脲酶是自然界中广泛存在于植物、细菌、真菌、藻类和无脊椎动物中的一类酶，虽然具有不同的蛋白质结构，但具有单一的催化功能，即尿素的水解，其最终产物是氨和碳酸。看似简单，这一功能经常被视为自然界对尿素普遍存在的反应。在功能上，脲酶属于酰胺水解酶和磷酸三糖酶的超家族。酶的主要共同特征是在其活性位点存在金属中心，其任务是激活反应的底物和水。在该超家族的其他双核金属水解酶中，脲酶是独特的，因为它们在活性位点具有Ni(II)离子。

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尿素的酶解裂解

脲酶催化的反应是尿素的水解，其产物是氨基甲酸酯和氨，前者进一步自发水解成另一分子氨和碳酸。

另外，由于其共振能量估计为30-40千卡/摩尔，尿素在水溶液中非常稳定，不易分解。在水溶液中观察到的尿素的非催化分解，也在理论上得到证明，是消除反应，产生异氰酸酯和氨。有趣的是，尽管有可靠的文献记载，脲酶的水解作用最近受到了来自量子化学和分子动力学模拟的假设的挑战，该假设认为消除机制可以与水解机制竞争脲酶催化的尿素裂解，两种机制产生相同的最终产物H2CO3和NH3。

脲酶的发生及其功能

脲酶是自然界中广泛存在的酶。它们由多种生物体合成，包括植物、细菌、藻类、真菌和无脊椎动物，也作为一种土壤酶出现在土壤中。用于该反应的底物尿素很容易获得。它的普遍存在主要来自于动物的尿液排泄和从死亡的生物体中提取的n-化合物的分解，也来自于它作为肥料的应用。因此，由于它们的出现，脲酶在自然界的整体氮代谢中起着突出的作用。它们的关键功能是为生物提供氨形式的氮。

①土壤脲酶

在农业中非常重要的是土壤的尿素分解活性。这种活性来自微生物，但主要来自土壤脲酶。死亡植物和微生物细胞的残余物，这种酶是细胞外的，但由于固定在粘土和腐殖物质上而具有稳定性。土壤中这种稳定形式的脲酶的存在使得尿素可以作为一种有效的氮肥使用。由于其高含氮量、化学稳定性和低生产成本，尿素现在占全世界氮肥施用总量的50%以上。土壤脲酶的作用是通过将尿素转化为氨，使尿素可供植物利用。尽管这很重要，但水解也可能产生不利影响。也就是说，如果太快，它可能通过氨挥发导致氮的非生产性损失，而氨毒性和碱性以及积累的亚硝酸盐可能通过影响种子萌发、幼苗生长和早期植物在土壤中的生长而诱导植物损伤，从而导致严重的环境和经济问题。

②植物中的脲酶

除了尿素酰胺酶之外，脲酶是植物中一种必需的尿素降解酶，在被植物细胞吸收后催化尿素同化。尚未完全阐明的是，高等植物具有各种被动和主动的尿素运输系统，这使得它们能够根据从外部环境获得的或内部合成的氮形式来优化氮营养。从外部环境中，植物通过根部吸收尿素，但主要是尿素水解产生的氨，这是可能的，因为土壤中存在脲酶，这是尿素施肥实践中利用的事实。

重要的是，大量施用尿素肥料可能对植物和环境构成严重危害。为了加强施肥措施，尿素也通过叶面施用。然而，叶面施用的尿素吸收迅速，在高浓度下可能有毒。显然，需要进一步了解与尿素相关的植物营养机制，以制定最佳和可持续农业作物生产的平衡尿素施肥策略。

另一方面，在植物细胞中，脲酶参与含氮化合物的代谢。其中，除了从外部环境获得之外，尿素是由两个代谢过程产生的重要中间体:精氨酸酶催化的精氨酸分解和嘌呤和酰脲的降解。代谢迅速，尿素实际上不积累，然而，不断产生可作为氮源。也有人假设，由于氨的产生，脲酶完成了对植物病原体的防御功能。在同样的背景下，最近，有证据表明，除了它们的尿素分解活性之外，尿素酶还表现出杀虫和抗真菌特性，表明它们在植物防御系统中的功能。脲酶几乎存在于所有植物中，在豆科植物种子中尤其丰富，大豆种子中的脲酶/干物质含量为0.012%，刀豆种子中的脲酶/干物质含量为0.07-0.14%，因此刀豆种子是这种酶最常见的来源之一。

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