2酶工程酶学基础
《酶工程》课后知识题目解析
《酶工程》课后知识题目解析第一章酶工程基础1.名词解释：酶工程、比活力、酶活力、酶活国际单位、酶反应动力学①酶工程：由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新技术，是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在常温常压下催化化学反应，生产人类所需产品或服务于其它目的地一门应用技术。
②比活力：指在特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数。
③酶活力：也称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。
其大小可用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速度来表示，酶催化反应速度愈大，酶活力愈高。
④酶活国际单位: 1961年国际酶学会议规定：在特定条件(25℃，其它为最适条件)下，每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位，即为国际单位（IU）。
⑤酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。
2.说说酶的研究简史酶的研究简史如下：(1)不清楚的应用：酿酒、造酱、制饴、治病等。
(2)酶学的产生：1777年，意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰实验；1822年，美国外科医生Beaumont 研究食物在胃里的消化；19世纪30年代，德国科学家施旺获得胃蛋白酶。
1684年，比利时医生Helment提出ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素（酵素）；1833年，法国化学家Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液，得到淀粉酶；1878年，德国科学家K?hne提出enzyme—从活生物体中分离得到的酶，意思是“在酵母中”（希腊文）。
(3)酶学的迅速发展（理论研究）：1926年,美国康乃尔大学的”独臂学者”萨姆纳博士从刀豆中提取出脲酶结晶，并证明具有蛋白质的性质;1930年，美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶，确立了酶的化学本质。
3.说说酶工程的发展概况I.酶工程发展如下：①1894年，日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶，酶技术走向商业化：②1908年，德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶，皮革软化及洗涤；③1911年，Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清；④1949年，用微生物液体深层培养法进行－淀粉酶的发酵生产，揭开了近代酶工业的序幕；⑤1960年，法国科学家Jacob和Monod 提出的操纵子学说，阐明了酶生物合成的调节机制，通过酶的诱导和解除阻遏，可显著提高酶的产量；⑥1971年各国科学家开始使用“酶工程”这一名词。
酶工程(基本原理)
1.高效性 2.专一性 结构专一性（相对专一性/绝对专一 性） （特异性 ）立体异构专一性(几何异构/旋光异构) 3.不稳定性（要求温和的反应条件） 4.可调控性
相对专一性是指一种能够催化一类结构 相似的物质进行相同类型的反应，主要是对某 一化学键的专一性。 例如：胰蛋白酶 (Trypsin EC 3.4.31.4) 催 化含有赖氨酸或精氨酸羰基的肽键的水解反应， 凡是具有含赖氨酸或精氨酸羰基酰胺键的底物 都能被此酶催化水解。
锁 钥 学 说
诱导契合学说
CH HO－C－H COOH
COOH NADH
3 酶催化反应具有专一性和高效性 酶作为生物催化剂，其催化反应的专一性远远超过 无机催化剂，根据酶的专一化程度，可分为绝对专一性 和相对专一性。 绝对专一性是指一种酶只能催化一种底物进行一种 反应，底物的分子结构、空间构型及构象的不同都表现 出专一性。 酶与一般催化剂的区别—酶的特性
第六章 酶工程
酶的基本概念
1、 酶是蛋白质
酶的化学本质是蛋白质，这一点是被生物化学所证明了 的，研究酶的化学本质，可用研究蛋白质的方法进行研究； 一般情况下，一个结构完整的酶包括蛋白质和非蛋白 质两部分，蛋白质部分称为辅基酶蛋白，非蛋白质部分称为辅 助因子，辅基酶蛋白和辅助因子构成一个全酶。辅助因子的化 学本质因不同的酶而不同，它可以是小分子量的有机化合物， 也可以是无机矿物质离子。
在酶蛋白化学的研究方面 [1] 1926年，Sumner首次获得了脲酶结晶，证实了酶 的 化学本质是蛋白质——21年后获得了诺贝尔奖。 [2] 1963年搞清了牛胰核糖核酸酶A的一级结构； [3] 1965年报道了鸡卵清溶菌酶的三维结构； [4] 1969年首次利用单一氨基酸人工合成核糖核酸酶获 得成功 [5] 1982年Cech小组发现了rRNA具有催化功能，第一 次动摇了酶是蛋白质的概念。（Ribozyme） 但蛋白质化学研究与其催化原理及其酶蛋白功能研 究始终是互相促进、相互渗透的。
酶学与酶工程
Lecture1 酶学与酶工程1、酶的概念,命名、酶的活性中心1）酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度转移性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。
酶工程:将酶学理论与化工技术相结合,研究酶的产生和应用的一门新的技术性学科，包括了酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰与改造及酶反应器等方面。
主要：酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和酶生物反应器.化学酶工程:用化学手段修饰、改造、模拟天然酶，使其更适合人们的需要,主要包括天然酶、化学修饰酶、固定化酶以及化学人工合成酶的研究与应用.生物酶工程：用生物学的方法，特别是基因工程、蛋白质工程和组合库筛选法改造天然酶，创造性能优异的新酶，主要是抗体酶、杂合酶、进化酶和核酸酶的研究与应用。
2)命名：系统命名法！！催化下列反应酶的命名：ATP+D—葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6—磷酸该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。
它的分类数字是：E.C.2.7。
1。
1E.C代表按国际酶学委员会规定的命名第1个数字(2）代表酶的分类名称(转移酶类）第2个数字（7)代表亚类（磷酸转移酶类）第3个数字（1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类）第4个数字(1)代表该酶在亚—亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体）3）活性中心必需基团：酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基因酶的活性中心：必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
2、酶的分类、组成、结构特点和作用机制分类:按酶促反应的性质分类（六大类）：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶类、异构酶类、合成酶类全酶=酶蛋白+辅因子辅因子包括：有机辅因子（辅酶非共价结合/辅基非共价结合或共价结合)和金属辅因子（金属酶/金属激活酶)酶蛋白的分类:3、酶作为催化剂的显著特点强大的催化能力：可以加快至1017倍；没有副反应,酶在较温和的条件下催化反应的进行；高度的专一性，各种酶都有专一性但是专一程度的严格性上有所差别；可调节性,包括了抑制剂和激活剂的调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等；易变性，大多数的酶是蛋白质，在极端环境中会受到破坏。
蛋白质与酶工程复习资料
酶工程复习提纲第一章绪论1.酶及酶工程的概念。
酶：是生物体内一类具有催化活性和特殊空间构象的生物大分子物质。
酶工程：利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需产品的一门工程技术。
(名词解释) 2.了解酶学的发展历史，尤其是一些关键事件。
1833年，Payen和Persoz发现了淀粉酶。
1878年，Kuhne首次将酵母中进行乙醇发酵的物质称为酶。
给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个词来自希腊文，其意思“在酵母中”。
1902年，Henri提出中间产物学说。
1913年，Michaelis and Menton推导出酶催化反应的基本动力学方程，米氏方程：V=VmS/（Km+S）。
1926年，Summer分离纯化得到脲酶结晶。
人们开始接受“酶是具有生物催化功能的蛋白质”。
Cech and Altman于1982和1983年发现具有催化活性的RNA即核酸类酶，1989年获诺贝尔化学奖。
现已鉴定出5000多种酶，上千种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。
3.了解酶在医药、食品、轻工业方面的应用。
医药：（1）用酶进行疾病的诊断：通过酶活力变化进行疾病诊断，谷丙转氨酶/谷草转氨酶用于诊断肝病、心肌梗塞等，酶活力升高；葡萄糖氧化酶用于测定血糖含量，诊断糖尿病。
（2）用酶进行疾病的治疗：来源于蛋清、细菌的溶菌酶用于治疗各种细菌性和病毒性疾病；来源于动物、蛇、细菌、酵母等的凝血酶用于治疗各种出血病；来源于蚯蚓、尿液、微生物的纤溶酶用于溶血栓。
（3）用酶制造各种药物：来源于微生物的青霉素酰化酶用于制造半合成青霉素和头孢菌素；来源于动物、植物、微生物的蛋白酶用于生产L-氨基酸。
食品：生产低聚果糖，原料为蔗糖，所需酶为果糖基转移酶、蔗糖酶α（黑曲霉、担子菌）；生产低聚异麦芽糖，原料为淀粉，所需酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌α-淀粉酶（米曲霉）、α-葡萄糖苷酶（黑曲霉）、普鲁兰酶、糖化型α-淀粉酶（枯草杆菌）。
酶工程第一章 酶学基础知识
（2）相对专一性 一种酶可作用于一类化合物或一种化 学键，这种不太严格的专一性称为相对专 一性（relative specificity）。 例如： 脂肪酶可水解多种脂肪，而不管脂肪 分子是由哪些脂肪酸组成； 磷酸酯酶对一般的磷酸酯的水解反应 都有作用。
（3）立体异构专一性 酶对底物的立体构型的特异要求，称 为立体专一性（stereo specificity）。 如α-淀粉酶只能催化水解淀粉中α-1，4糖苷键，不能催化水解纤维素中的β-1， 4-糖苷键； L-乳酸脱氢酶的底物只能是L-型乳酸，而 不能是D-型乳酸。
3．酶活性的可调节性 酶是细胞的组成成分，和体内其他物 质一样，在不断地进行新陈代谢，酶的催 化活性也受多方面的调控。
例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、 激活物和抑制物的调节作用、 代谢物对酶的反馈调节、 酶的变构调节及酶的化学修饰等， 这些调控作用保证了酶在体内的新陈 代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生 命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、 协调一致地进行。
4．酶的不稳定性 酶的本质是蛋白质，酶促反应要求一 定的pH、温度等温和的条件。 因此强酸、强碱、有机溶剂、重金属 盐、高温、紫外线等任何使蛋白质变性的 理化因素都可使酶的活性降低或丧失。
第二节 酶的化学组成和结构
（－）酶的化学组成 1．酶的化学本质和化学组成 酶的化学本质是蛋白质，最直接的证 据是对所有已经高度纯化和结晶的酶进行 一级结构分析，结果都表明酶是蛋白质。
缬氨酸(Valine,Val,V)),
异亮氨酸(Isoleucine,Ile,I),
苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe,F),
色氨酸(Tryptophan,Trp,W),
酶工程酶学概论
A对照管— A实验管
（
×
1
×
1
×
1 0.1
× 10
发酵液体积 反应时间 0.1A= 1单位
0.2
15
稀释倍数
）
比色法：
酶反应的产物可与特定的化学试剂反应而生成稳定的有色溶液， 生成颜色的深浅与产物浓度在一定范围内有线性关系。
过氧化物酶活性的测定
过氧化物酶是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶。 在有过氧化氢存在的条件下，过氧化物酶能使愈创木酚氧化，生 成茶褐色物质，该物质在 470 nm 处有最大吸收。
与酶分子上的某些必需基团结合，使这些基团的结构 和性质发生改变，从而引起酶活力的下降或丧失。
与变性剂的区别： 1. 没有引起酶的变性 2. 有一定的选择性
抑制剂的分类：
不可逆抑制剂
不可逆抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶蛋 白中的基团结合，而使酶失去活性。 不可逆抑制剂与酶结合后，不能通过透析和超 过滤等物理方法除去抑制剂。 如：有机磷， 有机汞、有机砷、氰化物，重金属等。
米氏常数的意义:
3. Km值可帮助判断某一代谢的方向及生理 功能。催化可逆反应的酶，对正逆两个方向 反应的Km常常是不同的。
测定这些Km的大小及细胞内正逆两向的底物浓度，
可以大致推测该酶催化正逆两向反应的效率；这对了解酶在细 胞内的主要催化方向及生理功能具有重要的意义。
4. 判断酶的最适底物。 有的酶可作用多种 底物，因此对每一个底物都有一个Km值，Km最 小的那个底物为该酶的最适底物或天然底物。
（1）竞争性抑制作用（competitive inhibition) （2）非竞争性抑制作用（noncompetitive inhibition） （3）反竞争性抑制作用（Uncompetitive inhibition） （4）线性混合型抑制作用
酶工程复习资料
由活细胞产生的生物催化剂，具有特殊作用的蛋白质，能在生命体内(包括动物、植物和微生物)催化一切化学反应，维持生命特征。
是酶学基本原理与化学工程相结合而形成的一门新兴的技术科学， 以应用目的为出发点来研究酶， 利用酶的催化特性并通过工程化将相应原料转化为目的物质的技术。
水溶性酶经物理或者化学方法处理后成为不溶于水的但仍 具有酶活性的一种酶的衍生物，在催化反应中以固相状态作用于底物。
表示酶活力大小的尺度；一个国际单位(IU)是指在特定条件下(25℃)，每分钟内转化 1mol 底物或者催化形成 1mol 产物所需的酶量。
一个 Kat(卡塔尔，酶活性国 际单位)是指每秒钟内转化 1mol 底物所需的酶量， 1 Kat = 6107 IU 。
(酶活力：指酶催化一定化学反应的能力；用在一定条件下， 所催化的反应初速度来表示； 是研究酶的特性，酶制剂生产应用以及分离纯化时的一项必不可少的指标。
) 是酶纯度的量度，是指单位分量酶蛋白所具有的酶活力，单位为 IU/mg 。
比活力越大，酶纯度越高。
比活力=活力单位数/每毫克酶蛋白。
可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) (一种变构蛋白)，通过与效应物(effector) (包括诱导物和辅阻遏物)的特异结合而发生变构作用，从而改变它与控制基因的结合力。
调节基因常位于调控区的上游。
位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结合，控制酶合成的时机与速度。
决定某一多肽的 DNA 模板，与酶有各自的对应关系，其中的遗传信息可转录为mRNA ，再翻译为蛋白质。
是指在一定的条件下，用适当的溶剂或者溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到 溶剂或者溶液中的过程。
是指在份子水平上不同粒径份子的混合物在通过半透膜时，实现选择分离的技术，半透膜又称为分离膜，膜壁弥漫小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜( )、超滤膜(uF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等，分离都采用错流过滤方式。
酶工程重点专业资料
第二部分考核内容与考核目的第一章酶工程基础一、学习目的与规定规定学生识记酶工程的定义、研究内容及学科的发展历程。
了解酶工程的发展方向和趋势。
二、考核知识点与考核目的1、重点酶工程的定义（识记）酶工程:酶的生产.改性与应用技术过程酶工程（Enzyme Engineering）即运用酶的催化作用，在一定的生物反映器中，将相应的原料转化成所需的产品酶工程的应用范围1对生物宝库中存在天然酶的开发和生产2酶的分离纯化及鉴定技术3酶的固定化技术(酶和细胞固定化)4酶反映器的研制和应用5与其他生物技术领域的交叉和渗透.其中固定化酶技术是酶工程的核心.事实上有了酶的固定化技术,酶在工业生产中的运用价值才真正得以体现酶工程的研究内容（识记）。
酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用重要集中于食品工业、轻工业和医药工业等领域。
➢对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；➢自然酶的分离纯化及鉴定技术；➢酶的固定化技术（酶和细胞固定化）；➢酶反映器的研制和应用；➢与其他生物技术领域的交叉和渗透；2、次重点酶工程的发展方向和趋势（理解）酶在生物技术领域的用途:用酶除去细胞壁,如用溶菌酶除去细菌细胞壁;酶在大分子切割方面应用,如限制性内切核酸酶.DNA外切核酸酶;酶在分子拼接方面的应用，如DNA连接酶、DNA聚合酶第二章酶的发酵工程一、学习的目的与规定规定学生掌握酶生物合成的诱导作用、酶生物合成的反馈阻遏作用。
掌握酶发酵工艺条件及其控制，理解酶发酵动力学。
酶的发酵生产:通过预先设计,通过人工操作,运用微生物的生命活动获得所需的酶的技术过程,称为酶的发酵生产液体深层发酵:采用液体培养基,置于生物反映器中,通过灭菌,冷却后,接种产酶细胞,在一定的条件下,进行发酵,生产得到所需的酶,液体深层发酵不仅适合于微生物细胞的发酵生产,也可用于植物细胞和动物细胞的培养,液体深层发酵的机械化限度高,技术管理较严格,酶的产率较高,质量较稳定,产品回收率高,是目前酶发酵生产的重要方式酶的发酵生产根据微生物的培养方式可分为:固体培养发酵.液体深层发酵.固定化微生物细胞发酵和固定化微生物原生质体发酵提高酶产量的措施有哪些一方面要选育或选择使用优良的产酶细胞,打破酶合成调节限制的方法:1通过条件控制提高酶产量:添加诱导物.减少阻遏物浓度2通过基因突变提高酶产量:使诱导型变为组成型,使阻遏型变为去阻遏型3其它提高酶产量的方法:添加表面活性剂.添加产酶促进剂二、考核知识点与考核目的共阻遏物:酶催化作用的产物或代谢物途径的末端产物使该酶的生物合成受阻.引起反馈阻遏的物质,称为共阻遏物1、重点（1）分解代谢物的阻遏作用（应用）是由分解代谢物（葡萄糖和其他容易运用的碳源等物质通过度解代谢而产生的物质）引起的阻遏作用。
酶工程重点汇总
第一章绪论酶：生物细胞产生的，具有催化能力的生物大分子。
酶分两大类：主要由蛋白质组成——蛋白类酶（P酶）主要由核糖核酸组成——核酸类酶（R酶）酶工程：研究酶的生产与应用的技术过程。
酶工程分两大类：化学酶工程与生物酶工程第二章酶学基本原理1.酶的分类:氧化还原酶,转移酶,水解酶,裂合酶 ,异构酶,合成酶。
2.新酶:核酸酶:是唯一的非蛋白酶。
它是一类特殊的RNA，能够催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及逆反应。
抗体酶:抗体通过对抗原的包裹、降解等作用使抗原失活，其生物特性十分类似于酶3.根据酶的组成分为单纯蛋白酶，结合蛋白酶4.根据酶蛋白分子的特点，可将酶分为：单体酶，寡聚酶，多酶复合物5.根据金属离子与酶蛋白结合程度，可分为：金属酶和金属激酶6.结合蛋白酶的组成：酶蛋白、辅酶,辅基和金属离子。
结合蛋白酶的蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分包括辅酶、辅基及金属离子(统称为辅因子)。
7.全酶：酶蛋白与辅因子组成的完整分子称为全酶。
单纯的酶蛋白无催化功能。
一般来说，全酶中的辅酶决定了酶所催化的类型（反应专一性），而酶蛋白则决定了所催化的底物类型（底物专一性）。
8.金属酶中离子催化作用 :1. 提高水的亲核性能 2.电荷屏蔽作用3.电子传递中间体9.激酶:是一种磷酸化酶类，在ATP存在下催化葡萄糖，甘油等磷酸化。
10.酶蛋白的结构:一级结构：多肽链的氨基酸残基的排列顺序。
（它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的）二级结构：指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象）。
二级结构形式：α－螺旋、β－折叠、β－转角和无规则卷曲等（α－螺旋：同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键。
）三级结构：指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维结构，包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系,骨架和侧链在内的所有原子的空间排列。
四级结构：在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。
酶学与酶工程重点总结
第二章酶学基础一、酶的活性中心(active center，active site)（一）活性中心和必需基团1、与酶活性显示有关的，具有结合和催化底物形成产物的空间区域，叫酶的活性中心，又叫活性部位。
2、活性中心可分为结合部位和催化部位。
3、结合部位决定酶的专一性，催化部位决定酶所催化反应的性质。
4、酶结构概述（1）活性中心是一个三维实体。
（2）是有一些一级结构上可能相距较远的氨基酸侧链基团组成，有的还包含辅酶或辅基的某一部分基团。
（3）在酶分子表面呈裂缝状。
（4）酶活性中心的催化位点和结合位点可以不止一个。
（5）酶活性中心的基团都是必需基团，但必需基团还包括活性中心以外的基团。
5、酶分子中的氨基酸残基或其侧链基团可以分为四类1．接触残基2．辅助残基3．结构残基4．非贡献残基（二）酶活性中心中的化学基团的鉴别1．非特异性共价修饰：某些化学试剂能使蛋白质中氨基酸残基的侧链基团反应引起共价结合、氧化或还原修饰反应，使基团结构和性质发生变化。
如果某基团修饰后不引起酶活力的变化，就可初步认为此基团可能是非必需基团；反之，如修饰后引起酶活力的降低或丧失，则此基团可能是酶的必需基团。
2．亲和标记共价修饰剂是底物的类似物，可专一性地引入酶的活性中心，并具有活泼的化学基团(如卤素)，可与活性中心的基团形成稳定的共价键。
因其作用机制是利用酶对底物类似物的亲和性而将酶共价标记的，故称为亲和标记。
3．差别标记在过量底物或可逆抑制剂遮蔽活性中心的情况下，加入共价修饰剂，使后者只修饰活性中心以外的有关基团；然后去除底物或可逆抑制剂，暴露活性中心，再用同位素标记的向一修饰剂作用于活性中心的同类基团；将酶水解后分离带有同位素的氯基酸，即可确定该氨基酸参与活性中心。
4．蛋白质工程这是研究酶必需基闭和活性中心的最先进方法，即将酶蛋白相应的互补DNA(cDNA)定点突变，此突变的cDNA表达出只有一个或几个氨基酸被置换的酶蛋白，再测定其活性，可以知道被置换的氨基酸是否为活力所必需。
酶工程第一章酶学基础知识PPT课件
酶的生产方式
01 02
微生物发酵
通过微生物发酵生产酶是一种常见的方法。不同微生物具有不同的代谢 途径和酶系，可以产生不同类型的酶。通过选择适当的微生物和发酵条 件，可以大规模生产酶。
酶的分离纯化
通过各种分离纯化技术手段，从生物材料中 提取和纯化酶。
酶的改造
通过基因工程技术手段对酶进行改造，以提 高酶的催化效率和稳定性。
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在特定载体上，实现酶 的重复利用和连续化生产。
酶的生产与应用
通过生物工程技术手段实现酶的工业化生产， 并将其应用于各个领域。
酶工程的应用领域
1980年代
随着分子生物学和生物工程技术的迅速发展，酶 工程领域取得了重大突破，实现了酶的大规模生 产和应用。
02
酶的结构与功能
酶的活性中心
02
01
03
酶的活性中心是酶分子中与底物结合并催化反应的区 域，通常由少数几个氨基酸残基组成。
这些氨基酸残基在空间结构上相互接近，形成一个凹 陷的空腔，能够与底物特异结合。
酶的活性中心具有催化作用，能够降低反应的活化能 ，加速化学反应速率。
酶的专一性
酶的专一性是指酶只能催化一 种或一类化学反应的性质。
酶的专一性分为绝对专一性和 相对专一性，绝对专一性是指 酶只催化一种底物反应，相对 专一性是指酶对底物的结构有 一定选择性。
酶的专一性是由酶的活性中心 决定的，活性中心的空间结构 和化学组成决定了酶对底物的 选择性。
03
拓展酶的应用领域，将酶应用 于生物医药、食品工业、纺织 工业等领域，提高产品质量和 降低环境污染。
2酶工程酶学基础PPT课件
COOH
丙酮酸
D－乳酸
.
31
绝对专一性
绝对专一性的另一个典型例子是天门冬氨酸氨裂合酶 [ EC 4.3.1.1 ] ,此酶仅 仅作用于L-天门冬氨酸，经过脱氨基作用生成延胡索酸（反丁烯二酸）及其 逆反应：
COOH
|
CH2
HOOC－C－H
|
天门冬氨酸氨裂合酶
||
H－C－NH2 ============= |
直接有关的部位。
结合基团
专一性
活性部位
必需基团
催化基团 催化性质
维持酶的空间结构
.
25
.
26
.
27
.
28
四、酶催化作用的特点
与非酶催化剂相比，酶具有如下显著特性 1、催化专一性强 2、催化作用效率高 3、催化作用条件温和
.
29
1.酶的催化专一性强
一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进 行某种类型的反应
.
7
第 3 大类，水解酶(Hydrolases)
催化各种化合物加水分解的酶称为水解酶。其反应通 式为：
AB ＋ H2O ＝ AOH ＋ BH 该大类酶的系统命名是先写底物名称，再写发生水解 作用的化学键位置，后面加上“水解酶”，例如，核 苷酸磷酸水解酶，表明该酶催化反应的底物是核苷酸， 水解反应发生在磷酸酯键上。
该大类酶的系统命名为“底物-裂解的基团-裂合酶”，如 L-谷氨 酸 1-羧基-裂合酶，表明该酶催化L-谷氨酸在 1-羧基位置发生裂 解反应。
推荐名是在裂解底物名称后面加上“脱羧酶” （ decarboxylase）、“醛缩酶”（aldolase）、“脱水酶” （dehydratase）等，在缩合反应方向更为重要时，则用“合 酶”( synthase) 这一名称。如谷氨酸脱羧酶（L-谷氨酸 ＝ γ-氨 基丁酸 ＋ CO2），苏氨酸醛缩酶（ L-苏氨酸＝ 甘氨酸 ＋ 乙 醛），柠檬酸脱水酶（ 柠檬酸 ＝ 顺乌头酸 ＋ 水），乙酰乳酸 合酶（ 2-乙酰乳酸 ＋ CO2 ＝ 2-丙酮酸）。
酶工程复习题
酶工程复习题第一章绪论填空：1.日本称为“酵素”的东西，中文称为酶，英文则为Enzyme，是德国科学家Kűhne于1878年首先使用的。
2.1926年，萨姆纳（Sumner）首先制得脲酶结晶，并指出酶的本质是蛋白质。
他因这一杰出贡献，获1947年度诺贝尔化学奖。
3. 1982年，Thomas R.Cech等人发现四膜虫细胞的26S rRNA前体具有自我剪接功能，将这种具有催化活性的天然RNA称为核酶—Ribozyme。
4. 1894年，高峰让吉（Takamin）用麸皮培养米曲霉制造淀粉酶作消化剂，开创了有目的的进行酶生产和应用的先例。
5. 1969年，日本的千畑一郎首次在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸分离L-氨基酸。
6.1971年，第一届国际酶工程会议把酶的生产与应用确认为酶工程的核心内容。
7.根据分子中起催化作用的主要组分的不同，酶可以分为蛋白类酶和核酸类酶。
名词解释：酶：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。
选择：1.酶工程是（C ）的技术过程A.利用酶的催化作用将底物转化为产物B.通过发酵生产和分离纯化获得所需酶C.酶的生产与应用D.酶在工业上大规模应用2.核酸类酶是（D ）A.催化RNA进行水解反应的一类酶B.催化RNA进行剪接反应的一类酶C.由RNA组成的一类酶D.分子中起催化作用的主要组分为RNA的一类酶第二章酶学基础填空：1.1961年国际酶学委员会（International Commission of Enzymes）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：氧化还原酶Oxidoreductase；转移酶Transferase；水解酶hydrolase；裂合酶Lyase；异构酶Isomerase；合成酶Synthetase。
2.酶催化作用的特点：温和性、专一性、高效性、可调性.3.根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，可把抑制作用分为两大类：不可逆的抑制作用和可逆的抑制作用。
酶工程【基础型】培训资料
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酶工程
目录
1 酶和酶工程 2 酶的生产 3 酶的别离提纯 4 酶的固定化技术 5 酶的应用
一、酶和酶工程
1、酶 概念：活细胞产。。。。。。 化学成分： 命名： 特性：
一、ห้องสมุดไป่ตู้和酶工程
2、酶工程
〔1〕概念：酶工程是一项借助生物反 响装置和工艺过程来生产人类所需酶产 品的现代生物技术。
如：免疫缺陷综合症缺少腺苷脱氨酶 苯丙酮尿症缺少苯丙氨酸羟化酶 L-天冬氨酸酶用于治疗白血病等。
〔2〕用于疾病的诊断及监测
葡萄糖氧化酶 如：测尿糖的酶试纸
过氧化氢酶
五、酶的应用
浅蓝、浅绿、棕色或深棕色
少
多
谢谢
载体结合法 交联法 包埋法
思考：为什么要将酶固定起来呢？ 1、提高酶的反复使用效率 2、提高产品的纯度〔酶与底物易别离〕
五、酶的应用
1、酶在工业方面的应用 用于加工和生产一些产品
如：洗涤剂 蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶
2、酶在环境保护方面的应用
如：降解高分子化合物
五、酶的应用
3、酶在医疗方面的应用
〔1〕作为药品用于治疗或缓解疾病
酶的生产 酶的别离纯化 （2）主要内容 酶的固定化 酶的应用
二、酶的生产
1、主要来源：微生物 生长繁殖快、培养本钱低
2、方法：微生物发酵法 固体发酵
液体深层发酵
三、酶的别离提纯 根本步骤
四、酶的固定化技术
1、概念 将酶固定在不溶于水的承载物上，或 使酶交联在一起，又能发挥其催化作 用的技术。
四、酶的固定化技术 2、酶固定化的方法
酶工程基础(2)
将已知数据代入上式中，求得
k 0.0202 min-1
当 t=3min时，可以求得
S 0.94 10 5 mol/L
xS=6 %
P 6% S 0 6 10 7 mol/L
（2）当[S0]为1×10-6mol/L 时，仍可视为一 级反应， ∴t=3 min时，同样可求得
r
t0
t
max
dt
S
S
0
K M S d S S
S 0 S S rmax t 2.3K M log 0 S
式中：[S]为时间t时的基质浓度 上式可改写为 :
S 2.303 1 log 0 S t KM
K m 和 rmax 值。 试从测定结果求这个酶反应的
1 解：从表S及r值，计算得 及 1 值，作图。从连接各点所 r S 得的直线，求得 rm ax 5.14 10 4 (M ) K M 1.2 10 2 M 分
根据化学动力学理论，反应速率通常以 单位时间、单位反应体系中某一组分的 变量来表示。对均相酶的催化反应，单 位反应体系常用单位体积表示。 反应的速率可表示为
1 dns rs v dt
1 dnp rp v dt
rs：底物S的消耗速率（mol/L﹒s） rp：产物P生成速率（mol/L﹒s） v：反应体系的体积（L） ns、np：底物S和产物P的质量（mol） t：时间（s）
根据质量作用定律，P的生成速率可表示 为：
rp k 2 ES
速率控制步骤在反应动力学中是一个重 要的概念。在一个多步骤的反应体系中，其 中反应速率最慢的一步称为速率的控制步骤， 并且控制步骤的速率决定了该反应的速率。
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第 6 大类，合成酶(Synthetases) 或称连接酶(Ligases)
合成酶 是伴随着ATP等核苷三磷酸的水解，催化两个分子进行连 接反应的酶。其反应通式为： A + B + ATP ＝ AB + ADP + Pi （或 A + B + ATP ＝ AB +AMP +PPi） 该大类酶的系统命名是在两个底物的名称后面加上“连接酶”。 如 谷氨酸：氨连接酶，其催化反应式为： L-谷氨酸 + 氨 + ATP == L-谷氨酰胺 + ADP +Pi。 推荐名则是在合成产物名称之后加上“合成酶”。如，天门冬酰 胺合成酶，其催化反应式为： L-天门冬氨酸 + 氨 +ATP == L-天门冬酰胺 + AMP +PPi。
2）相对专一性
1）绝对专一性
一种酶只能催化一种底物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。当酶作用的底 物含有不对称碳原子时，酶只能作用于异构体的一种。这种绝对专一性称为立体异构专一性。 例如，乳酸脱氢酶 [ EC 1.1.1.27 ] 催化L－乳酸脱氢反应生成丙酮酸： CH3 CH3 | 乳酸脱氢酶 | C＝O =============== H－C－OH | | COOH NADH NAD COOH 丙酮酸 L－乳酸
第一章
酶学基础
第一节 酶的结构和性质
一、 酶的命名和分类
1. 习惯命名 1) 依据底物来命名：蛋白酶、淀粉酶
有时加上酶的来源，如 胃蛋白酶，胰蛋白酶。
2) 依据催化反应的性质命名： 水解酶、转氨酶、氧化酶、脱羧酶
3) 结合上述两个原则命名：丙酮酸脱羧酶
2. 国际系统命名
基本原则：每一种酶都有一个系统名称。应明确标 明酶作用底物，及所催化反应性质两部分（底物为水时 可略去不写）。 酶国际系统命名法举例：谷丙转氨酶：
核酸类酶的分类
1、根据酶催化的底物是其本身RNA分子还是其它分子，可 以将R酶分为： 分子内催化R酶,也称为自我催化R酶 （in cis ribozyme） 分子间催化R酶（in trans ribozyme ） 2、根据酶催化反应的类型，可以将R酶分为： 剪切酶(cleavage ribozyme) 剪接酶(splicing ribozyme) 多功能酶 (multifunction ribozyme)
第 4 大类，裂合酶(Lyases)
催化一个化合物裂解成为两个较小的化合物及其逆反应的酶成为 裂合酶。其反应通式为： AB ＝A ＋ B 一般裂合酶在裂解反应方向只有一个底物，而在缩合反应方向却 有两个底物。催化底物裂解为产物后，产生一个双键。 该大类酶的系统命名为“底物-裂解的基团-裂合酶”，如 L-谷氨 酸 1-羧基-裂合酶，表明该酶催化L-谷氨酸在 1-羧基位置发生裂 解反应。 推荐名是在裂解底物名称后面加上“脱羧酶” （ decarboxylase）、“醛缩酶”（aldolase）、“脱水酶” （dehydratase）等，在缩合反应方向更为重要时，则用“合 酶”( synthase) 这一名称。如谷氨酸脱羧酶（L-谷氨酸 ＝ γ -氨 基丁酸 ＋ CO2），苏氨酸醛缩酶（ L-苏氨酸＝ 甘氨酸 ＋ 乙 醛），柠檬酸脱水酶（ 柠檬酸 ＝ 顺乌头酸 ＋ 水），乙酰乳酸 合酶（ 2-乙酰乳酸 ＋ CO2 ＝ 2-丙酮酸）。
第 2大类，转移酶（Transferases）
• 催化某基团从供体化合物转移到受体化合物上的酶称
为转移酶。其反应通式为： AB ＋ C ＝ A ＋ BC
• 其系统命名是酸氨基转移酶 ，表明该酶催化氨 基从L-丙氨酸转移到 2-酮戊二酸。 • 推荐名为“受体（或供体）某基团转移酶，例如，丙 氨酸氨基转移酶（其催化反应式为: L-丙氨酸 ＋ 2-酮 戊二酸 ＝ 丙酮酸 ＋ L-谷氨酸）等。
自我剪接酶（self-splicing ribozyme） RNA剪切酶(RNA cleavage DNA剪切酶(DNA cleavage 多肽剪切酶(peptide cleavage
ribozyme)
ribozyme)
◆国际分类的盲区：忽略了酶的物种差异和组
织差异
SOD： EC 1.15.1.1，只有一个名称和编号 2O2-+2H+→H2O2+O2 三类不同的SOD： CuZn-SOD 真核生物细胞质中 Mn-SOD 真核生物线粒体中和原核细胞中 Fe-SOD 原核细胞中 同是CuZn-SOD，来自牛红细胞与猪红细胞的，其一级结构也有很大不同。 ★在讨论一个具体的酶时，应对它的来源与名称一并加以说明。
而对D－天门冬氨酸和马来酸（顺丁烯二酸）都一概不作用。
三. 酶的分类与命名
氧化还原酶(oxidoreductases) 转移酶(transferases) 水解酶(hydrolases) 裂合酶(lyases ) 异构酶(isomerases) 合成酶(synthetases) 或连接酶(ligases)
蛋白类酶 （proteozyme）
酶 （enzyme） ribozyme） 分子内催化R酶 （in cis ribozyme） 核酸类酶 ribozyme) (ribozyme） 分子间催化 R酶 自 我 剪 切 酶 （ self-cleavage
二、酶的化学本质及其组成
1. 绝大多数酶是蛋白质主要依据： （1）酶的分子质量很大；
（2）酸水解的产物是氨基酸，能被蛋白酶水解 失活； （3）酶具有两性性质：在不同pH下解离成不同 离子状态，都有特定等电点。 （4）具有蛋白质的一切共性，凡是能使蛋白质 变性的因素都能使酶变性；
2. 酶的组成 单纯酶 酶
结合酶 （全酶）= 酶蛋白 + 辅助因子
辅酶 辅助因子 辅基 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 与酶蛋白结合得紧密的小分子有机物。
金属激活剂 金属离子作为辅助因子。 酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。
辅助因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。
种类少
三、 酶的分子结构
一级结构：多肽链上氨基酸的排列顺序。
乳酸脱氢酶 EC
1.
1.
1.
27
第1大类，氧化还原酶 第1亚类，氧化基团CHOH 第1亚亚类，H受体为NAD+ 该酶在亚亚类中的流水编号
1、蛋白类酶(P酶)的分类与命名
按照酶催化作用的类型，将蛋白类酶分为 6 大类。 第 1 大类，氧化还原酶； 第 2大类，转移酶； 第 3 大类，水解酶； 第 4 大类，裂合酶； 第 5 大类，异构酶； 第 6 大类，合成酶（或称连接酶）。
第1大类：氧化还原（ Oxidoreductases）
催化氧化还原反应的酶称为氧化还原酶。其催化反应通式为： AH2 ＋ B ＝ A ＋ BH2 被氧化的底物（AH2）为氢或电子供体，被还原的底物（B）为 氢或电子受体。 系统命名时，将供体写在前面，受体写在后面，然后再加上氧 化还原酶字样，如醇：NAD＋氧化还原酶，表明其氢供体是醇， 氢受体是NAD＋。 其推荐名采用某供体脱氢酶，如醇脱氢酶 （Alcohol dehydrogenase）, 其催化反应式为: 醇 ＋ NAD＋ ＝ 醛或酮 ＋ NADH ＋ H＋；或某受体还原酶，如延胡索酸还原酶 （ Fumarate reductase）, 其催化反应式为: 琥珀酸 ＋ NAD＋ ＝延胡索酸 ＋ NADH ＋ H＋ ；以氧作氢受体时则用某受体氧 化酶的名称，如葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase）, 其催化反 应式为: 葡萄糖 ＋ O2 ＝ 葡萄糖酸 ＋ H2O2等。
第 5 大类，异构酶 (Isomerases)
催化分子内部基团位置或构象的转换的酶称为异构酶。其反应 通式为： A＝B。 异构酶按照异构化的类型不同，分为 6 个亚类。命名时分别在 底 物 名 称 的 后 面 加 上 异 构 酶 （ isomerase）， 消 旋 酶 （racemase）、变位酶（mutase）、表异构酶（epimerase）、 顺反异构酶（cis-trans-isomerase）等。 例如，木糖异构酶（其催化反应式为: D-木糖＝D-木酮糖）， 丙氨酸消旋酶（ L-丙氨酸 ＝ D-丙氨酸），磷酸甘油酸磷酸变 位酶（2-磷酸-D-甘油酸 ＝ 3-磷酸-D-甘油酸），醛糖 1-表异 构酶（α-D-葡萄＝β-D-葡萄糖），顺丁烯二酸顺反异构酶（顺 丁烯二酸 ==反丁烯二酸）等。
而D－乳酸脱氢酶 [ EC 1.1.1.28 ]却只能催化D－乳酸脱氢生成丙酮酸 CH3 CH3 | D－乳酸脱氢酶 | C＝O ============== HO－C－H | | COOH NADH NAD COOH 丙酮酸 D－乳酸
绝对专一性
绝对专一性的另一个典型例子是天门冬氨酸氨裂合酶 [ EC 4.3.1.1 ] ,此酶仅 仅作用于L-天门冬氨酸，经过脱氨基作用生成延胡索酸（反丁烯二酸）及其 逆反应： COOH | CH2 HOOC－C－H | 天门冬氨酸氨裂合酶 || ＋ NH3 H－C－NH2 ============= H－C－COOH | COOH （L－天门冬氨酸） （延胡索酸） （氨）
分子内催化的R酶 （in cis ribozyme)
分子内催化的R酶是指催化本身RNA分子进行反应的一 类核酸类酶。该大类酶均为RNA前体。由于这类酶是催 化分子内反应，所以冠以“自我”（self）字样。 根据酶所催化的反应类型,可以将该大类酶分为： （1）自我剪切酶( Self-cleavage ribozyme) 自我剪切酶是指催化本身RNA进行剪切反应的R酶。 （2）自我剪接酶（self-splicing ribozyme） 自我剪接酶是在一定条件下催化本身 RNA 分子同 时进行剪切和连接反应的R酶
分子间催化的R酶（in trans ribozyme ）
分子间催化的R酶是催化其它分子进行反应的核酸类酶。 根据所作用的底物分子的不同，可以分为若干亚类 : RNA剪切酶(RNA cleavage ribozyme) DNA剪切酶(DNA cleavage ribozyme) 多肽剪切酶(peptide cleavage ribozyme) 多糖剪接酶(polysaccharide splicing ribozyme) 多功能R酶(multifunction ribozyme) 其它R酶（other ribozyme）