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酶的质量标准研究指导原则
陈钢(上海市食品药品检验所)
酶是由生物细胞产生的,受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。本指导原
则主要是对蛋白质多肽类酶的质量标准研究进行讨论。
一、酶通论
人们对酶的认识主要是从酒的发酵(葡萄糖-→乙醇+CO)开始。1857年微生物学家
2
Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果,但Büchner发现不含细胞的酵母提取液
也能使糖发酵。1878年Kühne提出了Enzyme(酶)这个名称,这个字来自希腊文,意思是
“在酵母中”。1913年Michaelis和Menten提出酶促动力学原理--米氏学说。1926年
Sumner第一次从刀豆中提取出了脲酶结晶。证明其具有蛋白质性质。上世纪80年代初Cech
和Altman分别发现了具有催化功能的RNA——核酶(ribozyme),这一发现打破了酶是蛋白
质的传统观念,开辟了酶学研究的新领域。到目前为止,已鉴定出4000多种酶,数百种酶
已得到结晶,而且每年都有新酶发现。
酶作为生物催化剂具有显著地改变化学反应速率,使之加快达到平衡,但不能改变反应
的平衡常数。酶比一般催化剂能更显著地降低活化能,催化效率更高(见下图)。
图1.催化过程与非催化过程自由能的变化
1、酶的化学本质和化学组成酶的化学本质除具有催化活性的RNA外几乎都是蛋白质,
这主要是:(1)酶经酸碱水解后的终产物是氨基酸;(2)酶是具有空间结构的生物大分子,
凡使蛋白质变性的因素都可使酶变性失活;(3)酶是两性电解质,在不同pH下呈现不同的
离子状态,在电场中向某一电极泳动,各自具有特定的等电点;(4)酶和蛋白质一样,具有
不能通过半透膜等胶体性质;(5)酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。另外,酶的催化活
性依赖于它们天然蛋白质构象的完整性,假若一种酶被变性或解离成亚基就会失活。
从化学组成来看酶可分为简单蛋白质和结合蛋白质两类。简单蛋白质的酶类的活性仅决
定于其蛋白质结构,该类酶不含其它物质。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶及核糖核酸酶
等。结合蛋白质的酶类,除了蛋白质外,还要结合一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金
属离子才能表现出酶的活性,前者称为酶蛋白(决定酶反应的专一性),后者称为辅助因子
(对电子或化学基团起传递作用),两者结合称为全酶。根据结合的程度,可将辅助因子分
成辅酶和辅基。通常辅酶是指与酶蛋白结合比较松弛的小分子有机化合物,通过透析方法可
以除去,如辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ等。辅基是以共价键与酶蛋白结合,不能通过透析除去,需要经
过一定的化学处理才能与蛋白质分开,如细胞色素氧化酶中的铁卟啉。另外,根据酶蛋白分
子的特点又可将酶分成单体酶(由一条肽链组成)、寡聚酶(由两个或两个以上亚基组成)
和多酶复合体(由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成)。
2、酶的命名和分类1961年国际生物化学学会酶学委员会推荐了一套新的系统命名方
案及分类方法,已被国际生物化学学会接受。规定每一种酶应有一个系统名称和一个习惯名
称。
(1)习惯命名法1961年以前使用的酶的名称都是习惯沿用的,称为习惯名。主要依
据两个原则,其一是根据酶作用的底物命名,如催化水解淀粉的酶叫淀粉酶。有时还加上来
源以区别不同来源的同一类酶,如胃蛋白酶,胰蛋白酶。其二是根据酶催化反应的性质及类
型命名,如水解酶、转移酶、氧化酶等。有的酶结合上述两个原则来命名,如琥珀酸脱氢酶。
(2)国际系统命名法其原则是以酶所催化的整体反应为基础的,规定每种酶的名称
应当明确标明酶的底物及催化反应的性质。如果一种酶催化两个底物起反应,应在它们的系
统名称中包括两种底物的名称,并以“:”号将它们隔开。若底物之一是水,可将水略去不
写,举例见下表。
表1.酶国际系统命名法举例
习惯名称系统名称催化反应
++
乙醇脱氢
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