酶化学基础知识(一) yd12809
上海纺织科学研究院
邵行洲(退休)
全国染整新技术应用推广协作网 秘书处
原载：全国染整新技术应用推广协作网简讯，
我国印染行业2000年的年产量为159亿米(规模以上企业统计数),至2009年的年产量为492亿米。随工业生产规模的迅速扩大,环境保护的问题也就凸显了。纺织工业是人民日常生活不可缺少的民生工业之一。众所周知：纺织品的印染是湿式化学加工过程,其排放的污水：前处理部分废水主要含浆料、纤维素共生物、表面活性剂和碱等,其平均COD约为3000-3500mg/L；染色和印花部分废水主要含染料和表面活性剂等,其平均COD约为10O0-1500
mg/L；后整理部分废水主要含表面活性剂和功能性助剂或萤光增白剂等,其平均COD约为1000mg/L。以致印染行业成为资源消耗大,污染排放量大,其污染物排放量约占纺织工业总排放量的8O%,因而受到各方面的关注。据国家环保总局2004年统计,印染废水排放总量为全国工业部分排放总量的第5位,而废水中污染物排放总量(以COD值计)则处于各工业部门的第6位。又据2007年全国第一次污染源系数调查表明：印染废水年排量总量达23-30亿吨,是我国工业系统中重点污染源之一。
国家发改会于
在印染行业开展的节能减排项目中,生物技术的应用是倍受人们关注的课题之一。尤其在前处理中已取得节能减排的成果,如酶精练与传统碱精练比加工成本约降5O%,而COD、BOD及TDS指标仅为20-45%。除酶退浆精练外,在脱氧、皂洗、抛光以及丝麻的脱胶和羊毛的脱鳞等方面都有良好的发展前景。酶在印染加工中的催化作用与化学催化剂有完全不同的特征。为了更好认识这种生物催化剂,使染整技术人员从“不知其然”走向“知其然”，则生物技术能在染整加工中的应用也许能发挥更大的作用吧!基于这种期望,兹将其组成、结构和作用机理等基础方面资料的读书札记整理成文,供同仁们参考,并请指正。
一、酶及其催化反应
(一)酶是什么
酶(Enzyme)是活体细胞内产生的具有高度专一性和高效催化效率的蛋白质(核酶除外),又称为生物催化剂（Biocatalyst)。目前已经发现的酶大约有200O-3000种，广泛存在于动植物和微生物体内各种细胞中。可以用动植物和微生物体内提取或微生物培养发酵等方法制备各种酶制剂。
酶可以在十分温和的条件下,高效和专一地参与自然界新陈代谢、细胞生长和复制等生命过程中几乎所有化学反应,是所有生物体的生命基础。
(二)酶的组成
按酶分子组成,可分为:(l)单纯酶（simple enzyme）-全部由蛋白质部分组成的酶,如淀粉酶、胃蛋白酶等。(2)结合酶(conjugated cnzyme)-由蛋白质部分-酶蛋白(apo-enzyme)和非蛋白质分子——辅助因子(cofactor)组成的酶。
辅助因子可以是金属离子也可以是小分子有机化合物。金属离子是最常见的辅助因子,如K+、Ca2+、Cu2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+等。大约有2/3的酶含有金属离子。其中与金属辅助因子牢固结合、在提取时不会分离的酶称佥属酶（metalloenzyme）；与金属离子结合不紧密、在提取时佥属离子会丢失的酶称为佥属激活酶(metal-activated
enzyme)。
在酶催化反应(或称酶促反应)中,金属辅助因子可能有下列功能；作为酶活性部位的催化基团、参与催化反应；传递电子；酶和底物接触的桥梁；中和阴离子、降低反应时的静电斥力；稳定酶的构象等。
与酶结合的小分子有机物称为辅基(prosthetic group)；在催化反应后能从酶的活性部位再释放的小分子有机物称为辅酶(coenzyme),辅酶和辅基的区别如图一所示:
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图1 |
小分子有机化合物的作用是在反应中传递质子、电子或化学基团。酶蛋白决定反应的特异性,辅助因子决定反应的种类和性质。
酶蛋白和辅助因子结合形成的复合物的酶称为全酶(holoenzyme),只有全酶才有催化作用。
(三)酶的命名和国际分类编号
(l)惯用名称、系统命名和推荐名称
早期,酶的名称多数是由酶发现者根据酶所催化的底物、反应的类型或酶的来源命名一习惯名称。如催化淀粉水解的称为淀粉酶；催化底物分子水解的称水解酶；按酶来源的如胃蛋白酶…。缺乏系统的规则,不能说明酶促反应的本质,常会出现混乱。1961年国际生物化学和分子生物学
学会（IUBMB）根据酶的分类为依据,提出系统命名法,规定每一个酶有一个系统名称(systematic name),它标明酶的所有底物和反应性质。各底物名称之间用“:”分开。如草酸氧化酶,因为有草酸和氧两个底物,应用:隔开,又因是氧化反应,所以其系统命名为:草酸:氧氧化酶；如有水作为底物,则水可以不写。有时底物名称太长,为了使用方便,国际酶学学会从每种酶的习惯名称中,选定一个简便和实用的作为推荐名称（recommended name)。可从手册和数据库中检索。
(2)酶的国际系统分类编号(EC number)
国际系统分类法按酶促反应类型,将酶分成六个大类:
1、氧化还原酶类(oxidoreductases) 催化底物进行氧化还原反应的酶类。包括电子或氢的转移以及分子氧参加的反应。常见的有脱氢酶、氧化酶、还原酶和过氧化物酶等。
2、转移酶类(transferases) 催化底物进行某些基团转移或交换的酶类,如甲基转移酶、氨基转移酶、转硫酶等。
3、水解酶类(hydrolases)催化底物进行水解反应的酶类。如淀粉酶、粮糖苷酶、蛋白酶等。
4、裂解酶类(lyases)或裂合酶类(synthases)
催化底物通过非水解途径移去一个基团形成双键或其逆反应的酶类,如脱水酶、脱羧酸酶、醛缩酶等。如果催化底物进行逆反应,使其中一底物失去双键,两底物间形成新的化学键,此时为裂合酶类。
5、异构酶类(isomerases)催化各种同分异构体、几何异构体或光学异构体间相互转换的酶类。如异构酶、消旋酶等。
6、连接酶类（ligases）或合成酶类(synthetases)催化两分子底物连接成一个分子化合物的酶类。
上述六大类酶用EC(enzyme commission)加
EC3——Hydrolases 水解酶类
EC3.2——Glycosylases 转葡糖基酶亚类
EC3.2.l——Glycosidases 糖苷酶亚亚类i.e.enzymes hydmlyzing O-and S-glycosyl
compound即能水解O-和S-糖基化合物
EC
值得注意的是,即使是同一名称和EC编号,但来自不同的物种或不同的组织和细胞的同一种酸,如来自动物胰脏、麦芽等和枯草杆菌BF7658的α-淀粉酶等,它们的一级结构或反应机制可解不同,它们虽然都能催化淀扮的水解反应,但有不同的活力和最适合反应条件。
可以按照酶在国际分类编号或其推荐名,从酶手册(Enzyme
Handbook)、酶数据库中检索到该酶的结构、特性、活力测定和Km值等有用信息。著名的手册和数据库有:
手册:
1、Schomburg,M.Salzmann and D.Stephan:Enzyme Handbook 10
Volumes
2、美国Worthington
Biochemical Corporation:Enzyme Manual
(http://www.worthington-biochem.com/index/manual.htm/)
数据库:
l、德国BRENDA：Enzyme Database(http://www.brenda
wnzymes.org)
2、Swissprot:EXPASYENZYME Enzyme
nomenclature database (http://www.expasy.org/enzyme/)
3、IntEnz:Integrated relational Enzyme
database (http://www.ebi.ac.uk/mtenz)