(1)氧化还原酶类
氧化还原酶类催化氧化还原反应。常见的氧化还原酶有酚酶、脂肪氧合酶和过氧化物酶等。其中,酚酶可以氧化酚类和醇类化合物,生成醌或酮,脂肪氧合酶可以使不饱和脂肪产生过敏化物的臭味;过氧化物酶则可以催化分解过氧化氢和其他有机过氧化物。
(2)转换酶类
转换酶类主要催化功能基团的转移反应。例如在蛋白质代谢过程中,具有重要作用的转氨酶,就是一种氨基转换酶类。
(3)水解酶类
水解酶类主要催化水解反应。重要的水解酶有淀粉酶、脂酶、蛋白酶和核酸酶等。其中,淀粉酶可以使淀粉水解,变成糊精、麦芽糖和葡萄糖;脂酶可以使脂肪水解,产生甘油二酯、甘油一酯、甘油以及脂肪酸;蛋白酶可以使蛋白质发生水解,主要生成肽类以及氨基酸;核酸酶则可以使核苷酸消化水解为核苷酸、核苷和碱基。
(4)裂合酶类
裂合酶类又称为脱加酶类,它主要催化从底物上移去一个基团而留下双键的反应或其逆反应。重要的裂合酶有醛缩酶、水化酶及脱羧酶等。其中,醛缩酶可以使二磷酸酮糖转变为磷酸酮糖和磷酸醛糖;水化酶可以使延胡素酸加合水,转变成苹果酸;脱羧酶可以使丙酮酸脱羧,形成乙醛。
(5)异构酶类
异构酶类主要催化各种同分异构体的相互转变。例如6-磷酸葡萄糖异构酶,可以使葡萄糖-6-磷酸与果糖-6-磷酸发生互变。
(6)合成酶类
合成酶类又称为连接酶类,它主要催化一切必须与三磷酸腺苷分解相偶联,并且由两种物质合成—种物质的反应。例如谷氨酰胺合成酶,在三磷酸腺苷的参与下,可以将游离氨和谷氨酸转变为谷氨酰胺。
酶的合成与分解
酶的化学本质是蛋白质,所以其合成的过程与蛋白质的合成类似。在细胞内,酶的合成还与营养素和代谢产物的关系密切。一定的营养素的摄入,可以促进相应酶的合成,而其代谢之后的生成产物则抑制酶的合成。另外,激素通过对代谢过程的效应也对酶的合成具有很大的影响。只能这样大概地按照分类学上讲一下,真正要具体有多少中酶,那就不是数量上能衡量的了
(1)氧化还原酶类分氧化酶和脱氢酶两种。在体内参与产能、解毒和某些生理活性物质的合成。
(2)转移酶类。参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢与合成。
(3)水解酶类。这类酶催化水解反应,使有机大分子水解成简单的小分子化合物。例如,脂肪酶催化脂肪水解成甘油和脂肪酸,是人类应用最广的酶类。
(4)裂合酶类。这类酶能使复杂的化合物分解成好几种化合物。
(5)异构酶类。它专门催化同分异构化合物之间的转化,使分子内部的基因重新排列。例如,葡萄糖和果糖就是同分异构体,在葡萄糖异构酶的催化下,葡萄糖和果糖之间就能互相转化。
(6)合成酶类。这类酶使两种或两种以上的生命物质化合而成新的物质。
许多酶构成一个有规律的酶系统,它们控制和调节复杂的生命的代谢活动。早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。20世纪70年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和医药用品,及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因工程、细胞工程和微生物工程融为一体,形成一个具有很大经济效益的新型工业门类。
一、酶的分类与DNA复制有关的酶
解旋酶、DNA聚合酶
与DNA转录有关的酶
解旋酶、RNA聚合酶
与蛋白质翻译有关的酶
蛋白质合成酶
与逆转录有关的酶
反转录酶、DNA聚合酶
与基因工程有关的酶
限制性核酸内切酶、DNA连接酶
植物细胞工程有关的酶
纤维素酶、果胶酶
动物细胞工程有关的酶
胰蛋白酶
物质代谢酶
消化酶(存在于消化管内):淀粉酶(唾液、胰液)、麦芽糖酶(胰液、小肠液)、脂肪酶(胰液)、蛋白酶(胃液、胰液)、肽酶(肠液)
水解酶类:脂肪酶、蛋白酶、肽酶、转氨酶
呼吸酶(有氧及无氧呼吸酶)
光合作用酶
ATP合成酶及ATP水解酶
微生物代谢酶类
组成酶类:只受遗传物质控制
诱导酶类:受遗传物质控制的同时,还受环境的影响
二、主要酶的功能概述
1.解旋酶:作用于氢键,是一类解开氢键的酶,由水解ATP来供给能量它们常常依赖于单链的存在,并能识别复制叉的单链结构。在细菌中类似的解旋酶很多,都具有ATP酶的活性。大部分的移动方向是5′→3′,但也有3′→5′移到的情况,如n′蛋白在φχ174以正链为模板合成复制形的过程中,就是按3′→5′移动。在DNA复制中起作用。
2.DNA聚合酶:在DNA复制中起作用,是以一条单链DNA为模板,将单个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链,形成链与母链构成一个DNA分子。
3.DNA连接酶:其功能是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。如果将经过同一种内切酶剪切而成的两段DNA比喻为断成两截的梯子,那么,DNA连接酶可以把梯子的“扶手”的断口处(注意:不是连接碱基对,碱基对可以依靠氢键连接),即两条DNA黏性末端之间的缝隙“缝合”起来。据此,可在基因工程中用以连接目的基因和运载体。
与DNA聚合酶的不同在于:不在单个脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键,而是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来,因此DNA连接酶不需要模板
4.RNA聚合酶:又称RNA复制酶、RNA合成酶,作用是以完整的双链DNA为模板,边解放边转录形成mRNA,转录后DNA仍然保持双链结构。对真核生物而言,RNA聚合酶包括三种:RNA聚合酶I转录rRNA,RNA聚合酶Ⅱ转录mRNA,RNA聚合酶Ⅲ转录tRNA和其她小分子RNA。在RNA复制和转录中起作用。
5.反转录酶:为RNA指导的DNA聚合酶,催化以RNA为模板、以脱氧核糖核苷酸为原料合成DNA的过程。具有三种酶活性,即RNA指导的DNA聚合酶,RNA酶,DNA指导的DNA聚合酶。在分子生物学技术中,作为重要的工具酶被广泛用于建立基因文库、获得目的基因等工作。在基因工程中起作用。
6.限制性核酸内切酶(简称限制酶):限制酶主要存在于微生物(细菌、霉菌等)中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。是特异性地切断DNA链中磷酸二酯键的核酸酶(“分子手术刀”)。发现于原核生物体内,现已分离出100多种,几乎所有的原核生物都含有这种酶。是重组DNA技术和基因诊断中重要的一类工具酶。例如,从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAATTC序列,并在G和A之间将这段序列切开。目前已经发现了200多种限制酶,它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因,就能被某种限制酶切割下来。在基因工程中起作用。
7.纤维素酶和果胶酶:植物细胞工程中植物体细胞杂交时,需事先用纤维素酶和果胶酶分解植物细胞的细胞壁,从而获得有活力的原生质体,然后诱导不同植物的原生质体融合。
8.胰蛋白酶:在动物细胞工程的动物细胞培养中,需要用胰蛋白酶将取自动物胚胎或幼龄动物的器官和组织分散成单个的细胞,然后配制成细胞悬浮液进行培养。或用于细胞传代培养时将细胞从瓶壁上消化下来。
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肠腺分泌的肠淀粉酶,可催化淀粉水解成麦芽糖。
10.麦芽糖酶:主要有胰腺分泌的胰麦芽糖酶和肠腺分泌的肠麦芽糖酶,可催化麦芽糖水解成葡萄糖。
11.脂肪酶:主要有胰腺分泌的胰脂肪酶和肠腺分泌的肠脂肪酶,可催化脂肪分解为脂肪酸和甘油。肝脏分泌的胆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,可催化蛋白质水解成多肽链。作用结果是破坏肽键和蛋白质的空间结构。
13.肽酶:由肠腺分泌,可催化多肽链水解成氨基酸。
14.转氨酶:催化蛋白质代谢过程中氨基转换过程。如人体的谷丙转氨酶(GPT),能够把谷氨酸上的氨基转移给丙酮酸,从而形成丙氨酸和a—酮戊二酸。
由于谷丙转氨酶在肝脏中的含量最多,当肝脏病变时谷丙转氨酶就大量释放到血液,因此临床上常把化验人体血液中这种酶的含量作为诊断是否患肝炎等疾病的一项重要指标。
15.光合作用酶:是指与光合作用有关的一系列酶,主要存在于叶绿体中。
16.呼吸氧化酶:与细胞呼吸有关的一系列酶,主要存在于细胞质基质和线粒体中。
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,释放能量的酶。
19.组成酶:指微生物细胞中一直存在的酶。它们的合成只受遗传物质的控制,如大肠杆菌细胞中分解葡萄糖的酶。
20.诱导酶:指环境中存在某种物质的情况下才合成的酶,如大肠杆菌细胞中分解乳糖的酶。
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