第四章 酶学概论

Oropon
1908年O.勒姆申 请了第一个软化 酶制剂Oropon的 专利 。商品酶制 剂Oropon的成功 开发和应用可以 认为是酶制剂在 制革中使用的一 个里程碑
酶是活细胞产生的一类具有催化功能的蛋白质（核酸 ），亦称为生物催化剂Biocatalysts。绝大多数的酶 都是蛋白质
酶的分类
酶的催化反应特征 酶的结构与功能 酶的高效作用机理
3.水解酶类(hydrolases)指催化底物发生水解反应的酶 类。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。
酶的分类
以酶反应的催化类型分： 4.裂解酶类(lyases)指催化一个底物分解为两个 化合物，例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。
5.异构酶类(isomerases)指催化各种同分异构体 之间相互转化的酶类。例如，磷酸丙糖异构 酶、消旋酶等。
微生物生长繁殖的控制
物 理因素
温度是通过影响微生物膜的液晶 结构、酶和蛋白质的合成与活性， 以及RNA的结构和转录等影响微生 物的生命活动。 当温度超过微生物生长的最高温 度或低于生长的最低温度都会对微 生物产生杀灭作用或抑制作用
温度

微生物生长繁殖的控制
物 理因素
水是一切生物进行正常生命活动的必 要条件。缺水的干燥环境不适于微生物 生活，长期失水将导致死亡。 渗透压主要影响溶液中水的可给性， 若环境溶液中的溶质含量过高，渗透压 过大，也将抑制微生物的生长繁殖 可利用水量的多少不仅取决于水的含量 ，而且主要决定于水与溶质或固体间的 关系。水的活度是用来表示环境中水对 微生物生长可给性高低的指标
生长曲线：细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样 测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数的对数为 纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数 变化规律的曲线
微生物生长的规律
迟缓期
细胞处于活跃生长中，只是 分裂迟缓 生长繁殖的速度几乎等于零 细胞形态增大，杆菌的长度 增加。 细胞内核酸含量增加，原生 质呈嗜碱性。 合成代谢活跃，核糖体、酶 类合成加快，易产生诱导酶。 对外界不良条件，如温度和 抗生素等反应敏感
醇类

微生物生长繁殖的控制
化学因素
能与蛋白质氨基酸中的多种基团( 如－NH2、－OH、－COOH和－SH 等 )共价结合而使其变性。 甲醛在高浓度下可杀死芽孢，其缺 点是对眼睛及粘膜组织有刺激作用， 穿透性能差，作用慢,有令人不愉快的 气味。 戊二醛具有较小的刺激性和异味， 用2％的溶液可以在10min内杀死细菌 、结核分枝杆菌和病毒，在3～10h内 可杀死细菌芽孢 ，是目前杀菌能力较 高的一种化学药剂，常用于医用器械 和用具的消毒
酶的催化反应特征
酶与一般催化剂的不同点：
1
高度专一
2 3
高效性 反应条件温和
酶的催化反应特征
1
高度专一
酶的底物专一性即特异性（substrate specificity）指酶对它所作用的底物有严格的选 择性。一种酶只能作用于某一种或某一类结构 性质相似的物质。 酶对底物和催化的反应有严格的选择性。
pH

微生物生长繁殖的控制
物 理因素
超声波

紫外线有较强的杀菌和诱变作用，其 最强作用波段为265～266nm，这也是 核酸的最大吸收峰波段。 紫外线的主要作用: 使细胞核酸和原生 质发生光化学反应，导致相邻的胸腺 嘧啶(T)形成二聚体，形成嘧啶水合物 和使DNA发生断裂和交联，从而干扰 核酸的复制。进而导致微生物的变异 和死亡
酶的催化反应特征 1 高度专一
结构专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作 结构专一性：有些酶对底物的要求非常严格，只作 用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性 用于一个特定的底物。这种专一性称为绝对专一性 ；如尿酶 反应专一性：有些酶的作用对象不是一种底物，而 是一类化合物或一类化学键。这种专一性称为相对 专一性 专一性；如脂肪酶
微生物生长的规律
衰亡期
营养物质耗尽和有毒代 谢产物的大量积累，细菌 死亡速率超过新生速率， 整个群体呈现出负增长。 该时期死亡的细菌以对 数方式增加，但在衰亡期 的后期，由于部分细菌产 生抗性也会使细菌死亡的 速率降低，仍有部分活菌 存在。 特点： 细菌代谢活性降低； 细菌衰老并出现自溶 产生或释放出一些产 物；如氨基酸、转化酶 、外肽酶或抗生素等。 菌体细胞也呈现多种 形态，有时产生畸形， 细胞大小悬殊；

微生物生长繁殖的控制
生长是微生物与外界环境因子共同作用的 结果。在一定限度内环境因子变化会引起微 生物形态、生理或遗传特性发生变化。
超过一定限度的环境因子变化，常常导致 微生物死亡。反之，微生物在一定程度上也 能通过自身活动，改变环境条件,以适合于 它们的生存和发展。
影响微生物生长的环境条件主要有物理、 化学和生物因子。
卤化物

微生物生长繁殖的控制
化学因素
重金属离子

重金属离子具有很强的杀 菌效力，其中尤以Hg＋、Ag＋ 和Cu 2＋最强。重金属离子进 入细胞后主要与酶或蛋白质 使之变性。 微量的重金属离子还能在 细胞内不断累积并最终对生 物发生毒害作用。
微生物生长繁殖的控制
化学因素
氧化剂

通过对细胞成分的氧化作用达到 杀菌目的。 高锰酸钾（0.1%)和过氧化氢常用 作卫生和实验室消毒剂，后者还可 用作食品包装材料和镜片的杀菌。 臭氧（O3)是很强的氧化剂，常用 作饮水消毒 过氧化苯酰有时可用于厌氧菌感 染的伤口消毒
立体专一性：一种酶只能作用于一种立体异构体， 或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性。 或只能生成一种立体异构体；如 L-氨基酸氧化酶
酶的催化反应特征
1
高度专一
锁钥假说 锁钥假说认为整个酶 分子的天然构象是具有 刚性结构的，酶表面具 有特定的形状。酶与底 物的结合如同一把钥匙 对一把锁一样。 此学说可以较好的解 释酶的立体异构专一性
质变过程
微生物生长的规律 如果各细胞组 分是按恰当的 比例增长时， 则达到一定程 度后就会发生 繁殖，引起个 体数目的增加
合适的 外界条 件，吸 收营养 物质， 进行代 谢
同化
>异化
个体的生长 ，原生质的 总量（重量 、体积、大 小）就不断 增加
群体生长
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群体内各个个体 的进一步生长
微生物生长的规律
酶反应动力学 酶活力测定 制革常用酶制剂
酶的分类
以酶反应的催化类型分： 氧化还原酶
转移酶类
水解酶类
裂合酶类
异构酶类 连接（合成）酶类
酶的分类
以酶反应的催化类型分：
1.氧化还原酶类(oxidoreductases)指催化底物进行氧 化还原反应的酶类。例如细胞色素氧化酶、过氧化 氢酶等。 2.转移酶类(transferases)指催化底物之间进行某些基 团的转移或交换的酶类。如转甲基酶、转氨酸等。
第四章
制革酶化学
微生物生长的规律
繁殖 生长 生物个体物质 有规律地、不 可逆增加，导 致个体体积扩 大的生物学过 程 量变过程
生物个体生长到 一定阶段，通过 特定方式产生新 的生命个体，即 引起生命个体数 量增加的生物学 过程。
在高等生物里这两 个过程可以明显分 开，但在低等特别 是在单细胞的生物 里，由于细胞小， 这两个过程是紧密 联系又很难划分的 过程
水和渗透压

微生物生长繁殖的控制
物 理因素
微生物生长繁殖的控制
物 理因素 ｐH值或氢离子浓度对微生物的作用 表现在:(1)影响细胞质膜电荷和养料吸 收。如在酸性环境中，乙酸能进入细 胞，而在中性或碱性环境中，乙酸离 子化，不能进入细胞；(2) 影响酶的活 性；(3)改变环境中养料的可给性或有 害物质的毒性。 苯甲酸、乳酸等有机酸常用作防腐 剂。 石灰常用于卫生消毒。
微生物生长繁殖的控制
化学因素
按杀菌力排列的顺序是：F＞CL＞Br ＞I 碘可能通过与细胞中酶和蛋白质中的 酪氨酸的结合而发挥作用，它对细菌、 真菌、病毒和芽孢均有较好的杀菌效果 。 氯气广泛用于饮水、游泳池和垃圾场 的消毒。 漂白粉和次氯酸钠中有效成分是次氯 酸根离子，也常用作食品、器具、家庭 用具、车间、牛奶场、少量饮水的就地 处理和实验室的消毒剂。 有机氯化物中的氯胺和双氯胺也是较 好的卫生和空气消毒剂。
抑菌剂
不破坏细胞结构而只干扰新细胞物 质合成和微生物生长繁殖的化学药 剂称为抑菌剂
微生物生长繁殖的控制
化学因素
其作用主要是损伤微生物 的细胞膜，钝化酶和使蛋 白质变性。 使用最早的是苯酚 酚及其衍生物

微生物生长繁殖的控制
化学因素
能溶解细胞质膜中的类脂, 破坏膜结构并使蛋白质变性 ，但对芽孢和无包膜病毒 的 杀菌效果较差。 目前应用最为广泛的是乙 醇，浓度70%时灭菌力最强， 效果最好。酒精浓 度过高， 则会在菌体表面形成一层蛋 白膜,妨碍酒精分子进入细胞 内，影响杀菌效果。
微生物生长的规律
稳定期
储存糖原等细胞质内 含物，芽孢杆菌在此阶 段形成芽孢或建立自然 感受态等。
发酵过程积累代谢产 物的重要阶段，某些放 线菌抗生素的大量形成 也在此时期。

由于营养物质消耗 ，代谢产物积累和 pH等环境变化，逐 步不适宜于细菌生 长，导致生长速率 降低直至零(即细菌 分裂增加的数量等 于细菌死亡数)
微生物接种到一个 新的环境，暂时缺 乏分解和催化有关 底物的酶，或是缺 乏充足的中间代谢 产物等。为产生诱 导酶或合成中间代 谢产物，就需要一 段适应期。
微生物生长的规律
对数生长期
又称指数增长期，是指在生长曲线中，紧接着适应期 的一个细胞以几何级数速度分裂的时期 （1）生长繁殖速度快，活菌的数目呈对数增长， 世代时间最短，且在这个时期内均匀一致。 （2）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均 匀。 （3）酶系活跃，代谢旺盛。 （4）在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致， 最代表种的特征。 （5）微生物的生化特性均匀一致，并且典型。
6.合成酶类(连接酶类，ligases)指催化两分子 底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联 有ATP的磷酸键断裂的酶类。例如，谷氨酰胺 合成酶、氨基酸：tRNA连接酶等。
酶的催化反应特征
酶与一般催化剂的共同点：
①能催化热力学上允许进行的化学反应， 而不能实现那些热力学上不能进行的反 应； ②能缩短反应达到平衡所需的时间，而不 能改变平衡点； ③ 一般情况下，对可逆反应的正反两个方 向的催化作用相同。
微生物生长繁殖的控制
化学因素
（1）破坏细胞结构，如苯酚 和乙醇等 控制微生 物的生长

（2）干扰细胞的能量代谢， 如重金属、一氧化碳和氰化物
（3）干扰细胞物质的合成， 如磺胺、氨基酸和核苷酸类似 物等
微生物生长繁殖的控制
化学因素
通过破坏微生物细胞结构或代谢机能 杀菌剂 而杀死微生物的化学药剂称为杀菌剂
辐射

微生物生长繁殖的控制
制革酶化学
粪便软化法
发汗法脱毛 早期曾使用的“ 发汗法”脱毛是 利用在温暖潮湿 的环境中，皮上 的微生物生长繁 殖过程中分泌的 蛋白酶的作用而 产生脱毛效果 用狗或鸡粪来处 理裸皮，使其软 化，该方法很难 控制，裸皮易受 到损害甚至腐烂 。后来研究发现 粪便的软化作用 是由于细菌蛋白 酶的作用
微生物生长繁殖的控制
物 理因素
超声波是振动频率超过2万Hｚ的声 波。它能通过强烈的振动使细胞破裂 ，细胞内含物外泄而死亡。
超声波的破碎效果与处理功率、频 率、次数、时间、微生物类型及其生 理状态等因素有关。
辐射

微生物生长繁殖的控制
物 理因素 X射线、γ射线、α射线和β射线等。它 们的共同特点是波长短、能量大，能使 被照射的物质分子发生电离作用产生自 由基，自由基能与细胞内的大分子化合 物作用使之变性失活。 α射线是带正电的氦核流，有很强的电 离作用，但穿透能力很弱。 β射线是带负电荷的电子流，穿透力虽 大，但电离辐射作用弱。 放射性同位素60Co能产生γ射线杀菌， 可用于不耐热食品、塑料制品及草炭吸 附剂等的灭菌。
醛类

微生物生长繁殖的控制
表面活性剂

化学因素 表面活性剂能影响细胞质膜的 稳定性和透性，使细胞的某些必 要成分(如Ｋ＋)流失,导致微生物 生长停滞死亡。 肥皂和洗衣粉是阴离子表面活 性剂，虽杀菌作用不强，但能通 过搓洗过程,使油脂等污物乳化从 而净化皮肤及衣物等表面的微生 物。 杀菌作用较强的是阳离子表面 活性剂，它们均是季胺类化合物 ，如新洁尔灭杀菌剂的有效成分 为溴代十二烷基二甲苄基胺，常 用于卫生和空气消毒。