《酶工程》 课后习题答案

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者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者 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1 μmol 底物或者催化1 μmol 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。

酶的研究简史如下：

(1)不清晰的应用：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。

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 提出的控制子学说，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”这一位词。

II.在酶的应用过程中，人们注意到酶的一些不足之处，如：稳定性差，对强酸碱敏感，只

能使用一次，分离纯化艰难等，解决的方法之一是固定化。

固定化技术的发展经历如下历程：

①1916 年， Nelson 和 Griffin 发现蔗糖酶吸附到骨炭上仍具催化活性；

②1969 年，日本千佃一郎首次在工业规模上用固定化氨基酰化酶从 DL-氨基酸生产 L－氨基酸；

③1971 年，第一届国际酶工程会议在美国召开，会议的主题是固定化酶。

酶催化作用特性有：

①高的催化效率：在37℃或者更低的温度下，酶的催化速度是没有催化剂的化学反应速率的 1012-1020 倍；

②高度的专一性：一种酶仅作用于一种或者一类化合物，或者一定的化学键，催化一定的化学反 应并生成一定的产物；

③活性的不稳定性：酶的催化反应需要温和的条件，强酸、强碱、高温等条件都能使酶破坏 而彻底失去活性，所以酶作用普通都要求比较温和的条件，如常温、常压、接近中性的酸碱 度等；

④活性的可调节性：酶的催化活性是受调节和控制的酶促反应受多种因素的调控，以适应机 体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节， 对酶生成与降解量 的调节酶催化效力的调节通过改变底物浓度对酶进行调节等。

影响酶催化作用的因素有内因和外因，内因有：酶浓度、底物浓度和产物浓度；

外因有：温度、 PH 、激活剂和抑制剂。

① 底物浓度：当底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急剧加快，两者呈正比关 系，表现为一级反应；随着底物浓度的升高，反应速度再也不呈正比例加快，反应速度增加的 幅度不断下降；如果继续加大底物浓度，反应速度再也不增加，表现为零级反应，此时，无论 底物浓度增加多大，反应速度也再也不增加。

② 产物浓度：生物代谢过程中产生的中间产物或者终产物是酶的变构剂，使酶变构而影响酶 的反应速度，即反馈调节作用。

③ 酶浓度：在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。

④ 温度：在一定温度范围内，反应速度随温度升高而加快，普通温度每升高 10℃，反应 速率大约增加一倍；超过一定范围，较高温度会引起酶三维结构变化，甚至变性，导致催化 活性下降，反应速度反而随温度上升而减缓。

⑤ PH ：酶份子处于最适 PH 时，催化反应速度达最大值；当反应介质 PH 偏离酶最适 PH ， 会影响酶与底物结合，进而影响反应速度，故必须控制好 PH 。

⑥ 激活剂：凡能提高酶活性的物质，都称为激活剂，大部份是离子或者简单的有机化合物。 ⑦ 抑制剂：凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂，通常抑制作 用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。

v = V [S ]m 这个方程即为米氏方程，是在假定存在一个稳态反应条件下推导出来的。 K + [S ] m 其中： K 值称为米氏常数，是酶促反应速度为最大酶促反应速度值一半时的底物浓度；

m

V 是酶被底物饱和时的反应速度；

max [S]为底物浓度。

米氏方程表示一个酶促反应的起始速度(v)与底物浓度(S)关系的速度方程。 ①方程反映了反应性质、反应条件、反应速度之间的关系；

②反映了反映速度与底物浓度之间的关系，当[S]远大于K 时,反应速度与底物浓度无关 ;

m

③反映了酶反应速度与酶浓度的关系,当[S]远大于K 时,v=k [E ]为线性关系，酶活正比于酶

m 2 0 浓度。 ① 诱导物：诱导酶起始合成的物质(通常是酶的底物)，可以引起阻遏蛋白的构象变化， 使之不利于与控制基因结合，如乳糖；而能引起阻遏蛋白的构象变化从而有利于其与控制基 因结合，阻遏酶产生的物质称为辅助阻遏，如氨基酸和核苷酸等。

② 终产物阻遏：催化某一特异产物合成的酶，在培养基中有该产物存在的情况下往往是不