而 增加酶促反应的速度：但是当底物浓度足够大时，所有的酶都与底物结合生成中间产物， 体系中己经没有游离态的酶了，在底物充分过量的条件下，继续增加底物的浓度，对于 109
109 一、酶促反应速度的测定 酶促反应速度，与普通化学反应一样，既可表示为单位时间内底物浓度的减少，又 可表示为单位时间内产物浓度的增加。但在反应开始，由于生成中间产物，二者的大小 略有差异。在实际测定中，考虑到通常底物量足够大，其减少量很少，而产物由无到有， 变化较明显，测定起来较灵敏，所以多用产物浓度的增加作为反应速度的量度。酶促反 应的速度与反应进行的时间有关。以产物生成量（P）为纵坐标，以时间（t）为横坐标作 图，可得到酶反应过程曲线图（见图4-l）。 图4-1 酶反应过程曲线 从图4-1中可以看出，在反应初期，产物增加得比较快，酶促反应的速度（d[P]/dt） 近似为一个常数。随着时间延长，酶促反应的速度便逐渐减弱（即曲线斜率下降）。原 因是随着反应的进行，底物浓度减少，产物浓度增加，加速反应逆向进行；产物浓度增 加会对酶产生反馈抑制；另外酶促反应系统中pH值及温度等微环境变化会使部分酶变性 失活。因此，为了准确表示酶活力都要以初速度表示，酶反应的初速度越大，意味着酶 的催化活力越大。 二、底物浓度对酶促反应速度的影响 （一）底物浓度与酶促反应速度的关系 确定底物浓度（[S]）与酶促反应速度（V）间关系，是酶促反应动力学的核心内容。 在酶浓度、温度、pH不变的情况下，实验测得，酶反应速度与底物浓度的关系，如图4-2 中的曲线所示。 从图4-2中可以看出：当底物的浓度很低时，V与[S]呈直线关系（OA段），这时，随 着底物浓度的增加，反应速度按一定比率加快，为一级反应。当底物的浓度增加到一定 的程度后，虽然酶促反应速度仍随底物浓度的增加而不断地加大，但加大的比率已不是 定值，呈逐渐减弱的趋势（AB段），表现为混合级反应。当底物的浓度增加到足够大的 时候，V值便达到一个极限值，此后，V不再受底物浓度的影响（BC段），表现为零级反 应。V的极限值，称为酶的最大反应速度，以Vmax表示。 V-[S]的变化关系，可用中间产物学说进行解释。在底物浓度较低时，只有少数的酶 与底物作用生成中间产物，在这种情况下，增加底物的浓度，就会增加中间产物，从而 增加酶促反应的速度；但是当底物浓度足够大时，所有的酶都与底物结合生成中间产物， 体系中已经没有游离态的酶了，在底物充分过量的条件下，继续增加底物的浓度，对于
酶促反应的速度，显然已毫无作用。我们把酶的活性中心都被底物分子结合时的底物浓 和 。各种锋表现出这种饱和效应，但不同的鲜严生饱和效应时所需要底物 浓度是不同的。 K表示米氏常爱：方V表示最大反应逸度的一半。 (二)米氏方程 ,推导出了一个表示底物浓度S]与酶 即米 点是假 产物的形成，并假设反应中底物转 参为Mh决于酶底物中间复合物转变成反应产物和醇的速 按中间产物学说，单底物的酶促反应，可表示为 k k E+S ES E十P 在上式中，k1、k、k2分别为反应速度常数。由于酶促反应的速度，取的都是初速， 反应之初，没有或极少产物(P),不足以引起可逆反应，故第二步反应是单向的。 由假设的条件及质量作用定律得知：酵反应速度Vk:ES],那么ES]为多少呢？ 若形成ES的速度为Vn则 Vr =k ([E]-[ES])[S] 一E]为 结合的酶的浓度。ES生成的速度V 度为Vd,则 这是由于ES因生成初反应物k 态时，ES]保持不变，即ES的生成速度与消失速度相等，则 ,)而消失。当反应达到稳态或恒 V=V 即 k1 ([E]-[ES])[S]=k-[ES]+k2[ES] 将上式移项，可以得到 ki[E][S]=(ki[S]+k+k2)[ES] 110
110 酶促反应的速度，显然已毫无作用。我们把酶的活性中心都被底物分子结合时的底物浓 度称饱和浓度。各种酶都表现出这种饱和效应，但不同的酶产生饱和效应时所需要底物 浓度是不同的。 图4-2 底物浓度对酶促反应速度的影响 图中：V表示酶促反应速度；[S]表示底物浓度；Vmax表示最大反应速度； Km表示米氏常数； 1 2 Vmax表示最大反应速度的一半。 （二）米氏方程 Michaelis-Menten于1913年，利用中间产物学说，推导出了一个表示底物浓度[S]与酶 促反应速度V之间定量关系的数学方程式，即米氏方程。 Michaelis-Menten学说的要点是假设有酶-底物中间产物的形成，并假设反应中底物转 变为产物的速度取决于酶-底物中间复合物转变成反应产物和酶的速度。 按中间产物学说，单底物的酶促反应，可表示为： k1 k2 E ＋ S ES E ＋ P k―l 在上式中，k1、k―l、k2分别为反应速度常数。由于酶促反应的速度，取的都是初速， 反应之初，没有或极少产物（P），不足以引起可逆反应，故第二步反应是单向的。 由假设的条件及质量作用定律得知：酶反应速度V=k2[ES]，那么[ES]为多少呢? 若形成ES的速度为Vf，则 Vf = k1（[Et]－[ES]）[S] 式中[Et]表示体系中酶的总浓度，[Et]－[ES]为未结合的酶的浓度。ES生成的速度Vf 与未结合的酶浓度及底物浓度成正比。ES消失的速度为Vd，则 Vd = k―l [ES] + k2 [ES] 这是由于ES因生成初反应物（k-1）或生成产物（k2）而消失。当反应达到稳态或恒 态时，[ES]保持不变，即ES的生成速度与消失速度相等，则 Vf = Vd 即 k l（[Et]－[ES]）[S] = k―l [ES] + k2[ES] 将上式移项，可以得到： k1[Et][S] =（k1[S] + k―l + k2）[ES]