第七章 酶的应用
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第七章 有机介质中的酶反应.
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。 应 4.可改变反应平衡移动方向 5.可控制底物专一性 6.可防止由水引起的副反应 10.可避免微生物污染。
10
三． 有机相酶反应具备条件
1． 2． 3． 4． 保证必需水含量。 选择合适的酶及酶形式。 选择合适的溶剂及反应体系。 选择最佳pH值。
加入适量的水，能使酶活 性中心的极性和柔性提高， 从而使酶活急剧升高。 再增加含水量时，非但不 会增加酶的催化活力，反 而会引起酶活力的降低。
36
原因
酶分子结构的柔性过大，酶的构象将向疏水环境下热 力学稳定的状态变化，引起酶分子结构的改变而使酶 失去活性。
水分子在活性位点之间形成水束，通过介电屏蔽的作 用，掩盖了活性部位的极性。
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
1
Contents of chapter 6
Go Go
第一节 有机介质中的酶促反应概述 第二节 有机介质中酶促反应的条件 第三节 有机介质对酶性质的影响 第四节 有机介质中酶促反应的应用
Go
26
溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
水活度
结合在其他 组分上的水
气相中的水蒸气
27
采用水活度作为结合水量的衡量有多个优点
1 水活度的大小能直接反映出酶分子结合水的多少
2 反微量水的低水有机溶剂体系是一个涉及含酶和 载体的固相、含底物溶剂的液相和体系空间的气 相等三相系统，可用各相的水活度相等的原则方 便的表示或处理体系的平衡状态 3 可以在反应到达平衡时通过测定体系的气体湿度 比较方便的测定出水活度。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。 应 4.可改变反应平衡移动方向 5.可控制底物专一性 6.可防止由水引起的副反应 10.可避免微生物污染。
10
三． 有机相酶反应具备条件
1． 2． 3． 4． 保证必需水含量。 选择合适的酶及酶形式。 选择合适的溶剂及反应体系。 选择最佳pH值。
加入适量的水，能使酶活 性中心的极性和柔性提高， 从而使酶活急剧升高。 再增加含水量时，非但不 会增加酶的催化活力，反 而会引起酶活力的降低。
36
原因
酶分子结构的柔性过大，酶的构象将向疏水环境下热 力学稳定的状态变化，引起酶分子结构的改变而使酶 失去活性。
水分子在活性位点之间形成水束，通过介电屏蔽的作 用，掩盖了活性部位的极性。
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
1
Contents of chapter 6
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第一节 有机介质中的酶促反应概述 第二节 有机介质中酶促反应的条件 第三节 有机介质对酶性质的影响 第四节 有机介质中酶促反应的应用
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26
溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
水活度
结合在其他 组分上的水
气相中的水蒸气
27
采用水活度作为结合水量的衡量有多个优点
1 水活度的大小能直接反映出酶分子结合水的多少
2 反微量水的低水有机溶剂体系是一个涉及含酶和 载体的固相、含底物溶剂的液相和体系空间的气 相等三相系统，可用各相的水活度相等的原则方 便的表示或处理体系的平衡状态 3 可以在反应到达平衡时通过测定体系的气体湿度 比较方便的测定出水活度。
第七章酶及其动力学
例如
第七章酶及其动力学
丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱氢酶（EⅠ）、硫 辛酰转乙酰酶（EⅡ）和二氢硫辛酰脱氢酶（EⅢ）。
EⅠ EⅡ EⅢ
碱性
EⅠ + EⅡ EⅢ
脲
EⅡ + EⅢ
第七章酶及其动力学
四、酶的分类与命名
1、酶的分类
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据 酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：
C—C键
CH3 C=O COOH
CH3 C=O H
+ CO2
C—O键
CH2COOH
HO—CH—COOH
HCCOOH
HOOCCH
+ H2O
第七章酶及其动力学
C—N键
COOH CH—NH2 CH2 COOH
COOH CH HC + NH3 COOH
5. 异构酶：催化 各种异构体之间的互变。
A
B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
1. 氧化还原酶类：主要催化氢的转移或电子传递的氧化还 原反应。
AH2 + B（O2） A + BH2（H2O2，H2O） （1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
AH2 +B
A +BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ）
第七章酶及其动力学
（2）氧化酶类
①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：
AH2 + O2
A + H2O2（需FAD或FMN）
有关概念
酶促反应 底物（S） 产物（P） 途径 循环 原始底物 中间产物 最终产物
表示方法
S →E P SE P
S＋s－E→1P1 －E→2 Pi －E→i Pn －E→n P
第七章酶及其动力学
丙酮酸脱氢酶系（E.coli）：丙酮酸脱氢酶（EⅠ）、硫 辛酰转乙酰酶（EⅡ）和二氢硫辛酰脱氢酶（EⅢ）。
EⅠ EⅡ EⅢ
碱性
EⅠ + EⅡ EⅢ
脲
EⅡ + EⅢ
第七章酶及其动力学
四、酶的分类与命名
1、酶的分类
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据 酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：
C—C键
CH3 C=O COOH
CH3 C=O H
+ CO2
C—O键
CH2COOH
HO—CH—COOH
HCCOOH
HOOCCH
+ H2O
第七章酶及其动力学
C—N键
COOH CH—NH2 CH2 COOH
COOH CH HC + NH3 COOH
5. 异构酶：催化 各种异构体之间的互变。
A
B
常见的有消旋和变旋、醛酮异构、顺反异构和变位酶类。
1. 氧化还原酶类：主要催化氢的转移或电子传递的氧化还 原反应。
AH2 + B（O2） A + BH2（H2O2，H2O） （1）脱氢酶类：催化直接从底物上脱氢的反应。
AH2 +B
A +BH2（需辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ）
第七章酶及其动力学
（2）氧化酶类
①催化底物脱氢，氧化生成H2O2：
AH2 + O2
A + H2O2（需FAD或FMN）
有关概念
酶促反应 底物（S） 产物（P） 途径 循环 原始底物 中间产物 最终产物
表示方法
S →E P SE P
S＋s－E→1P1 －E→2 Pi －E→i Pn －E→n P
第七章有机介质中的酶反应
定义：在一定温度和压力下，反应体系中的水蒸汽压与
相同条件下纯水的蒸气压之比。该参数直接反应酶分子上 水分的多少，与体系中水含量及所用溶剂无关。
含义：水在体系中的固相（酶，载体），液相（含底物
的溶剂）和气相（液面上部的空间）之间进行分配，达到 平衡时各相水活度相等。
26
溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
例：
当枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制剂（N-Ac-Tyr-NH2） 的水溶液中冻干出来后，再将抑制剂除去，该酶在辛烷中催 化酯化反应的速度比不含抑制剂的水溶液中冻干出来的酶高 100倍，但这样处理的酶在水溶液中其活性与未处理的酶相 同。
22
第二节 有机介质中酶促反应的条件
酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有 催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被 破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层 水化层，以维持其完整的空间构象－必需水 （essential water）。
太多的水会使酶积聚成团，导致疏水性底物较难进入 酶的活性部位，引起传质阻力。
37
二. 酶的选择
1. 酶种类的选择
应具有对抗有机介质变性的潜在能力，在有机 介质中能保持其催化活性构象。
2．酶形式的选择
（1）酶粉：
例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中转酯反应， 发现催化活性随反应体系中酶量的减少而显著增加。
2.可提高酶的稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。
应
10.可避免微生物污染。
4.可改变反应平衡移动方向
5.可控制底物专一性
6.可防止由水引起的副反应
10
三． 有机相酶反应具备条件
1． 保证必需水含量。 2． 选择合适的酶及酶形式。 3． 选择合适的溶剂及反应体系。 4． 选择最佳pH值。
相同条件下纯水的蒸气压之比。该参数直接反应酶分子上 水分的多少，与体系中水含量及所用溶剂无关。
含义：水在体系中的固相（酶，载体），液相（含底物
的溶剂）和气相（液面上部的空间）之间进行分配，达到 平衡时各相水活度相等。
26
溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
例：
当枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制剂（N-Ac-Tyr-NH2） 的水溶液中冻干出来后，再将抑制剂除去，该酶在辛烷中催 化酯化反应的速度比不含抑制剂的水溶液中冻干出来的酶高 100倍，但这样处理的酶在水溶液中其活性与未处理的酶相 同。
22
第二节 有机介质中酶促反应的条件
酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有 催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被 破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层 水化层，以维持其完整的空间构象－必需水 （essential water）。
太多的水会使酶积聚成团，导致疏水性底物较难进入 酶的活性部位，引起传质阻力。
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二. 酶的选择
1. 酶种类的选择
应具有对抗有机介质变性的潜在能力，在有机 介质中能保持其催化活性构象。
2．酶形式的选择
（1）酶粉：
例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中转酯反应， 发现催化活性随反应体系中酶量的减少而显著增加。
2.可提高酶的稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。
应
10.可避免微生物污染。
4.可改变反应平衡移动方向
5.可控制底物专一性
6.可防止由水引起的副反应
10
三． 有机相酶反应具备条件
1． 保证必需水含量。 2． 选择合适的酶及酶形式。 3． 选择合适的溶剂及反应体系。 4． 选择最佳pH值。
第七章_酶的非水相催化
第七章 酶的非水相催化
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
拒接翻版
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1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 3、酶在有机介质中的催化特性 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 5、酶非水相催化的应用
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
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1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 3、酶在有机介质中的催化特性 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 5、酶非水相催化的应用
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
第七章 酶抑制法
酶抑制法是一种常用的农兽药残留检测方法，其原理是利用有机磷和氨基甲酸酯类农药对动物体内乙酰胆碱酯酶的抑制作用。在检测过程中，如果样品中不含农药，则酶活性不被抑制，底物会被酶水解并产生颜色反应；若样品中含有农药，则酶活性受到抑制，底物无法被水解，从而不显色。这种方法通过目测颜色变化或测定吸光度值来计算抑制率，进而判断农药残留情况。虽然文档详细介绍了酶抑制法的应用、酶的基质和显色反应类型以及具体的检测方法，但并未直接讨论竞争性抑制和非竞争性抑制的具体机制。然而，从文档中可以推断出，农药对酶的抑制作用可能涉及到竞争性抑制，即农药与底物竞争酶的活性位点，从而降低酶活性。至于非竞争性抑制，在本文档中未直接提及，但一般指的是抑制剂与酶活性位点以外的部位结合，导致酶活性降低。这两种抑制方式都会对酶的活性产生影响，进而来自响底物的水解和颜色反应的结果。
酶工程 第七章酶的应用 第三节酶在轻工、化工方面的应用
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
饲料用酶的作用 酶制剂在饲料养殖业中的应用是基于如下因素考虑 的： （1）补充同源酶的不足，促进动物的消化吸收，提 高饲料的利用率； 动物饲料是以淀粉、蛋白质等大分子化合物作为营 养源的，由于动物生理上的差异，不同动物消化道中的 酶系不同，数量也很有限，再加上饲料在消化道中停留 的时间一般都很短，如鸡、鱼、虾仅3～4h，在这样短 的时间内，酶的催化作用远远没有发挥出来，饲料未被 充分消化吸收而随粪便排出体外，造成部分浪费。据研 究，不少动物对饲料的消化吸收率仅为50%左右。在饲 料中添加酶制剂就可以与动物内源酶发挥协同作用，将 难消化吸收的蛋白质、淀粉等大分子化合物降解为氨基 酸、肽、胨、单糖、寡糖等小分子物质，增加饲料中的有效
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
（3）消除抗营养因素，释放矿物元素和其他微量元素 来提高饲料利用率，促进动物健康生长；
纤维素是一种纤维二糖的高聚体，是单胃动物不能利 用的，这种大分子物质较难溶解并对单胃动物的消化有阻 碍作用。半纤维素和果胶部分溶于水后，会产生粘性溶液， 增加消化物的粘度，因而使营养物质和内源酶难以扩散， 同时还缩短了饲料在肠道内的停留时间，降低了营养物质 的同化作用，从而影响了动物的消化吸收。利用酶制剂可 以将纤维素、半纤维素、果胶以及糖、蛋白质等降解为单 糖或寡糖，减少了此类物质对动物消化、吸收和利用的障 碍作用。与此同时，结合着的矿物元素和一些微量元素在 酶的作用下被水接出来，为动物所吸收，提高了动物的健 康水平。
第三节 酶在轻工、化工方面的应用
干酶是最抗热的，能耐90℃高温达30min之久而不失 活，但在同样的温度下，供给蒸汽热，就会迅速失活。一 般在制粒前65℃的调制温度中，吸附到载体上的酶是十分 稳定的。随着调制温度升高到75℃时，酶开始失活，活力 约为开始水平的30%。
酶工程 第七章酶的应用 第四节酶在环境保护方面的应用
胆碱酯酶可以催化胆碱酯水解生成胆碱和有机酸：
胆碱酯酶
R C O CH2 CH2 N(CH3)3 + H2O
HO CH2CH2 N(CH3)3 + R COOH
O
OH
OH
胆碱酯
胆碱脂肪酸
第四节 酶在环境保护方面的应用
有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂，可以通过检 测胆碱酯酶的活性变化，来判定是否受到有机磷农药的 污染。20世纪50年代，就有人通过检测鱼脑中乙酰胆碱 酯酶活力受抑制的程度，来检测水中存在的极低浓度的 有机磷农药。现在可以通过固定胆碱酯酶的受抑制情况， 检测空气或水中微量的酶抑制剂（有机磷等），灵敏度 可达0.1mg/L。
目前应用于各个领域的高分子材料，大多数是生物不 可降解或不可完全降解的材料。这些高分子材料使用以后， 成为固体废弃物，对环境造成严重的影响。研究和开发可 生物降解材料, 已经成为可生物降解的高分子材料开发的 重要途径。
利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材 料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、 聚糖脂类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺 类物质等。
4.利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度
亚硝酸还原酶（nitrite reductase,EC1.6.6.4） 是催化亚硝酸还原生成一氧化氮的氧化还原酶。其反应 如下：
亚硝酸还原酶
HNO2 + NAD(P)H
NAD(P)+ + NO + H2O
亚硝酸 还原型辅酶Ⅰ
辅酶Ⅰ 一氧化氮 水
利用固定化亚硝酸还原酶，制成电极，可以检测水
第四节 酶在环境保护方面的应用
3.通过β–葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染 将4–甲基香豆素基–β–葡聚糖苷酸掺入选择性 培养基，样品中如果有大肠杆菌存在，大肠杆菌中的 β–葡聚糖苷酸酶就会将其水解，生成甲基香豆素。甲 基香豆素在紫外光的照射下发出荧光。由此可以检测水 或者食品中是否有大肠杆菌污染。
胆碱酯酶
R C O CH2 CH2 N(CH3)3 + H2O
HO CH2CH2 N(CH3)3 + R COOH
O
OH
OH
胆碱酯
胆碱脂肪酸
第四节 酶在环境保护方面的应用
有机磷农药是胆碱酯酶的一种抑制剂，可以通过检 测胆碱酯酶的活性变化，来判定是否受到有机磷农药的 污染。20世纪50年代，就有人通过检测鱼脑中乙酰胆碱 酯酶活力受抑制的程度，来检测水中存在的极低浓度的 有机磷农药。现在可以通过固定胆碱酯酶的受抑制情况， 检测空气或水中微量的酶抑制剂（有机磷等），灵敏度 可达0.1mg/L。
目前应用于各个领域的高分子材料，大多数是生物不 可降解或不可完全降解的材料。这些高分子材料使用以后， 成为固体废弃物，对环境造成严重的影响。研究和开发可 生物降解材料, 已经成为可生物降解的高分子材料开发的 重要途径。
利用酶在有机介质中的催化作用合成的可生物降解材 料主要有：利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质、 聚糖脂类物质；利用蛋白酶或脂肪酶合成多肽类或聚酰胺 类物质等。
4.利用亚硝酸还原酶检测水中亚硝酸盐浓度
亚硝酸还原酶（nitrite reductase,EC1.6.6.4） 是催化亚硝酸还原生成一氧化氮的氧化还原酶。其反应 如下：
亚硝酸还原酶
HNO2 + NAD(P)H
NAD(P)+ + NO + H2O
亚硝酸 还原型辅酶Ⅰ
辅酶Ⅰ 一氧化氮 水
利用固定化亚硝酸还原酶，制成电极，可以检测水
第四节 酶在环境保护方面的应用
3.通过β–葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染 将4–甲基香豆素基–β–葡聚糖苷酸掺入选择性 培养基，样品中如果有大肠杆菌存在，大肠杆菌中的 β–葡聚糖苷酸酶就会将其水解，生成甲基香豆素。甲 基香豆素在紫外光的照射下发出荧光。由此可以检测水 或者食品中是否有大肠杆菌污染。
考研科目,动物生物化学 第7章 酶
在体内参与氧化还原反应，羟化反 应。防止贫血、防止和治疗感染。
水溶性维生素及其辅酶作用
维生素 维生素
B B11 B2
学名 学名
硫胺素 硫胺素 核黄素
辅酶形式 辅酶形式
硫胺素焦磷酸（TPP） 硫胺素焦磷酸（TPP） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD+） 黄素腺嘌呤单核苷酸（FMN）
酶反应中的主要作用 主要作用
NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。 NADP+：烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸。
NH2 CONH2 O O N
+ -
N N
N
O
CH2OPOPOCH2 N O O O OH
OH
OH
OH(OPO3H2)
功能：是多种重要脱氢酶的辅酶。
(4) 吡哆素(维生素B6)
吡多素(包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺)。
CHO HO H3C N CH2 OH HO H3C N CH2NH2 CH2 OH
脂溶性: 在体内可直接参与代谢的 调节作用。 A 视黄醇 D 钙化醇 E 生育酚 K 凝血维生素 水溶性: 是通过转变成辅酶对代谢起调 节作用。 B 族维生素 C 族维生素
1、水溶性维生素与辅酶
(1) 硫胺素 (维生素 B1) 辅酶形式：焦磷酸硫胺素(TPP) 。 缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤 麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。
辅酶和辅基
辅酶（coenzyme）:与酶蛋白部分 结合较松，用透析法易于分离。
辅基（prosthetic group）:与酶或 蛋白质结合非常紧密，用透析法不易除 去。
三、维生素与辅酶
维生素（Vitamin):机体维持正常 生命活动所必需，人和动物不能合成 或合成量极少，必需由食物供给的一 类小分子有机物质。
酶的作用和作用机理图
酶的作用和作用机理
酶是一种生物催化剂，能够促进生物体内化学反应的进行。
它们在细胞内起着
关键的作用，参与各种代谢和合成过程。
酶主要通过降低反应的活化能来加速反应速率，从而促进化学反应的进行。
酶的作用
酶在生物体内担任多种重要功能，包括但不限于以下几个方面：
1.代谢调节: 酶能够调节代谢途径中的不同步骤，使代谢反应按需进行，
从而维持生物体内稳态。
2.消化: 消化酶在肠道中促进食物的消化，将食物中的大分子物质分解
为小分子，以便生物体吸收。
3.免疫反应: 某些酶能够参与免疫反应，破坏病原体或调节免疫系统的
活性。
4.DNA复制和修复: 酶在DNA复制和修复过程中起着至关重要的作用，
确保基因组的稳定。
酶的作用机理
酶的作用机理主要可以归结为以下几点：
1.底物结合: 酶能够与底物特异性结合，形成酶-底物复合物。
这种结合
有利于酶调控底物的构象，从而降低反应的活化能。
2.催化反应: 酶通过提供合适的环境，促进底物分子之间的相互作用和
化学键的断裂和形成。
这种作用类似于锁和钥的配合，使反应更容易发生。
3.产物释放: 反应发生后，酶能够释放产物，重新进入下一轮催化过程。
这样，酶可以持续地催化反应，不断加速代谢过程的进行。
综上所述，酶在生物体内具有多种重要作用，其作用机理主要包括底物结合、
催化反应和产物释放等步骤。
通过这些作用，酶能够实现高效、特异性地促进生物体代谢的进行，维持生命的正常运转。
酶工程第7章酶别构效应
协同系数
对于一个可结合n个底物分子的酶，其反应式 可用下式表示：
n V [ S ] 按米氏方程的推导过程可得 V m [ S ]n KS n [ E ][ S ] 式中 K S [ ESn ]
…………①
这里假设n个底物是同时结合上去和同时解离 下来的。 return
协同系数
当V = 0.9Vm 时，[S]0.9 = (9K S ) ；
CoA 羧化酶可增强脂肪酸的合成，激活己糖激酶
且抑制PFK，可使G-6-P更多地进入磷酸戊糖途径， 合成更多的NADPH，供脂肪酸合成使用。
二、别构酶的基本概念
1．一个典型的别构酶——天冬氨酸转氨甲酰酶
天冬氨酸转氨甲酰酶（ aspartate transcarbamoylase, ATC）是嘧啶核苷酸生物合成途 径的第一个酶（→ → → UTP → CTP）。
种亚基组成，每个亚基上有 1 个 NAD + 结合位点，
但实验结果发现该酶往往只能结合 2 个 NAD + 分
子，这就是半位反应性。半位反应性实际上是一
种极端的负协同效应，当第一、二个 NAD+与酶
结合后，第三个结合位点与 NAD+的亲和力已降
得很低，实际上已不能与NAD+结合。
（5）协同效应的生理意义
节，也有一些代谢物可对代谢途径中的酶起别
构激活作用。
1．别构抑制作用
反馈抑制可分为五种类型：
① 线性通路中的反馈抑制 一条途径的最终产物抑制途径中起始酶的活性。
E1
别构抑制作用
② 趋同通路中的反馈抑制 为了有效地合成 D ，要求 B 和 C 的浓度大致 相等。当 C浓度大时，对产生B的途径的最初的
第七章酶抑制法
农兽药残留检测-酶抑制法
•
水解 显色剂 无农药 显色 未水解 显色剂
有农药 不显色
加酶
农兽药残留检测-酶抑制法
• 用目测颜色的变化或分光光度计测定吸光度值， 计算出抑制率，就可以判断出样品中农药残留的 情况。 AChE 属于丝氨酸为中心的酶类，羧酸酯 酶（非特异性酯酶的一种）与 AChE 类似，同样 以丝氨酸残基作为活动中心。
农兽药残留检测-酶抑制法
• 白色药片变成蓝色，说明农药残留无或在检出限 下； • 白色药片不变蓝，说明含有超出检出限的农药。
农兽药残留检测-酶抑制法
农兽药残留检测-酶抑制法
• 农药速测卡对几种常用农药的最低检测限（单位 mg/kg）如下： • 甲胺磷 1.7 马拉硫磷 2.0 • 水胺硫磷 3.1 对硫磷 1.7 • 久效磷 2.5 乙酰甲胺磷 3.5 • 敌敌畏 0.3 乐果 1.3 • 敌百虫 0.3 呋喃丹 0.5 • 西维因 2.5 好年冬 1.0
农兽药残留检测-酶抑制法
• 速测卡使用经验 : • ① 由于菜叶含有大量的叶绿素，若菜叶剪得太 碎，叶绿素颜色会对阴性反应的蓝色观察有影响， 对农药速测卡的初次使用者易产生错误的判断。 • ② 可疑阳性试样是根据显色反应的蓝色比空白浅， 比阳性深而判定的。蓝色变浅程度存在差异，且 有部分叶绿素的影响，
农兽药残留检测-酶抑制法
• 速测卡法 • 华南农大植保系和深圳天福贸易有限公司推出的 “农药速测卡” • 广州进出口食品检验研究中心与广州天河绿洲生 物化学研究中心联合研制生产的“农药检测卡”
农兽药残留检测-酶抑制法
速测卡以滤纸作载体，白纸片上载有乙酰胆碱酯酶 和基质，红纸片载有显色剂。 当空白样品加于白纸片上，在酶作用下，乙酰胆碱 与水发生水解，水解产物与显色剂反应产生颜色。 当含有有机磷和氨基甲酸醋类农药的样品加于白 纸片上时，抑制了乙酰胆碱酯酶的活性，使这种 酶不能被水解，从而无显色反应。
第七章酶分子工程-化学修饰
2）大分子共价修饰：利用一些可溶性大分子，通 过共价键连接于酶分子的表面，形成一层覆盖 层，形成的可溶性酶具有许多有用的性质。
例如：用聚乙二醇共价修饰SOD，不仅可以降低或消除 酶的抗原性，而且提高了抗蛋白酶的能力，延长了半衰 期，从而提高了药效。
聚乙二醇（PEG）
___常使用的水溶性大分子修饰剂
7.反相胶团微囊化：
– 这是近年来发展起来的酶在有剂相中进行催化的技
术，反相胶团中酶的稳定性大大提高；一些表面活 性剂溶解在非极性有机溶剂中时可自发地形成近似 球状的反相胶团，反相胶团是表面活性剂的疏水尾 部朝外而极性头部朝内的微胶团，其内部可容纳一 定量的水，酶溶解在其中避免变性。
加H2O
加酶液
微区的极性 氢键效应 静电效应 位阻效应 蛋白质功能基的超反应性
（二）修饰剂反应性的决定因素
选择吸附
静电相互作用
位阻因素 催化因素 局部环境的极性
四、设计酶的化学修饰
（一）对酶性质的了解
酶的活性中心
酶的稳定条件
最佳反应条件
酶的侧链基团的性质
等等
（二）修饰剂的选择
(三）反应条件的选择
除允许修饰能顺利进行外，还必须满足如下要求：
– –
一是不造成蛋白质的不可逆变性。（必须做对照试验）
二是有利于专一性修饰蛋白质。
为此，反应条件应尽可能在保证蛋白质特定空间构象 不变或少变的情况下进行。
要考虑反应的温度、pH、反应介质和缓冲液组成
–
缓冲液可改变蛋白质的构象或封闭反应部位，因而影响修饰 反应，如，磷酸盐是某些酶的竞争性抑制剂，碳酸酐酶的酯 酶活力能被氯离子抑制
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酸性蛋白酶需要在酸性环境中才能分解蛋白质， 由于人的胃液属酸性范围，因此，这类酶特别 适合作为帮助消化的药物．
此外，还有一类毛霉产生的凝乳酶也属于酸性 蛋白酶，这种酶水解蛋白质的能力很弱，不至 过度分解乳酪中的蛋白质，欧美国家利用这种 酶代替动物凝乳酶进行加工乳酪．
α-淀粉酶: 是需要与Ca+结 合而表现活性的金属酶，因 此螯合剂EDTA等能抑制此 酶
α-淀粉酶: 耐热不耐酸，在 pH3.3时酶被破坏，而在 70℃下，保持15min该酶 仍保持活性
β－淀粉酶: 从非还原端开 始，水解α－１,4糖苷键， 依次水解下一个麦芽糖单位 （外切酶）
β-淀粉酶: 是含巯基的酶， 氧化巯基的试剂能抑制此酶
淀粉浆（30-50%） α -淀粉酶液化
液化液（DE: 12-18）
淀糖粉化葡酶萄糖苷酶糖化
糖化液（DE:95-96） 活性炭、离子交换树脂
结晶
浓缩固化或喷雾干燥
结晶葡萄糖（收率30%以上）
粉状葡萄糖（收率100%）
淀粉生产葡萄糖的工艺流程
2、淀粉酶的应用
淀粉酶是一类用途十分广泛的酶，粮食加 工、食品工业、酿造、发酵、纺织品工业 和医药行业部经常使用．
β-淀粉酶: 则耐酸不耐热， 在pH3.3时酶可保持活性， 但在70℃下15min酶被破 坏
（4）脱支酶
这类酶只作用于支链淀粉支点处的α-1，6糖苷 健，将支链淀粉的整个侧链切下变成分子较小 的直链淀粉．显然，脱支酶也是属于作用淀粉 分子内部键的酶．
产生这类酶的微生物有：产气杆菌、蜡状芽孢 杆菌、多粘芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、浸蔗 芽孢杆菌以及某些假单孢杆菌．
淀粉酶在淀粉加工中的应用
在淀粉加工中，可根据产品的需要，选用一 种或几种合适的淀粉酶处理．由于各种淀粉 酶的作用性质不同，单独或几类酶共同作用 可得到各种化学性质和物理性状不同的糖类 产品．
利用淀粉酶加工淀粉的过程
面粉 麦芽（α-淀粉酶、β-淀粉酶） 淀粉酶 蛋白酶
高蛋白麦精
第三章 工业上常用的微生物酶
一、淀粉酶
（1）糖化酶 （2）β-淀粉酶 （3）α-淀粉酶 （4）脱支酶
一、淀粉酶
1、种类及特点
它是指一类能够分解淀粉糖苷键的酶的总称．包 括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和脱支酶等．
淀粉酶的水解产物为葡萄糖、麦芽糖或糊精，这 些都是分子量较小的糖类．
淀粉酶是微生物酶制剂中最重要的一类酶，它的 生产历史最长，用途最广．也是我国目前产量最 大的一类酶．
成，每个分子中含一个与酶活性有关的锌原子，故这类酶 亦称金属蛋白酶， 此外，此酶需要钙离子，它对维持酶分子的构象起作用． 中性蛋白酶比较不稳定．耐热性也较差，一些能与金属离 子结合的金属螯合剂(如EDTA、邻二杂氮菲等)对它都有抑 制作用．
➢产 生 菌:不少细菌和霉菌能产中性蛋白
酶．如枯草芽孢杆菌、嗜热溶阮芽孢杆菌， 巨大芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌以及米曲霉、 棕色曲霉、灰色链霉菌和转化微白色链霉 菌．我国生产的菌种有枯草芽孢杆菌A．S1. 398、转化微白色链霉菌166等．
各种蛋白酶对不同性质的肽键有不同的水解能力， ✓ 有些蛋白酶只能水解多肽链末端的肽健，终产物为氨基酸，
其中水解氨基末端(N端)的称氨肽酶，水解羧基末端(c端)的叫 羧肽酶． ✓ 另一类蛋白酶只能水解蛋白质肽链内部的肽键，所谓蛋白酶 通常是指内切酶． ✓ 由于各种蛋白酶对被水解的肽键所在的氨基酸有一定的要求， 如碱性蛋白酶一般只能水解酪氨酸、苯丙氨酸等所形成的肽 键，因此，不同的蛋白酶有不同的专一性．
Bakers Yeast T4 感染的E. coli
用途
淀粉水解 葡萄糖生产 洗涤剂（pH8.0）
洗涤剂（pH7.0） 洗涤剂等 纤维素水解等 食品加工等 高果糖浆制造 6-APA制造 L-苯丙氨酸制造
L-苹果酸制造 酶电极制备 分子生物学研究
❖天门冬氨酰苯丙氨酸甲酯(阿斯巴甜)是一种低热 的新型二肽甜味剂，其甜度是蔗糖的200倍， 特别适用于糖尿病人。
BF7658枯草杆菌α-淀粉酶是我国工业化深层发酵生产的第一个微 生物酶制剂，也是目前国内产量最大的微生物酶之一．
（3）β-淀粉酶
也是一类作用于淀粉分子末端的酶，它们能够从淀 粉非还原性末端切开1，4糖苷键，生成的产物为双 糖(麦芽糖)．
但它不作用于支链分支点的1，6键，同时也不能超 越1，6键去水解分支点内侧的1，4键，因此水解支 链淀粉的结果，除产生麦芽糖外，还产生一种叫β极限糊精．
商品酶的来源、用途及生产规模
工业用酶
分析用酶
药用酶
生产规模 纯度 来源
以吨计 粗酶制剂 微生物
产品价格 低
毫克-克
毫克-克
纯结晶
纯结晶
微生物、动物、 微生物、动物、
植物
植物
中—高
中—高
部分典型的酶制剂及其生产菌
中文 淀粉酶 葡萄糖苷酶 碱性蛋白酶
酶名称 英文
Amylase Amyloglucosidase Alkaline protease
(3)酸性蛋白酶
这是由真菌产生的蛋白酶，它们的性质与动物的胃 蛋白酶和凝乳酶相近．在酸性条件(pH 2—5)下才具 有最大活性是这类酶共同的特征， pH升高酶活力 很快丧失．
酶蛋白中酸性氨基酸较多而碱性氨基酸少，酶的等 电点也偏低(pH3—5)．
酸性蛋白酶的主要抑制剂是重氮酮化合物，如重氮 乙酰DL亮氨酸甲酯、N溴琥珀酰亚胺以及十二烷基 磺酸钠等，而DFP、金属螯合剂、巯基试剂及重金 属对它均没有抑制作用．
中性蛋白酶 Protease
脂肪酶
Lipas
纤维素酶
Cellulase
果胶酶
Pectinase
葡萄糖异构酶 Glucose isomerlase
青霉素酰化酶 Penicillin acylase
天冬氨酸转氨 Aspartic acid 酶(谷草转氨酶) Transaminase
延胡索酸酶 Fumarase
例如，制造各种葡萄糖、饴糖、发酵培养 基的水解糖、医药制品以及制造容易消化 的儿童食品、老人食品、帮助消化的药物 等．
淀粉酶在纺织加工中的应用
通过淀粉酶可催化水解织物上的淀粉浆料， 由于淀粉酶的高效性及专一性，酶退浆的退浆
率高，退浆快，污染少，产品比酸法、碱法更 柔软，且不损伤纤维。 由于淀粉酶退浆机械作用小，水的用量少，可 以在低温条件下达到退浆效果，具有鲜明的环 保特色。
➢由于β-淀粉酶作用后生成的麦 芽糖为β型，故称β-淀粉酶． ➢β-淀粉酶广泛存在于高等植物 种子中(如麦芽、麸皮、大豆等)， 尤以麦芽中最为丰富．近年来发 现蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、 多粘芽孢杆菌以及某些假单抱杆 菌、链霉菌也能产生类似于β-淀 粉酶的酶类．
α－淀粉酶：在淀粉分子内 部任意水解α-1,4糖苷键。 （内切酶）
（1）糖化酶
亦称淀粉α-1，4葡萄糖苷酶．这类酶作用于淀粉 分子末端，从淀粉非还原性末端顺次切开α-1，4 糖苷键，生成葡萄糖．
它们也能作用于支链淀粉的α-1，6糖苷键，但速 度较慢，因此分解产物全部为葡萄糖．
糖化酶的产生菌几乎全部是霉菌，国内生产糖化 酶的菌种主要是黑曲霉和根霉．
（2）α-淀粉酶
由于α-淀粉酶能作用于分子内部的α-1，4键，很容易将长链淀粉 水解成短链的糊精，从而使粘稠的淀粉糊很快失去粘性而液化， 碘的呈色反应很快消失，故这类淀粉酶称液化型淀粉酶．
α-淀粉酶主要由芽孢杆菌属中的枯草芽抱杆菌、马铃薯芽孢杆菌、 嗜热芽孢杆菌、淀粉液化芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和霉菌中的米 曲霉、黑曲霉、根霉、拟内孢霉等微生物产生．虽然这些微生物 都能产生α-淀粉酶．但不同菌株产生的酶在耐热性、作用最适pH、 对淀粉的水解程度，以及产物的性质等均有差异．
己知碱性蛋白酶主要有二种，一种称诺沃(Novo)蛋白酶， 另一种叫卡斯伯格(carlsberg)蛋白酶，二者的性能和结构 很相近，分别含有275和274个氨基酸，由一条多肽链构 成．碱性蛋白酶在pH 6-11下稳定，酸性或pH超过11时酶 活力很快丧失．
近年来国外从嗜碱性芽孢杆菌中分离出另一种碱性蛋白 酶，其作用最适pH为12，且在pH 5-12范围内相当稳定。 这就更适用于洗涤剂．
➢ 按酶作用最适pH并结合活性中心进行分类，在使用上 较为方便，而且也比较合理．
(1)碱性蛋白酶
或称丝氨酸蛋白酶，是一类作用最适pH在9-11范围的蛋白 酶．它广泛用于洗涤剂，是商品蛋白酶中产量最大的一类蛋 白酶，也是已经比较深入研究的一类蛋白酶．
碱性蛋白酶作用位置是要求在水解点羧基侧具有芳香族或疏 水性氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸等)，它比中性蛋 白酶有更大水解能力．此外，碱性蛋白酶还具有酯酶的活 力．
葡萄糖氧化酶 Glucose oxidase
T4 DNA 连接 T4 DNA Ligase 酶
酶类型
水解酶 水解酶 水解酶
水解酶 水解酶 水解酶 水解酶 异构酶 转移酶 转移酶
裂合酶 氧化酶 连接酶
典型生产菌名称
Bacillus subtilis Aspergillus niger Streptomyces grisus Bacillus subtilis Rhizopus japonicus Trichoderma reesei Eriwinia carotovora Bacillus coagulans Escherichia coli Escherichia coli
这是最常用的淀粉酶，是一类能够切开淀粉链内 部α-1，4糖苷键的酶，虽然它不能水解淀粉分支 点上的α-1，6糖苷键以及作用于分支点附近的α1，4键，但可以超越α-1，6键而作用于分支链内 部的α-1，4键，因此水解产物除麦芽糖和少量葡 萄糖外，还产生含有α-1，6键的寡糖。由于生成 的糖为α型，故称α-淀粉酶．
产生菌:主要是芽孢杆菌属的几个种，如地衣