生物催化ppt

酶的作用特点
⑴ 酶对环境条件的敏感性：酶易失活，要求的反应 条件温和，对环境条件敏感。
固氮酶
N2+6H++6e 常温、常压 2NH3
Fe N2+3H2 500℃,300大气压2NH3
酶的作用特点
(2) 酶催化的高效性：酶具有极高的催化效率。 相同条件下，以分子比表示： 酶（V）高于无酶（V）108 ～1020 倍 酶（V）高于普通催化剂（V）107 ～1013 倍
几何异构 专一性
光学异构 专一性
酶专一性类型
结构专一性——酶对所催化的分子（底物，Substrate）化 学结构的特殊要求和选择。
绝对专一性——指某些酶对底物有绝对严格的要求，
即一种酶只能催化一种特定的底物进行反应 。
O=C
NH2
+ NH2
H2O
脲酶
NH3 + CO2
O=C NH2 NHCl
O=C NH2 NHCH3
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生物催化
Contents
1
生物催化的概述
2
生物催化的作用机制
3
生物催化的应用
4
发展前景与展望
2
生物催化的定义
WHAT IS biocatalysis? 什么是生物催化？
生物催化（ biocatalysis ）是利用生物 催化剂(主要是酶或微生物)来改变(通常是加快) 化学反应速度的作用。
2 3
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“三点结合”催化理论
认为酶与底物的结合处至少有三个点，只有在完全结 合情况下，不对称催化作用才能实现。
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生物催化酶的类别
水解酶 氧化还原酶
转移酶
生生物物催催化化酶酶
异构酶 裂合酶 合成酶
复合酶
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水解酶 hydrolБайду номын сангаасse
❖ 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：
O
NH2
异构酶 Isomerase
❖ 异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内 基团或原子的重排过程。 例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。
CH2OH O OH
OH OH
OH
CH2OH
CH2OH
O OH
OH OH
裂合酶 Lyase
❖ 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键 的反应及其逆反应。
❖ 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。 ❖ 例如， 延胡索酸裂合酶催化的反应。
1926年 Sumner首 次从刀豆 中提出脲 酶结晶。
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生物催化的产生与发展
1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳 蛋白酶的结晶。
J.B.Sumner
J.H.Northrop
证明了酶是蛋白质
生物催化的产生与发展
某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶）
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
Emil Fisher(1890)提出： 将酶的活性中心比喻作锁孔，底物分子象钥匙，底物
能专一性地插入到2酶的活性中心。 3
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诱导契合学说（induced fit hypothesis）
Koshland(1958)提出: 酶的活性中心在结构上具柔性，当底物接近活性中心时，可诱导酶 蛋白构象发生变化，使酶活性中心有关的基团正确排列和定向，使 酶与底物契合而结合成中间产物，引起催化反应进行。
5
生物催化的产生与发展
酵母发酵的产物,是细 胞内酶作用的结果
饴糖的制作
酒的酝酿
远古时代
用麦曲含有的淀粉酶 将淀粉降解为麦芽糖
豆类做酱
在霉菌蛋白酶作用下,豆类蛋白质水解 得豆酱和豆鼓,压榨后制得酱油
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生物催化的产生与发展
1857年 Pasteur提出 酒精发酵是 酵母细胞活 动的结果。
1897年 Buchner兄 弟证明不含 细胞的酵母 汁也能进行 乙醇发酵。
⑶ 酶作用的高度专一性
酶的专一性（特异性）——指酶对所催化的底物有严 格的选择性，对所催化的反应类型有严格的规定性， 一种酶在一定条件下只能催化一种或一类结构相似的 底物进行某种类型反应的特性。
酶专一性类型
绝对 专一性
酶专一性 类型
结构 专一性
相对 专一性
基团 专一性（族专一性）
键专一性
立体异构 专一性
立体异构专一性——指酶对催化底物的立体结构有高度 选择性。即一 种酶只能作用于底物立体异构中的一种
➢几何异构专一性 延胡索酸酶：作用于反式的丁烯二酸
COOH CH2 + FAD CH2 COOH
HOOC H
SDH
C + FADH2
C
H COOH
酶作用专一性机制
锁钥学说（Lock and key theory)：
酶专一性类型
相对专一性——指酶能催化结构相似的一类底物进行反 应。或要求有一定的化学键及键两端的原子基团；或仅 要求一定的化学键。 ➢ 键专一性：酯酶对脂肪的水解作用
➢ 基团专一性：胰蛋白酶对肽链的作用
Aa1－Aa2－Aa3－Aa4－Aa5－Aa6－Aa7－Aa8-
Aa4 = Lys
酶专一性类型
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生物催化剂的分类
克隆酶、遗传修饰酶
蛋白质类： Enzyme 蛋白质工程新酶
(天然酶、生物工程酶)
生物催化剂 核酸类：Ribozyme ; Deoxyribozyme
Biocatalyst 模拟生物催化剂 核酶
……
脱氧核酶
Enzyme(酶)－－是一类由活细胞产生的，对其特有底物具有高 效催化作用的蛋白质
Sidney Altman Yale University New
Haven, CT, USA
2人共同获1989年诺贝尔化学奖。
生物催化剂的来源
8% 4%
2
3
88%
微生物 动物 植物
目前，少数生物催化剂是从动物肝脏或植物中提取的，多数 来自于微生物细胞。除真核生物和单细胞酵母外，原核微生物是 生物催化剂的主要来源。
CH3CCOOH NADH H+ O
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。
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH
NH2
O
CH3CCOOH HOOCCH2CH2CHCOOH
R COOCH2CH3 H2O RCOOH CH3CH2OH
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(Oxidase)。 ❖ 如乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。
CH3CHCOOH NAD+ OH