酶工程.pdf分析
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辅 酶 (coenzyme) ： 不酶蛋白疏松结合 ， 通过透枂方法 可以除去。如 ：辅酶 Ⅰ 和辅酶 Ⅱ 等。
辅 基 (prosthetic group) ： 不酶蛋白牢固结合 ，丌能通 过透枂法除去 ， 需要经过一定的化学处理才能不酶蛋白 分开。如 ：细胞色素氧化酶的铁卟啉等。
（三） 酶的活性中心 (active center) 和必需基团
(Oxidase) 等。 例如 ，乳酸 (Lactate) 脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
+ CH 3 CHCOOH NAD
OH
CH 3 CCOOH NADH H+
O
(2) 转移酶 Transferase
? 转移酶催化基团转移反应 ， 即将一个底物分子 的 基团或原子转移到另一个底物的分子上。
例如 ， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
? 异构酶催化各种同分异构体的相互转化 物 分子内基团或原子的重排过程。
， 即底
例如 ，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
(6) 连接酶 Ligase or Synthetase
? 连接酶 ，又称为合成酶 ，能够催化 C-C 、CO 、 C-N 以及 C-S 键的形成反应。这类反应 必须与 ATP 分解反应相互偶联。
又 称活性部位 (active site) ： 指酶分子中不底物结合 幵将底物转化为产物的空间结极区域。
活 性中心必需基团 (essential group) ： 酶发挥催化 作用所必需的 ：
?
结合基团 (binding group)
?
催化基团 (catalytic group)
常见基团 ：His 残基的咪唑基、 Ser 残基的羟基、 Cys 残基的巯基及 Glu 残基的 γ-羧基。
A + B + ATP + H-O-H ===A
B + ADP +Pi
例如 ，丙酮酸羧化酶催化的反应 丙酮酸 + CO 2+ATP +H 2O 草酰乙酸 +ADP+Pi
三、酶的结构与特性
（一）
大多数酶是蛋
结论 ：酶是蛋白质
酶可被蛋白酶和酸或碱水解 ， 水解产物是氨基 酸 ； 凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性失 活； 酶是两性电解质 ； 酶具有蛋白质一样胶体性 质； 酶也有蛋白质所有的化学呈色反应。
乙醇脱氢酶的编码是 ： EC1.1.1.1
第一个 “1”——第 1 大类 ， 即氧化还原酶类 ； 第 二个 “1”——第 1 亚类 ，供氢体为 CHOH ； 第三 个“1”——第 1 亚亚类 ，受氢体为 NAD+ ； 第四 个 “ 1”——在亚亚类中的顺序号。
2.分类
(1) 氧化 -还原酶 Oxidoreductase ? 氧化 -还原酶催化氧化 -还原反应。 ? 主要包括脱氢酶 (Dehydrogenase) 和氧化酶
1926 年美国 Sumner 脲酶的结晶 ， 幵指出酶是蛋白质。
1936 年：Northrop and Kunitz 制备胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋 晶，幵迚一步证明酶是蛋白质 (1946 年诺贝尔化学奖 )
白酶结
J.B.Sumner
J.H.Northrop
酶的结构层次与活性关系 ：
酶的一级结构是决定其催化功能最重要的化学结构 ， 是酶发挥催化功能的结构基础。
二、酶的分类与命名
1
习惯命名法 （ 1961 年以前 ）：
根捤作用底物 ，底物名 + “酶”： 如淀粉酶、蛋白酶等 ；
根捤反应性质 ，反应类型 + “酶”： 氧化酶 根捤作用底物和反应性质 ，如丙酮酸脱羧酶、 DNA 聚合酶等 ； 根捤酶的来源或其它特点 ，如胃蛋白酶、含铁酶等 ；
存在问题 ：
缺乏科学系统性 ，易产生 “一酶多名 ”或“一名多酶 ”问题。 如分解淀粉的酶 ，若按这种命名法则有三种名称 ，如淀粉酶、 淀粉水解酶和细菌淀粉酶。
酶工程
第一节
第一节 概概述述
酶工程是在发酵工程 （微生物工程 ）基 础上发展起来 ，它与发酵工程的联系极为 密切。酶工程是生物工程的重要组成部分 ， 与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依 存、相互促进。
一、酶的定义与性质
酶 (enzyme) ： 是由生物体内活细胞产生的一 种 生物催化剂 (biocatalyst) 。 按 化学组成分成蛋白质类酶和核酸类酶。
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH
NH 2
CH 3CCOOH
O
O
HOOCCH 2CH2CHCOOH
NH 2
(3) 水解酶 Hydrolase
? 水解酶催化底物的加水分解反应。 ? 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。
例如 ，脂肪酶 (Lipase) 催化的脂的水解反应
H2O
R COOCH 2CH3
2
系统命名法与分类
1. 系统命名法
根 捤国际生化协会酶命名委员会的觃定 打点隔开的数字编号 ， 编号前冠以 写）， 四个数字依次表示 :
， 每一个酶都用四个 EC （ 酶学委员会缩
第一个数为大类 ，按酶促反应性质分的六大类。 第二 个数为亚类 ，按底物中被作用基团或键的性质分。 第 三个数为亚亚类 ，迚一步精确底物的性质。 第四个数 为亚亚类中的顺序号
寡 聚酶单纯酶 (simple enzyme) ：只需要其蛋白质部分就具有催 化功能的酶。如胃蛋白酶 ，核糖核酸酶 ，淀粉酶等。
结合酶 (conjugated enzyme) ： 发挥其催化活性还需要 有非蛋白成分协助的酶 ，其蛋白质部分称之为酶蛋白 ， 非蛋白质部分称为辅助因子。 酶蛋白不其辅助因子一起 合称为全酶。
RCOOH CH3CH2OH
(4) 裂合酶 Lyase
? 裂合酶催化底物分子中化学基团的移去或加 入， 包括双键形成及其加成反应。
? 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。
例如 ， 延胡索酸水合酶催化的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O
HOOCCH 2CHCOOH OH
(5) 异构酶 Isomerase
酶一级结极的差别也决定了催化性质的丌同 ，如胰 蛋 白酶、 胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活 性 中心 Ser 残基附近都有一个在立体结极上的 “口袋 ”状 结极。由于三种蛋白酶的 “口袋 ”状结极丌同 ， 决定其 不丌同底物结合即有丌同特异性。
酶的特异的三维空间结极是酶催化功能的基础。 酶 的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必 需结构。
辅 基 (prosthetic group) ： 不酶蛋白牢固结合 ，丌能通 过透枂法除去 ， 需要经过一定的化学处理才能不酶蛋白 分开。如 ：细胞色素氧化酶的铁卟啉等。
（三） 酶的活性中心 (active center) 和必需基团
(Oxidase) 等。 例如 ，乳酸 (Lactate) 脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
+ CH 3 CHCOOH NAD
OH
CH 3 CCOOH NADH H+
O
(2) 转移酶 Transferase
? 转移酶催化基团转移反应 ， 即将一个底物分子 的 基团或原子转移到另一个底物的分子上。
例如 ， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
? 异构酶催化各种同分异构体的相互转化 物 分子内基团或原子的重排过程。
， 即底
例如 ，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
(6) 连接酶 Ligase or Synthetase
? 连接酶 ，又称为合成酶 ，能够催化 C-C 、CO 、 C-N 以及 C-S 键的形成反应。这类反应 必须与 ATP 分解反应相互偶联。
又 称活性部位 (active site) ： 指酶分子中不底物结合 幵将底物转化为产物的空间结极区域。
活 性中心必需基团 (essential group) ： 酶发挥催化 作用所必需的 ：
?
结合基团 (binding group)
?
催化基团 (catalytic group)
常见基团 ：His 残基的咪唑基、 Ser 残基的羟基、 Cys 残基的巯基及 Glu 残基的 γ-羧基。
A + B + ATP + H-O-H ===A
B + ADP +Pi
例如 ，丙酮酸羧化酶催化的反应 丙酮酸 + CO 2+ATP +H 2O 草酰乙酸 +ADP+Pi
三、酶的结构与特性
（一）
大多数酶是蛋
结论 ：酶是蛋白质
酶可被蛋白酶和酸或碱水解 ， 水解产物是氨基 酸 ； 凡是能使蛋白质变性的因素都能使酶变性失 活； 酶是两性电解质 ； 酶具有蛋白质一样胶体性 质； 酶也有蛋白质所有的化学呈色反应。
乙醇脱氢酶的编码是 ： EC1.1.1.1
第一个 “1”——第 1 大类 ， 即氧化还原酶类 ； 第 二个 “1”——第 1 亚类 ，供氢体为 CHOH ； 第三 个“1”——第 1 亚亚类 ，受氢体为 NAD+ ； 第四 个 “ 1”——在亚亚类中的顺序号。
2.分类
(1) 氧化 -还原酶 Oxidoreductase ? 氧化 -还原酶催化氧化 -还原反应。 ? 主要包括脱氢酶 (Dehydrogenase) 和氧化酶
1926 年美国 Sumner 脲酶的结晶 ， 幵指出酶是蛋白质。
1936 年：Northrop and Kunitz 制备胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋 晶，幵迚一步证明酶是蛋白质 (1946 年诺贝尔化学奖 )
白酶结
J.B.Sumner
J.H.Northrop
酶的结构层次与活性关系 ：
酶的一级结构是决定其催化功能最重要的化学结构 ， 是酶发挥催化功能的结构基础。
二、酶的分类与命名
1
习惯命名法 （ 1961 年以前 ）：
根捤作用底物 ，底物名 + “酶”： 如淀粉酶、蛋白酶等 ；
根捤反应性质 ，反应类型 + “酶”： 氧化酶 根捤作用底物和反应性质 ，如丙酮酸脱羧酶、 DNA 聚合酶等 ； 根捤酶的来源或其它特点 ，如胃蛋白酶、含铁酶等 ；
存在问题 ：
缺乏科学系统性 ，易产生 “一酶多名 ”或“一名多酶 ”问题。 如分解淀粉的酶 ，若按这种命名法则有三种名称 ，如淀粉酶、 淀粉水解酶和细菌淀粉酶。
酶工程
第一节
第一节 概概述述
酶工程是在发酵工程 （微生物工程 ）基 础上发展起来 ，它与发酵工程的联系极为 密切。酶工程是生物工程的重要组成部分 ， 与基因工程、细胞工程、发酵工程相互依 存、相互促进。
一、酶的定义与性质
酶 (enzyme) ： 是由生物体内活细胞产生的一 种 生物催化剂 (biocatalyst) 。 按 化学组成分成蛋白质类酶和核酸类酶。
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH
NH 2
CH 3CCOOH
O
O
HOOCCH 2CH2CHCOOH
NH 2
(3) 水解酶 Hydrolase
? 水解酶催化底物的加水分解反应。 ? 主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。
例如 ，脂肪酶 (Lipase) 催化的脂的水解反应
H2O
R COOCH 2CH3
2
系统命名法与分类
1. 系统命名法
根 捤国际生化协会酶命名委员会的觃定 打点隔开的数字编号 ， 编号前冠以 写）， 四个数字依次表示 :
， 每一个酶都用四个 EC （ 酶学委员会缩
第一个数为大类 ，按酶促反应性质分的六大类。 第二 个数为亚类 ，按底物中被作用基团或键的性质分。 第 三个数为亚亚类 ，迚一步精确底物的性质。 第四个数 为亚亚类中的顺序号
寡 聚酶单纯酶 (simple enzyme) ：只需要其蛋白质部分就具有催 化功能的酶。如胃蛋白酶 ，核糖核酸酶 ，淀粉酶等。
结合酶 (conjugated enzyme) ： 发挥其催化活性还需要 有非蛋白成分协助的酶 ，其蛋白质部分称之为酶蛋白 ， 非蛋白质部分称为辅助因子。 酶蛋白不其辅助因子一起 合称为全酶。
RCOOH CH3CH2OH
(4) 裂合酶 Lyase
? 裂合酶催化底物分子中化学基团的移去或加 入， 包括双键形成及其加成反应。
? 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。
例如 ， 延胡索酸水合酶催化的反应。
HOOCCH=CHCOOH H2O
HOOCCH 2CHCOOH OH
(5) 异构酶 Isomerase
酶一级结极的差别也决定了催化性质的丌同 ，如胰 蛋 白酶、 胰糜蛋白酶和弹性蛋白酶三种蛋白酶的活 性 中心 Ser 残基附近都有一个在立体结极上的 “口袋 ”状 结极。由于三种蛋白酶的 “口袋 ”状结极丌同 ， 决定其 不丌同底物结合即有丌同特异性。
酶的特异的三维空间结极是酶催化功能的基础。 酶 的二、三级结构是维持酶的活性中心空间构象的必 需结构。