酶催化劑enzyme
組成和活性 人類自從創(chuàng)造釀酒、制飴、做醬等工藝時起，即對生物催化作用有了初步認(rèn)識。1897年德國E.布赫納在對發(fā)酵過程進(jìn)行的研究中，發(fā)現(xiàn)酵母的無細(xì)胞抽提液(即萃取液)也能引起發(fā)酵，這就為酶的分離純化與研究提供了可能。1926年脲酶首次被結(jié)晶出來，并證明為蛋白質(zhì)；以后又用各種方法制備和研究了上百種酶，證實(shí)了酶都是蛋白質(zhì)；都是由氨基酸按一定順序結(jié)合構(gòu)成的大分子；在生理環(huán)境中，酶分子中的原子分別處于一定的空間位置上，形成特定的構(gòu)象。在使小分子（如氮、氧、二氧化碳等）轉(zhuǎn)化的酶催化反應(yīng)中，酶的結(jié)構(gòu)中通常含有金屬中心。例如過氧化氫分解酶含鐵；遞送磷的酶含鎂；能分解二氧化碳的酶含鉻。酶中的金屬元素之間形成一個較小區(qū)域的活性構(gòu)造，固定在一個龐大的蛋白質(zhì)分子上，分子量可高達(dá)數(shù)百萬，如固氮酶中含有的鐵鉬蛋白，分子量約27～30萬，每個分子系由一個鉬原子、20個鐵原子、20個半胱氨酸分子及15個不穩(wěn)定的硫原子所組成。有相當(dāng)數(shù)量的酶是以復(fù)合蛋白質(zhì)的形式存在的，即除去蛋白質(zhì)成分外，還含有其他的輔因子，如金屬離子、某些維生素及其衍生物等小分子物質(zhì)，這些輔因子是酶表現(xiàn)活性所必需的。與蛋白質(zhì)部分結(jié)合較緊的稱輔基，結(jié)合較松的稱輔酶。前者如過氧化氫酶中的鐵卟啉；后者如一些脫氫酶中的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。通常把含有輔因子的復(fù)合蛋白質(zhì)稱全酶，除去輔因子的稱酶蛋白。酶蛋白與許多蛋白不同之處為酶蛋白都具有一個與催化有關(guān)的特定區(qū)域，其中包括與催化過程有關(guān)的催化基團(tuán)，以及與底物結(jié)合有關(guān)的結(jié)合基團(tuán)。高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿能破壞酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)而使其失去活性。酶的催化能力稱為酶的活力。1961年國際生物化學(xué)聯(lián)合會酶學(xué)委員會規(guī)定：在一分鐘內(nèi)催化一微摩爾底物發(fā)生反應(yīng)所需的酶量為一個酶單位，以 U表示。而以每毫克蛋白質(zhì)所含的酶單位數(shù)稱為比活力。1972年，國際純粹化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)與國際生物化學(xué)聯(lián)合會建議采用“酶活力”來代替“酶單位”，即每秒鐘轉(zhuǎn)化一摩爾底物所需的酶活力為一個 Katal，簡稱Kat。1Kat=6×107U。影響酶活力的因素很多，如溫度、pH值、反應(yīng)物系的濃度及有關(guān)抑制劑等（見酶動力學(xué)）。
分類和命名 已知的酶約3000種，可分為六大類，每類又可分為若干亞類（見表）。酶的命名通式為“××底物＋××反應(yīng)類型酶”，如使葡萄糖氧化成葡萄糖酸的酶稱葡萄糖氧化酶。國際生物化學(xué)聯(lián)合會酶學(xué)委員會對每一種酶均用四個數(shù)字（標(biāo)碼）標(biāo)記，并冠以EC。EC表示酶學(xué)委員會系統(tǒng)，前面三個數(shù)字依次表示所屬的大類、亞類、亞亞類，第四個數(shù)字表示亞亞類中的序號。例如：乳酸脫氫酶稱為L-乳酸-NAD+氧化還原酶，其編號為(EC1.1.1.27)。第一個“1”表示氧化還原酶類；第二個“1”表示底物供體基團(tuán)是匓CH-OH基;第三個“1”表示受體底物是NAD+或NADP+;第四個數(shù)“27”表示在以NAD+或NADP+為受體的這一小組酶中的流水序號。
酶通常是在游離狀態(tài)下以稀溶液的形式與底物進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)完成后難以將酶回收，或在回收過程中活力下降，只宜在釜式反應(yīng)器中使用，分批作業(yè)。另一種酶制劑是將酶與某些不溶性大分子載體結(jié)合，形成固定化酶，其優(yōu)點(diǎn)是易于從反應(yīng)混合物中分離，重復(fù)使用，可以構(gòu)成連續(xù)作業(yè)，可以在連續(xù)流動的攪拌反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器中使用。固定化后?？商岣呙傅姆€(wěn)定性，有些場合還可提高活力。
應(yīng)用 古代人類憑著經(jīng)驗(yàn)利用酶制造食物，現(xiàn)代把酶催化劑更廣泛地用于生產(chǎn)，許多新的工業(yè)生物反應(yīng)過程相繼問世。食品工業(yè)廣泛利用各種酶制造糖、酒、醬、醋等食品，紡織工業(yè)利用淀粉酶脫漿，毛紡業(yè)利用脂肪酶脫脂，皮革業(yè)利用角蛋白酶脫毛，制絲業(yè)及照相器材業(yè)利用蛋白酶使生絲及底片脫膠。農(nóng)業(yè)用霉菌淀粉酶、纖維素酶作飼料加工，用果膠酶漚麻或精制麻。在醫(yī)藥、輕工方面，酶催化劑被利用生產(chǎn)氨基酸、半合成抗生素等。酶也直接被制成多種藥物，如助消化藥（酸性蛋白酶）、消炎藥（溶菌酶）、抑制腫瘤藥(天冬酰胺酶)以及用固定化酶制造人工臟器等。在酶法分析中，酶是一種生化試劑，也可制成測定某些底物濃度的酶電極。在利用資源和開發(fā)能源方面，生物催化劑有極為廣闊的前景。生物含能體的催化轉(zhuǎn)化是當(dāng)前催化科學(xué)技術(shù)中的重要研究領(lǐng)域。
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