食品化学 第六章_酶

第三节

固定化酶
固定化酶是通过吸附、偶联、交联和包埋等物理或 化学的方法把酶连接到某种载体上，做成仍具有酶 催化活性的水不溶性酶。

作用特点：稳定性提高，易分离，可反复使用，提 高操作的机械强度。


1.固定化酶的制备
2.固定化酶在食品工业中的应用

酶的化学本质是蛋白质，其最大弱点是不稳定性，对
体。

酶和一般催化剂的共性：
◦ 加快反应速度；
◦ 不改变平衡常数；
◦ 自身不参与反应。

专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用。 可分为：
◦ 绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化 一个反应，而不作用于任何其它物质。 ◦ 相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都 有作用。包括键的专一性和基团的专一性。 ◦ 立体异构专一性：这类酶只对底物的某一种构 型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异 构专一性和几何异构专一性。
生成不稳定的中间络合物
（ES），再分解成产物（ P）并释放出酶，使反应
E1
能 量 水 平
ES
E2
E+S
G
沿一个低活化能的途径进
行，降低反应所需活化能 ，所以能加快反应速度。
P+ E
反应过程

酶原：没有活性的酶的前体。 酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用
可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称为酶
原的激活。

本质：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露
的过程。
第二节

影响酶活力的因素
一、底物浓度对酶活力的影响
在酶浓度，pH，温度等条件 不变的情况下研究底物浓度 和反应速度的关系。如右图 所示： 在低底物浓度时, 反应速度 与底物浓度成正比，表现为 一级反应特征。 当底物浓度达到一定值，几 乎所有的酶都与底物结合后， 反应速度达到最大值 （Vmax），此时再增加底 物浓度，反应速度不再增加， 表现为零级反应。
(ii) 微囊化法 其原理是用各种类型的膜将酶封装起来。这类 膜能使低分子底物和产物通过膜，而酶和其他高分 子不能通过。典型的例子有将酶封装在胶囊、脂质 体和中空纤维中。其制法有四种，即界面聚合化法 、液体干燥法、分相法和液膜法。


(3) 共价结合法 原理：酶蛋白分子上的功能基团和固相支持物表面 上的反应基团之间形成共价键，因而将酶固定在支 持物上。参加共价结合的氨基酸残基应当是酶催化 活性所非必需的，否则会导致酶活力损失，甚至造 成固定化酶的完全失活。为了减少连接过程中酶的 失活，常用方法是在底物和抑制剂存在下偶联酶。
◦ 将酶的作用底物与催化反应的性质结合起来命名
◦ 将酶的来源与作用底物结合起来命名 ◦ 将酶作用的最后pH和作用底物结合起来命名

系统命名法 应标明底物名称、反应性质，最后加一个酶字。如 有两种底物，中间用“：”分开。例如： 习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称:L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶

α -1.4葡聚糖 -葡萄糖水解酶
糖化型淀粉酶 从非还原性未端以葡 以直链淀粉为底物时，产物 或 萄糖为单位顺次分解 葡萄糖 葡萄糖淀粉酶 淀粉糖原类的α -1.4 以支链淀粉为底物时，不完 键，对α -1.3、α 全，葡萄糖，以及β -限制 1.6也有效 糊精



1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中 间产物学说对酶促反应的动力学进行研究，推导出 了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名 公式，称为米氏方程。
V=
Km
Vmax [S] Km + [S]
— 米氏常数 Vmax — 最大反应速度




由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一 半时,即V = 1/2 Vmax, Km = [S]，米氏常数是反 应速度为最大值的一半时的底物浓度, 单位为mol/L。 不同的酶具有不同Km值，它是酶的一个重要的特征 物理常数。 Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下， 一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的 Km值。 Km值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示 亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程 度大，酶的催化活性高。
要使载体与酶形成共价键，必须首先使载体活化， 即借助于某—方法，在载体上引进某一活泼基团， 然后此活泼基团再与酶分子上的某一基团反应，形 成共价键。


(4) 共价交联法 基本原理是酶分子和多功能试剂之间形成共价键得 到三向的交联网架结构。用多功能试剂进行酶蛋白 分子之间的交联。除酶分子间交联外，还存在一定 程度的分子内交联。最常用的交联剂是戊二醛。

最适温度55-70℃；最适pH 4.5-7.0。


广泛分布于动植物和微生物中。
消化药物，制作面包等。

α-淀粉酶是一种内切酶，随机水解α-1,4糖苷键， 不能水解α-1,6糖苷键。水解直链淀粉时迅速使其
降解成低聚糖，然后把低聚糖分解成终产物麦芽糖
和葡萄糖。水解支链淀粉时终产物是葡萄糖、麦芽 糖和一系列含有α-1,6糖苷键的极限糊精或异麦芽 糖。由于α-淀粉酶能快速地降低淀粉溶液的黏度， 使其流动性加强，故又称为液化酶。
吸附法
包埋法
共价偶联法
交联法

提高稳定性；


改变最适pH值；
改变活性和催化底物；
提高最适温度；
回收简单方法，酶活力降低不多，可重复使用； 没有游离到产品中，便于产品的分离和纯化； 实现批量或连续操作模型的可能，适于产业化、 连续化、自动化生产。

(1)吸附法 将酶液与具有活泼表面的吸附剂接触，再经洗涤除 去不吸附的酶便能制得固定化酶。吸附法分为物理吸附 法和离子吸附法。 (i)物理吸附法：通过氢键等物理作用，将酶固定在水 不溶载体上的方法。常用的载体有：无机吸附剂如硅藻 土、硅胶等。优点：酶活力损失少，缺点：酶和载体间 的结合力不强，会导致催化活力的丧失和沾污反应产物 (ii)离子吸附法：是将酶同含有离子交换基的水不溶性 载体相结合。酶吸附较牢固，在工业上用途很广，常用 载体有：阴离子交换剂DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶 等。阳离子交换剂，如CM-纤维素等。


酶催化的反应:
-酮戊二酸 + L-丙氨酸L-谷氨酸 + 丙酮酸

系统分类及编号 1971年国际生物学会酶学委员会规定了酶的分类 原则，按反应类型可将酶分为六大类： （1）氧化还原酶类 （2）转移酶类 （3）水解酶类 （4）裂合酶类 （5）异构酶类 （6）连接酶类


酶与底物的作用机制

外切酶，只能水解α-1,4糖苷键。作用时从淀粉分 子的非还原性末端开始，依次切下一个麦芽糖单位，
并将切下的α-麦芽糖转变成β-麦芽糖。β-淀粉
酶在催化支链淀粉水解时，因为它不能断裂α-1,6 糖苷键，也不能绕过支点继续作用于α-1,4糖苷键， 因此，β-淀粉酶分解淀粉是不完全的。β-淀粉酶 作用的终产物是β-麦芽糖和分解不完全的极限糊
100
80RelativeFra bibliotekActivity (%)
60
40
20
0 10 20 30 40 50 60
O
70
80
90
Temperature C
五、抑制剂对酶活力的影响




有些物质能与酶分子上某些必须基团结合（作用), 使酶的活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力 下降或丧失，这种现象称为酶的抑制作用。 能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂 （inhibitor)。 酶的抑制剂一般具备两个方面的特点： a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡 状态相似。 b.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成 比较稳定的复合体或结合物。
斜率=Km/Vmax
米氏方程式的倒数形式：
1
1.0
0.8
Km
1
1
0.6
1/v
= + V Vmax [S] Vmax
-1/Km
0.4
0.2
1/Vmax
0.0 -4 -2 0 2 4
-1
6
8
10
1/[S](1/mmol.L )
二、酶浓度对酶活力的影响


当底物充足,其它因素不变,并且反应系统 中不含有抑制酶活性的物质及其它不利于 酶发挥作用的因素时，反应速率与酶浓度 成正比； 底物浓度不足或酶浓度过高、产物积累对 反应有抑制作用，会妨碍反应速率；实际 生产中，酶浓度如过高，既浪费又影响产 品质量。
单纯蛋白质酶类 据酶分子 组成分类 结合蛋白质酶类 辅因子 有机小分子 酶蛋白
金属离子
单体酶
据酶蛋白 特征分类 寡聚酶 多酶复合体

根据结构不同酶可分为： 单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。

寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基
聚合而成。

多酶复合体：由几个功能相关的酶嵌合而成的复合

高效性：反应速度与不加催化剂相比可提高108～ 1020，与加普通催化剂相比可提高107～1013；

不稳定性：易受各种因素的影响，在活细胞内受到
精密严格的调节控制。

条件温和：常温、常压、中性pH。


习惯命名法
根据以下5个原则决定的：
◦ 根据酶的催化反应的性质来命名
◦ 根据被作用的底物来命名
第一节
引 言
1.酶的化学本质
酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的 特殊蛋白质。
酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂。
2.酶的组成 绝大多数的酶是蛋白质，按组成可分为： *单纯蛋白酶：仅有氨基酸组成，如胃蛋白酶 *结合蛋白酶：酶蛋白和辅因子结合。