高中生物：各種酶歸納及拓展

高中生物：各種酶歸納及拓展

1高中生物學(xué)學(xué)科體系中的酶

酶是由活細(xì)胞合成、在機(jī)體內(nèi)行使催化功能的生物催化劑。目前已發(fā)現(xiàn)的酶約有萬余種，在

高中生物學(xué)學(xué)科體系中常見的酶及功能概括如表1所示。

表1高中生物學(xué)學(xué)科體系中的葩

博的類型主要功能

淀粉前催化淀粉水解成衣芽鋪

麥芽鋪醴催化麥芽鋪水解成葡萄鋪

脂肪酶催化脂肪水解成脂肪酸和甘油

蛋白的催化蛋白質(zhì)水解成多肽和氨基酸

物質(zhì)代謝

肽解催化多肽鏈水解成氨基酸

中的能

轉(zhuǎn)氨的催化蛋白質(zhì)代謝中氨基的轉(zhuǎn)換

光合作用的參與光合作用的陶系

呼吸氧化解催化呼吸作用進(jìn)行的前

ATP合成IW、ATP水解的催化ATP的合成與分解

解旋酹催化DNA分子兩條單舞中配對(duì)的堿法從乳施處斷裂

DNA聚合酹以DNA為模板催化DNA的合成

遺傳變異R\A聚合前以RNA為模板催化RNA的合成

中的酶

逆轉(zhuǎn)錄酹以RNA為模板催化I^A的合成

RNA豆制的以RNA為模板催化KNA的合成

端粒酶以RNA為模板催化DNA的合成

限制性核酸內(nèi)切的識(shí)別一種特定的DNA序列.并在特定的位點(diǎn)切割，產(chǎn)生特定的黏性末端或平末端

生物工程DNA連接前將兩條DNA黏性末端或平末端之間的縫隙連接起來.催化磷酸酯鍵的形成

中的醉纖維素筋和果膠的催化纖維素和果膠的分解.分解細(xì)胞壁

胰蛋白酶利用胰蛋白海將取自動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的器官和組織分散成單T細(xì)胞

2、酶的化學(xué)本質(zhì)

一般認(rèn)為，自然界絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，僅有少數(shù)為RNA。蛋白類的酶可分為單純酶（其分子

組成全為蛋白質(zhì)）和全酶（含蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)成分，圖1）兩種。

輔瞅與的蛋白結(jié)合松

散的有機(jī)小分子）

全醐-除蛋白+輔因子輔基（與屬蛋白結(jié)合緊

（蛋白質(zhì)成分）（非蛋白質(zhì)成分）密的有機(jī)小分子）

金屬離子（如銅、鋅和

［鎂等金屬的離產(chǎn)）

圖1全酶的組成

核酶是具有催化功能的RNA分子，大多數(shù)核酶具有剪切RNA的功能。經(jīng)過30多年的研究歷程，

科學(xué)家已證實(shí)自然發(fā)生的14種核酶（表2）。在高中生物學(xué)學(xué)科體系中涉及的核酶主要有催化

真核細(xì)胞核mRNA前體剪接的剪接體和催化蛋白質(zhì)生物合成的核糖體。

表2核酷的種類

發(fā)現(xiàn)時(shí)間核酶名稱

Gn?up1,Gn?upII,P,

1980年—1990年liaininrrh㈤<1,Hairpin,HDV.

VS

1991年—2013年GIRI,rilimalRNA,或nS

2014年—2015年Twister.Sislrr.Hatchn.PiM”

3酶作用的機(jī)制

酶的作用機(jī)制是通過降低生化反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速率。目前該機(jī)制一般用中間產(chǎn)物學(xué)

說來解釋，其核心是酶在催化過程中首先與底物結(jié)合形成酶-底物中間復(fù)合物，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

后再分解成酶和產(chǎn)物，酶在反應(yīng)前后數(shù)量和性質(zhì)均不變。

4酶的作用特點(diǎn)

酶的作用具有高效性，與無機(jī)催化劑的反應(yīng)相比，酶促反應(yīng)的速率一般要高倍，甚至

更高（表3）。酶的作用具有專一性，酶對(duì)底物的選擇具有嚴(yán)格的專一性，即一種酶只能作

用于一種或一類底物，使其發(fā)生特定類型的化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生特定的產(chǎn)物。酶的催化活性依

賴其空間結(jié)構(gòu)的完整，一旦變性則會(huì)失去催化能力。高溫、高壓、極端pH和重金屬鹽等都容

易使酶失去催化活性。故酶促反應(yīng)要求在比較溫和的條件下進(jìn)行，如常溫、常壓等。

表3相對(duì)反應(yīng)速率與相對(duì)活化能之間的關(guān)系

反應(yīng)條件相對(duì)活化能相對(duì)反應(yīng)速率

無催化劑1800010'7

Fe催化劑1200046

過氧化氫醉2000106

核酶在發(fā)揮作用時(shí)與上述起催化作用的蛋白質(zhì)具有相似的特征，也有專一性，高效性和對(duì)溫

度、pH敏感等。

5關(guān)于酶專一性的假說

酶作用的專一性源于酶在催化時(shí)存在活性中心與底物結(jié)合的過程。酶的活性中心又稱活性部

位，是指酶分子中能直接同底物結(jié)合并起催化反應(yīng)的空間部位（圖2）。

結(jié)合基團(tuán)（負(fù)責(zé)與底物結(jié)合.

決定IW的專一性）

酹的活性中心

（活性部位）

催化基團(tuán)（參與催化,決定的

的催化能力）

圖2酶的活性中心

5.1“鎖鑰”學(xué)說

人教版高中生物學(xué)教材必修1“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)課后習(xí)題中展示了酶作用專

一性的“鎖鑰”學(xué)說。其主要觀點(diǎn)是底物的結(jié)構(gòu)（形狀、大小、電荷的分布等）必須與酶活

性中心的構(gòu)象非常吻合才能結(jié)合該學(xué)說很好地解釋了酶和底物的結(jié)合，但仍有不足，例如

不能解釋有些酶既能催化產(chǎn)物生成，又能與產(chǎn)物結(jié)合并催化逆反應(yīng)。該學(xué)說實(shí)際早已被淘汰。

誘9契合

該學(xué)說的主要觀點(diǎn)是：在未同底物結(jié)合時(shí)，酶活性中心的構(gòu)象并不適宜與底物結(jié)合，但同底

物結(jié)合時(shí)，酶活性中心因受底物的誘導(dǎo)即改變其構(gòu)象與底物契合，進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)酶從ES復(fù)合

物解離出來后，即恢復(fù)原有的構(gòu)象?！罢T導(dǎo)契合”學(xué)說很好地解釋了酶作用的專一性，同時(shí)闡

明酶的催化機(jī)制，因而該學(xué)說已得到廣泛認(rèn)可。

高中生物常見酶的功能與分類

-01-

主要酶的功能概述

1.DNA聚合酶：

在DNA復(fù)制中起作用，是以一條單鏈DNA為模板，將單個(gè)脫氧核苔酸通過磷酸二酯鍵形成一

條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈，形成鏈與母鏈構(gòu)成一個(gè)DNA分子。

2.解旋酶：

作用于氫鍵，是一類解開氫鍵的酶，由水解ATP來供給能量它們常常依賴于單鏈的存在，并

能識(shí)別復(fù)制叉的單鏈結(jié)構(gòu)。

在細(xì)菌中類似的解旋酶很多，都具有ATP酶的活性。大部分的移動(dòng)方向是5'T3',但也有

3'T5'移到的情況，如n'蛋白在。X174以正鏈為模板合成復(fù)制形的過程中，就是按3'

T5'移動(dòng)。在DNA復(fù)制中起作用。

3.DNA連接酶：

其功能是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。

如果將經(jīng)過同一種內(nèi)切酶剪切而成的兩段DNA比喻為斷成兩截的梯子，那么，DNA連接酶可

以把梯子的“扶手”的斷口處（注意：不是連接堿基對(duì)，堿基對(duì)可以依靠氫鍵連接），即兩條

DNA黏性末端之間的縫隙“縫合”起來。

據(jù)此，可在基因工程中用以連接目的基因和運(yùn)載體。

與DNA聚合酶的不同在于：不在單個(gè)脫氧核昔酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，而是將DNA

雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來，因此DNA連接酶不需要模板。

4.RNA聚合酶：

又稱RNA復(fù)制酶、RNA合成酶，作用是以完整的雙鏈DNA為模板，邊解放邊轉(zhuǎn)錄形成mRNA,

轉(zhuǎn)錄后DNA仍然保持雙鏈結(jié)構(gòu)

對(duì)真核生物而言，RNA聚合酶包括三種：RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄rRNA,RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄mRNA,

RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄tRNA和其她小分子RNAo

在RNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中起作用。

5.反轉(zhuǎn)錄酶：

為RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶，催化以RNA為模板、以脫氧核糖核普酸為原料合成DNA的過程

具有三種酶活性，即RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶。

在分子生物學(xué)技術(shù)中，作為重要的工具酶被廣泛用于建立基因文庫、獲得目的基因等工作。

在基因工程中起作用。

6.限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱限制酶）：

限制酶主要存在于微生物（細(xì)菌、霉菌等）中。

一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核昔酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。是特異

性地切斷DNA鏈中磷酸二酯鍵的核酸酶（“分子手術(shù)刀”）。發(fā)現(xiàn)于原核生物體內(nèi)，現(xiàn)已分離

出100多種，幾乎所有的原核生物都含有這種酶。是重組DNA技術(shù)和基因診斷中重要的一類

工具酶。

例如，從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的一種限制酶只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切

開。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了200多種限制酶，它們的切點(diǎn)各不相同。蘇云金芽抱桿菌中的抗蟲基因，

就能被某種限制酶切割下來。在基因工程中起作用。

7.纖維素酶和果膠酶：

植物細(xì)胞工程中植物體細(xì)胞雜交時(shí)，需事先用纖維素酶和果膠酶分解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，從

而獲得有活力的原生質(zhì)體，然后誘導(dǎo)不同植物的原生質(zhì)體融合。

8.胰蛋白酶：

在動(dòng)物細(xì)胞工程的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中，需要用胰蛋白酶將取自動(dòng)物胚胎或幼齡動(dòng)物的器官和組

織分散成單個(gè)的細(xì)胞，然后配制成細(xì)胞懸浮液進(jìn)行培養(yǎng)?；蛴糜诩?xì)胞傳代培養(yǎng)時(shí)將細(xì)胞從瓶

壁上消化下來。

9.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腸腺分泌的腸淀粉酶，可催化淀粉

水解成麥芽糖。

10.麥芽糖酶：

主要有胰腺分泌的胰麥芽糖酶和腸腺分泌的腸麥芽糖酶，可催化麥芽糖水解成葡萄糖。

11.脂肪酶：

主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和腸腺分泌的腸脂肪酶，可催化脂肪分解為脂肪酸和甘油。肝臟

分泌的膽汁乳化脂肪形成脂肪微粒后，有利于脂肪分解。

12.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，可催化蛋白質(zhì)水解成多肽鏈。作用結(jié)果

是破壞肽鍵和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。

13.肽酶：

由腸腺分泌，可催化多肽鏈水解成氨基酸。

14.轉(zhuǎn)氨酶：

催化蛋白質(zhì)代謝過程中氨基轉(zhuǎn)換過程。

如人體的谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT),能夠把谷氨酸上的氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸，從而形成丙氨酸和a一酮

戊二酸。

由于谷丙轉(zhuǎn)氨酶在肝臟中的含量最多，當(dāng)肝臟病變時(shí)谷丙轉(zhuǎn)氨酶就大量釋放到血液，因此臨

床上常把化驗(yàn)人體血液中這種酶的含量作為診斷是否患肝炎等疾病的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

C

8a

e-7+

p<?/Substrate/Enzyme

Solvationshell

DesolatedEScomplex

15.光合作用酶：

是指與光合作用有關(guān)的一系列酶，主要存在于葉綠體中。

16.呼吸氧化酶：

與細(xì)胞呼吸有關(guān)的一系列酶，主要存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中。

17.ATP合成酶：

指催化ADP和磷酸，利用能量形成ATP的酶。

18.ATP水解酶：

指催化ATP水解形成ADP和磷酸，釋放能量的酶。

19.組成酶：

指微生物細(xì)胞中一直存在的酶。它們的合成只受遺傳物質(zhì)的控制，如大腸桿菌細(xì)胞中分解葡

萄糖的酶。

20.誘導(dǎo)酶：

指環(huán)境中存在某種物質(zhì)的情況下才合成的酶，如大腸桿菌細(xì)胞中分解乳糖的酶。

-02-

酶的分類

分類（依據(jù)功能）主要的酶

與DNA復(fù)制有關(guān)的酶解旋酶、DNA聚合酶

與DNA轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶解旋酶、RNA聚合酶

與蛋白質(zhì)翻譯有關(guān)