酵素(1, 2)

酵素種類非常多，每一種都能催化所賦與的專一性反應，不相關酵素不易干擾；不過，可能會有酵素間的協同或抑制作用。

c. 酵素的催化反應是可調節的，反應可受許多因子 ... 　 　 　 生物化學基礎BiochemistryBasics2008 酵素Enzyme(1,2) 細胞與分子 -胺基酸 -蛋白質 -核酸 酵素 -生物技術 回首頁 ■ 講義下載 　 　 　 　 1  酵素的命名 2  酵素的構成 3  酵素動力學 4  酵素的抑制 5  酵素催化機制 6  酵素活性調節 7  細胞代謝調控 8  生物技術應用 酵素概論 1  酵素的命名 2  酵素的構成  2.1  全脢 2.2  輔脢 2.2.1 輔助因子 2.2.2 輔脢的作用 2.2.3 輔助因子範例 2.2.4 輔脢與ribozyme 問題集 (1, 2) 酵素印象：反應速率、專一性、可調節、蛋白質  Wikipedia   Enzyme EC number Coenzyme Cofactor Ribozyme 　 　 　  酵素純化與分析   ■ 酵素 1, 2 ■ 相關投影片 Enzyme一字源自希臘文，原意為"inyeast"； 描述在酵母菌中，含有某種神奇的催化活力，可以把糖轉變為酒精，故名為酵素。

Sumner在1926年首先結晶出尿素脢(urease)，並證實酵素為一種蛋白質。

一般而言，酵素具有下列特性：  a.酵素可催化生化反應，增加其反應速率，是最有效率的催化劑。

 b.酵素種類非常多，每一種都能催化所賦與的專一性反應，不相關酵素不易干擾；不過，可能會有酵素間的協同或抑制作用。

 c.酵素的催化反應是可調節的，反應可受許多因子影響而加快或減緩。

 d.通常酵素為蛋白質，但部份RNA也具專一性的催化能力(ribozyme)。

總之，生物體藉著種種酵素的催化作用與調節，才能有效地完成他所需要的許多生理活動。

若細胞內的酵素活動受到抑制或干擾，整個生物體就可能出現異狀，甚至死亡。

　 E1-1 ↓ E1-5 　 　 E1-6 E1-7 E1-8 E1-9 E1-10 E1-11 ↓ E1-13 　 1  酵素的命名： 酵素的命名，有一定規則可循。

 a. 最初酵素命名並無法定的規則，但大都附有-in或-zyme等字尾，例如trypsin,renin及lysozyme 等；後來漸以該酵素催化的反應加上-ase字尾為名，再冠上此反應的反應物，如histidinedecarboxylase(反應物 +反應-ase)。

 b.1965 年命名系統化，把所有酵素依催化反應分成六大類，以四組數字名之(IUBMB系統)；例如histidinecarboxylase為 EC4.1.1.22：  MainClass: 4 Lyases 分裂C-C,C-O, C-N鍵 Subclass: 4.1 C-Clyase 分裂C-C鍵 Sub-subclass 4.1.1 Carboxylase 分裂C-COO鍵 序列號碼： 22 第22個4.1.1 分裂組胺酸的C-COO鍵  c. IUBMB系統所分列的六個 MainClasses： (1) Oxidoreductase 氧化還原脢 電子或質子轉移 (2) Transferase 轉移脢 官能基團的轉移 (3)Hydrolase 水解脢 加水或脫水分子 (4)Lyase 裂解脢 共價鍵生成或裂解 (5)Isomerase 異構脢 同一分子內基團之轉移 (6)Ligase 連接脢 消耗ATP 生成分子間新鍵   　 投影片 E1　 E1-14　　 2  酵素的構成： 酵素主要由蛋白質所構成，不過許多酵素還需加上其它物質；有些RNA也具有催化的能力，在分子演化上可能是最早出現在地球上的巨分子。

2.1 全脢： 全脢是具有完整分子構造及催化能力的酵素。

 a.一般酵素由蛋白質構成，但某些酵素為醣蛋白或脂蛋白，有些還要加上輔助因子(cofactor, coenzyme)，才成為功能完全的酵素(全脢holoenzyme)；若全脢失去了輔助因子，剩下的部份稱為apoenzyme： Holoenzyme＝Apoenzyme＋Cofactor/Coenzyme  b.全脢分子可能只含一條多肽，也可能含有數條多肽，並以雙硫鍵連接在一起 (如chymotrypsin)；有的可由數個相同或不同的次體(subunit)組成。

肝糖磷解脢為同質二元體 (dimer)；而血紅蛋白(hemoglobin)是a2b2 的四元體形式，但並非酵素。

多元體蛋白質可能具有異位調節功能(allosteric effect)，即任何一個次體改變，會影響其它各個次體的活性。

原核細胞的代表大腸菌 (E.coli)，構造較為簡單，是分子生物學的主要研究對象。

2.2 輔脢： 一些非蛋白質的小分子會加入酵素構造中，以幫助催化反應進行。

因為二十種胺基酸的官能基中，具有強荷電性者不到五個，而酵素活性區經常需要更強的官能基來引發催化反應，部份酵素因此納入非蛋白質的輔助因子參與其構造，作為催化的重要反應基團。

2.2.1輔助因子： 包含金屬離子以及小分子的有機物質(輔脢)。

 a.金屬離子：如Zn2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+,Cu2+,K+，以離子鍵結合在His,Cys, Glu等胺基酸；細胞多使用較輕的金屬，重金屬多有害處。

 b.有機小分子：分子構造較複雜而多樣，通稱為輔脢 (coenzyme)，在哺乳類中多由 維生素代謝而來，而哺乳類無法自行合成 其維生素。

如維生素B群、葉酸(folicacid)、菸鹼酸 (niacin)。

2.2.2輔脢的作用： 輔脢的構造與其功能極為重要，請注意每一種輔脢的特定作用機制。

 a.加入酵素分子，誘使改變其立體構形，而使得酵素與基質的結合更有利反應。

 b.輔脢可作為另一基質來參與反應，但反應後輔脢構造不變。

通常輔脢作為某特定基團的轉移，可供給或接受基團(如-CH3, -CO2,-NH2)或者電子，這類輔脢最為常見。

 c.提供一個強力的反應基團，吸引基質快速參加反應；例如維生素B1(thiamine)，有許多維生素都是輔脢。

2.2.3輔助因子範例： ◆請自行參考課本，研習以下各類酵素及輔脢的作用及構造。

 a.各種去氫脢(dehydrogenase)以輔脢NAD+/NADH轉運氫負離子(hydride, H-)；要研究alcoholdehydrogenase以及glyceraldehyde-3-Pdehydrogenase的作用模式，同時也請瞭解NAD+/NADH及氫負離子的構造。

 b.Carboxypeptidase分子需要一個鋅離子維持分子構形(induced fit)，同時也參與催化反應，可以抓住基質胜肽，並活化水分子。

 c.Glutamatetransaminase使用輔脢pyridoxalphosphate轉運胺基。

 d.Catalase分子上有一Fe2+ 作為電子暫存區，可以把H2O2還原成水分子；而血紅蛋白也有Fe2+，因此可有類似的催化作用，但效率低很多，因為其鐵離子氧化成Fe3+ 後無法很快轉變回來。

2.2.4輔脢與ribozyme：  a. 輔脢的構造透露了遠古RNA分子的催化秘密：許多輔脢的構造中都有核苷酸參與，可能是用來與遠古催化性RNA分子結合，以幫助RNA的催化反應。

因為ribozyme雖然有分子構形，但缺乏催化所需的強烈官能基團，有如今日的蛋白質酵素與其輔脢一般。

 b.因為ribozyme具有催化能力，本身又帶有遺傳訊息，加上輔脢的幫助，相信地球上最早出現的巨分子，可能是RNA；這些事實也暗示，最早的催化性蛋白質是如何產生的。

◆ RNA istheFirstGeneticMolecule (CSHL 教學網頁：DNA fromtheBeginning  中文版) 　 　 投影片E2　 　   　 　 　 E2-1 　 　 　 　 E2-2 E2-3 E2-4 　 E2-5 　 E2-7 　 　 E2-8 　 　 　 E2-7 　 　 　 　 E2-6 　 　 E2-9 ↓ E2-13 E2-14 E2-15 ↓ E2-17 　 問題集   以下題目不一定有標準答案，甚至會引起很大的爭議，但這就是問題集之目的。

 1.請判斷下列各題的真偽：(並說明原因)  a)酵素都是由蛋白質所構成的。

 b) 金屬離子在酵素分子中，只有幫助維持構形，不直接參與催化反應。

 c)酵素只能增加其催化反應的反應速率。

 d) 所有具有完整功能的酵素都是由一條完整蛋白質長鏈所構成的。

 e)RNA可形成分子構形，而DNA 則無；這是因為DNA為雙股螺旋所致。

 f)RNA可形成分子構形，而DNA 則無；是因為RNA可形成非Watson-Crick配對。

 g)尿素(urea) 可導致酵素變性的原因是破壞a 螺旋的氫鍵。

 2.為何 RNA可能具有催化的能力？  3. IUBMB系統命名為 1.1.1.1的酵素是那一個？  4. 寫出下列各輔脢所能轉移的基團：ATP,CoenzymeA,NADPH,Thiamine  5. Glyceraldeyhyde-3-Pdehydrogenase含有兩個domains，請說明它們各有何種作用？  6.為何輔脢多屬維生素？  7.是非選擇題 (答案寫在□內，是→○、非→╳)  a)酵素催化反應具有那些特性？ □ 可降低反應的活化能 □ 可以改變反應的平衡方向 □ 反應前後酵素之化性沒有改變 □ 其催化速率是可以被改變的  b)RNA為何會有特定構形？ □ RNA為單股長鏈分子 □ RNA有Watson-Crickpairing □ RNA有非W-C的pairing □ 氫鍵是主要貢獻力量 □ RNA分子中有核糖的2'-OH  c)以下分子何者不是酵素？□ Insulin □ Thrombin □ Fibrin □ Hemoglobin □ Calmodulin  d)有額外反應性基團的胺基酸： □ Val □ His □ Glu □ Pro  e)NADH分子中含有那些構造？ □ 去氧核糖 □ 磷酸 □ Adenine □ Hydride □ Nicotinamide  f)輔脢的作用或性質為：□ 穩定酵素構形 □ 參與反應基團的轉移 □ 很多含有去氧核糖核苷部份 □ 可提供一強力反應基團 　 　 　 　 ■■■ 本網頁最近修訂日期： 2017/10/31