分子酶学(Enzymology)
分子酶学的研究与应用
分子酶学的研究与应用分子酶学是从分子水平研究酶的结构、功能、反应机理及其在生命体系中的角色的一门学科。
随着生物技术的发展和深入，分子酶学的研究不断深入，其在生物技术以及药物研究与开发中的应用也日益广泛。
本文将从分子酶学的基础知识、酶的结构与功能、分子酶学的研究方法与技术以及其应用四个方面进行阐述。
一、基础知识酶是一种催化生物化学反应的生物分子，可以加速化学反应的速率。
酶是由蛋白质或核酸组成的，具有高度的立体构象和选择性，可以在特定的条件下与底物结合成酶底物复合物，对其进行分子成键、分子断键、氧化还原和断裂等反应，并在反应后释放产物。
酶是生命体系中必不可少的分子，参与到细胞内的许多代谢过程，从而维持生命体系的正常运转。
分子酶学的研究就是探究酶的结构、功能、反应机理及其在生命体系中的角色，为药物研发和生物技术提供科学基础。
二、酶的结构与功能酶的结构是极其复杂的，其结构与功能密切相关。
酶分为原酶和活性酶两种形态。
原酶是指在特定条件下酶的非活性状态，具有酶分子结构的特性，但缺少酶产生特效催化反应的所需物质，通常是酶基团、受体或蛋白质等。
而活性酶是指在适宜条件下的具有催化活性的酶，其具有能够产生特效催化反应的基团。
酶具有高度的立体构象和选择性，可以与底物形成酶底物复合物，从而催化反应。
酶的催化反应主要包括分子成键、分子断键、氧化还原和断裂等四种类型，其中最常见的是分子成键与分子断键。
酶的活性受到许多因素的影响，如温度、pH 值、离子强度、离子种类、酶底物比例等。
三、分子酶学的研究方法与技术分子酶学的研究领域非常广泛。
酵素的研究方法与技术也在不断发展。
常见的酶研究方法包括晶体学、核磁共振、荧光共振能量转移、生物传感器等。
晶体学技术是一种用于研究蛋白质三维结构和酶的构象变化的方法，其在分子酶学研究中应用最为广泛。
核磁共振技术是一种分子结构的结构分析方法，在酶机理研究中具有重要的应用价值。
荧光共振能量转移是一种生物传感技术，通过分子之间的能量转移来检测酶的活性变化。
分子酶学名词解释简答
分子酶学复习重点1 剪接型核酶:定义：指RNA分子被磷酸二酯酶切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
2 剪切型核酶: 这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异行核苷酸序列。
3 探针酶：既保持高度的反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进行切割的酶。
实质是核酸内切酶，由两部分组成，第一部分叫做切割系统，为核酸切割试剂或酶，第二部分叫做识别系统，可以识别核酸底物的特定核苷酸序列。
4 人工酶：人工合成的具有催化活性的蛋白质或多肽。
5 模拟酶：利用有机化学合成的一些比酶结构简单得多但具有催化功能的非蛋白质分子。
6 抗体酶：又称催化抗体，是一类具有催化能力的免疫球蛋白，即通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化化学反应。
7 克隆酶：基因工程将某种酶基因导入宿主细胞中大量表达其产物为克隆酶，即用基因工程技术生产的酶。
8 突变酶：用基因定位突变技术修饰天然酶基因，然后用基因工程技术生产该突变基因的酶，被称为突变酶。
9 酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
10 酶的比活力：单位质量样品中的酶活力；1mg蛋白质中所含的U数；1Kg蛋白质中所含的Kat数。
11 酶的转换数（K cat）：当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子所转换底物分子数，又叫转换数（简称TN）, Kcat可以用来衡量酶的催化效率，越大效率越高。
12 亲和标记：利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以修饰标记，故称之为亲和标记。
13差别修饰法（差别标记）：这种方法是非特异性试剂标记法的一个发展。
它利用竞争性抑制剂或底物预先占据活性中心，使非特异性试剂只修饰活性中心以外的基团，然后透析除去保护剂（即竞争性抑制剂或底物），再用同位素标记的非特异性试剂修饰活性中心的基团。
经氨基酸分析可知哪些基团位于活性中心。
Enzymes_生化反应工程
Cross-Linking The enzyme molecules can also cross-link with each other. But this may cause significant changes in the active site of enzymes, and also severe diffusion limitations may result.
Eduard Büchner
酶的纯化(Purification):
Sumner, 1926: First isolation of a pure enzyme.
Sword bean
Urease crystals Three-dimensional structure
★ 1946年，Sumner和Northrop 一起荣获诺贝尔化学奖。
Covalent Binding It is the retention of enzymes on support surfaces by covalent bond formation, via certain functional groups, such as amino, carboxyl, hydroxyl, and –SH group. The functional groups must not be in the active sites.
Immobilized enzyme Two opposite concepts Free enzyme
酶固定化的特点
Advantages:
1. Enzyme reutilization: catalyst reuse; 2. Elimination of enzyme recovery and purification processes: product purity , while effluent handling problems ;
分子酶学的新理论与技术手段
分子酶学的新理论与技术手段随着科学技术的不断发展，分子酶学在生物学、医学、农业等领域的应用越来越广泛。
本文将从分子酶学的概念入手，介绍当前分子酶学的新理论和技术手段。
一、分子酶学的概念分子酶学指的是研究酶分子结构、酶的功能、酶基因表达、酶催化机制以及与酶相关的代谢通路和信号传递的一门学科。
酶是许多生物过程中必不可少的催化剂，它们可以催化生物分子之间的化学反应，从而促进生物代谢、能量转换和信息传递等生命活动。
二、分子酶学的基本理论1. 结构与功能酶的结构与功能密不可分。
酶的结构是它的功能的基础，这是因为酶的结构决定了它的催化性质。
酶分子具有一定的空间结构，这种空间结构是由酶分子的氨基酸序列所决定的。
不同时期、不同物种的酶分子，其氨基酸序列可能会有所改变。
酶的活性中心可以招募底物参与反应，产生反应产物，这是酶功能的基础。
2. 酶功能的特异性酶分子的功能具有高度的特异性，这种特异性意味着同一种酶只能作用于特定的化学反应，而不能催化其他反应。
这种特异性是由酶分子的结构所决定的。
例如，葡萄糖氧化酶只能催化葡萄糖氧化的化学反应，而不能催化其他酮糖、芳香族化合物或脱氢酶这类共同存在的化学反应。
3. 酶的催化机理酶的催化机理是分子酶学的另一个重要研究方向。
酶的催化过程主要包括化学反应的热力学和动力学等方面。
酶催化反应速率常常比同类不带催化剂的反应速率快上几个数量级，这是由于酶催化方式与不带催化剂的反应机理不同所导致的。
三、分子酶学的新技术1. 用于检测酶活性的技术酶活性的检测是分子酶学中重要的一部分。
影响酶活性的因素非常多，包括酶的质量、浓度、温度、PH值等。
现有的酶活性检测技术主要包括银染法、放射性标记法、化学发光法、荧光标记法、色谱法等。
这些方法均可用于酶活性的定量、分离、鉴定及酶动力学研究。
2. 用于分离纯化酶的技术酶的纯化通常需要采用多种分离技术、柱层析技术和电泳技术等。
电泳分离技术包括直流电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、二维电泳等。
Enzyme
Chapter 6 EnzymologySection 1 Chemistry essence and characteristic of enzymesEnzymes are the proteins with biocatalytic power (biocatalyst).Enzymes are the agents of metabolic function一、Chemistry essence of enzyme：二、Chemistry composing of enzyme：1.Simple proteins: Urease, protease, amylase, lipase, RNase2.Conjugated proteins:Apoenzyme(脱辅酶，酶蛋白), Cofactor(辅助因子）Holocnzyme(全酶) = Apoenzyme+ CofactorCofactor 辅助因子：coenzyme 辅酶，prosthetic group 辅基Coenzymes function as transient carriers of specific functional groups.1.Accelerate chemistryreaction (thermodynamicpotentiality reaction ）2.Does not change theequilibrium constant3.Itself no variety 三、The common characteristicsof enzyme andcatalyzer四、distinctive features1.High catalytic power2.High specificitydness of the action condition4.Regulation of the enzyme activity1. High catalytic power：accelerating reaction rates asmuch as 108-1020over uncatalyzed levels, 107一1013over synthetic catalysts .k1= 3×10-10(s-1) (uncatalyzed hydrolysis of urea at 20o C)k1= 3×104(s-1) (urease-catalyzed hydrolysis of urea at 20o C) The catalytic power of urease is 10142. High specificity：Substrates3. Mildness of the action conditionnormal temperaturenormal pressurenear-neutral pH4. Regulation of the enzyme activity¾Concentration Regulation：¾Hormone Regulation ：¾Inhibition Regulation ：¾Activator Regulation ：¾Others: Allosteric regulation、Enzymogenic activation、reversible covalent modification 、Isoenzyme五、S pecificityabsolute specificity: urease Structural specificity group specificityrelative specificitybond specificityoptical isomer specificity Stereo isomer specificitygeometrical isomer specificitySection 2 Enzyme Nomenclature and Classification一、common nomenclature1.Base on the substrate：protease、amylaseDifferent source: Pepsin 、Trypsin 2.Base on the reaction: hydrolase、transferase、Phosphatase3.Base on the substrate and reaction: succinatedehydrogenaseother condition: Alkaline Phosphatase、acid phosphatase二、Systematic nomenclatureATP + D-glucose →ADP + D-glucose-6-phosphate ATP : D-glucose-6-phosphotransferase (-ase)三、Classification numberE.C. Class. Subclass. Subsubclass. Individual entryEC(Enzyme Commision)Six Class1、2、3、4、5、6Subclass1、2、3、4......Subsubclass1、2、3、4......Individual entry1、2、3、4... EC 3.1.3.1Alkaline PhosphataseEnzyme CommisionNo. 3Class Hydrolases(hydrolysis reactions)No. 1 Subclass Cleaving ester linkageNo. 3 Subsubclass Phosphoric monoesterIndividual entry the first四、Six Classes1.oxido-reductases-------oxidation-reduction reactionsoxidasesdehydrogenases2. transferases3. hydrolases4. Lyases5. isomerases6. ligasesSection 3 enzyme activity assay一、enzyme activityreaction velocitydtS d dt P d v ][][−==Reaction Time ↑，v ↓①[S]↓②[P]↑③Product inhibition④Enzyme inactivationinitial velocity二、Enzyme units(酶活力单位）：ＵU is defined as the amount that catalyzes the formation of one micromole of product in one minute. 1 U= 1μmol/min。
分子酶学研究
分子酶学研究在日常生活中，我们经常听到“酶”的概念，但是它到底是什么呢？简单来说，酶就是在生物体内催化化学反应的一种蛋白质。
它能够加速化学反应并降低活化能，从而使得反应在低温、中性条件下快速进行。
酶的很多性质都与它的分子结构相关。
因此，分子酶学研究主要关注的就是酶的分子结构及其功能。
一、酶的分子结构酶的分子结构通常由两部分组成：蛋白质部分和辅助部分。
其中蛋白质部分是其活性中心，也就是催化反应的关键所在。
而辅助部分则是保护蛋白质部分不受到环境因素的影响，比如温度、PH值等。
通过分子酶学研究，我们可以了解到酶的分子结构对其功能和催化反应有着决定性的影响。
定量分析酶的构象变化和受体的结构变化对酶活性的影响，可以揭示酶的催化机制，从而帮助我们设计新的酶与底物之间的相互作用和反应。
二、酶的机理研究酶的机理研究是分子酶学研究的重要方向。
酶的催化反应过程，可以分为两个步骤：酶与底物的结合，以及催化反应的进行。
在底物结合的过程中，酶分子通过各种非共价相互作用，如氢键、离子键等，与底物结合成为酶底物复合物。
而在催化反应的过程中，酶会通过剪切、质子转移、脱水、氧化还原等化学变化，使底物转化为产物。
在酶的机理研究中，分子模拟技术是一个非常有用的工具。
通过分子动力学模拟，可以更加直观的观察到酶与底物之间的相互作用，发现可能存在的催化机理，为酶的催化反应提供理论依据。
三、酶的应用酶在许多生产过程中有着广泛的应用，特别是利用酵素催化的生物合成技术，成为了当前生物技术领域的重要手段。
比如，通过在酵素的作用下，将底物转化为高附加值的化学品、制备建筑材料和产生纤维素等。
通过分子酶学的研究，我们可以在原有的基础上，不断开发新的酶，运用更多的分子酶学研究方法和手段，深入理解酶活性的产生机制，从而大大提高酶活性，促进酶的应用。
结语分子酶学研究是一门综合性很强的学科，它涉及到化学、生物、物理等多个领域。
有了分子酶学的研究，我们可以更加深入地了解酶的构造和机理，发掘其潜在应用价值，促进生物技术的发展，同时也可以为人们的生活带来更多便利和舒适。
分子生物工程中的酶技术研究
分子生物工程中的酶技术研究随着分子生物学的发展和应用，酶技术在生命科学和制药工业中扮演着越来越重要的角色。
酶（enzymes）是一种生物催化剂，能够催化生命体内的化学反应，具有高效、特异性等优点，成为化学合成、分析检测、生产制造领域中的重要工具。
分子生物工程基于遗传工程原理，利用DNA技术对酶进行改造和优化，以获得更高效、更稳定、更特异的酶活性。
本文将从酶技术的基础性质、酶在分子生物工程中的应用以及酶工程的最新研究和发展等方面进行探讨。
一、酶技术的基础性质酶是由多肽链组成的生物大分子，具有多种功能，包括催化反应、识别底物和调节代谢等。
酶催化反应的速率远高于非酶催化的同类反应，具有高效的催化特性。
与其它催化剂相比，酶不仅具有高效、特异性的优点，还具有环境适应性和可再生性等特征。
酶的催化活性与其空间构象密切相关，因此酶的三维结构对其催化活性的影响尤为重要。
酶的活性受多种因素的影响，如温度、pH值、离子浓度、底物浓度等。
二、酶在分子生物工程中的应用分子生物工程中，酶技术被广泛应用于DNA克隆、蛋白表达、制药工艺等领域。
其中，PCR技术中的酶，如Taq聚合酶和Pfu聚合酶等，在DNA扩增和基因克隆方面具有重要的作用。
酶作为工业生产过程的生物催化剂，已经被广泛用于制药工艺和食品生产中。
例如，酶在药物售后修饰、酶促反应、人工消化等方面应用得到越来越广泛。
三、酶工程的最新研究和发展酶工程是利用DNA技术对酶进行改造和优化，以获得更高效、更稳定、更特异的酶活性。
近年来，随着高通量测序技术的发展，蛋白工程学领域得到了快速发展，为酶工程及其应用带来了更多前景。
目前，酶工程的研究重点主要集中在以下几个方面：1）酶的选择性改造：对酶分子的底物和反应环境进行改造，以获取更加特异的活性；2）酶的跨界合成：改造酶的反应底物，使其具备大分子化合物的化学反应能力；3）酶的催化能力研究：针对酶的催化机制进行分子模拟和结构解析，揭示催化过程中物质的运动和分子机制。
分子酶学名词解释简答
分子酶学复习重点1 剪接型核酶:定义：指RNA分子被磷酸二酯酶切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
2 剪切型核酶: 这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异行核苷酸序列。
3 探针酶：既保持高度的反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进行切割的酶。
实质是核酸内切酶，由两部分组成，第一部分叫做切割系统，为核酸切割试剂或酶，第二部分叫做识别系统，可以识别核酸底物的特定核苷酸序列。
4 人工酶：人工合成的具有催化活性的蛋白质或多肽。
5 模拟酶：利用有机化学合成的一些比酶结构简单得多但具有催化功能的非蛋白质分子。
6 抗体酶：又称催化抗体，是一类具有催化能力的免疫球蛋白，即通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化化学反应。
7 克隆酶：基因工程将某种酶基因导入宿主细胞中大量表达其产物为克隆酶，即用基因工程技术生产的酶。
8 突变酶：用基因定位突变技术修饰天然酶基因，然后用基因工程技术生产该突变基因的酶，被称为突变酶。
9 酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
10 酶的比活力：单位质量样品中的酶活力；1mg蛋白质中所含的U数；1Kg蛋白质中所含的Kat数。
11 酶的转换数（K cat）：当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子所转换底物分子数，又叫转换数（简称TN）, Kcat可以用来衡量酶的催化效率，越大效率越高。
12 亲和标记：利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以修饰标记，故称之为亲和标记。
13差别修饰法（差别标记）：这种方法是非特异性试剂标记法的一个发展。
它利用竞争性抑制剂或底物预先占据活性中心，使非特异性试剂只修饰活性中心以外的基团，然后透析除去保护剂（即竞争性抑制剂或底物），再用同位素标记的非特异性试剂修饰活性中心的基团。
经氨基酸分析可知哪些基团位于活性中心。
03酶学-生物化学与分子生物学课件
目录
2.相对专一性(relative specificity)
有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构， 而是依据底物分子中的特定的化学键或特定的基团，因而 可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物。例 如，消化系统中的蛋白酶仅对蛋白质中肽键的氨基酸残基 种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求 。
是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物 转变为产物的具有特定三维结构的区域。
目录
必需基团(essential group)
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 的化学基团。
目录
➢ 活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合
催化基团 (catalytic group) 催化底物转变成产物
液，实现了发酵。 ➢ 1926 年 ， Sumner 首 次 从 刀 豆 中 提 纯 出 脲 酶 结 晶
(deoxyribozyme)。
目录
➢ 1982年，Cech首次发现RNA也具有酶的催化活性， 提出核酶(ribozyme)的概念。
➢ 1995年，Jack W.Szostak研究室首先报道了具有 DNA 连 接 酶 活 性 DNA 片 段 ， 称 为 脱 氧 核 酶 (deoxyribozyme)。
目录
（三）酶的活性与酶量具有可调节性
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。
例: 磷酸果糖激酶-1的活性受AMP的别构激
活，而受ATP的别构抑制。 胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而
分子酶学复习
酶学复习重点：1、酶的基础研究：（重点）辅因子催化机理：PLP磷酸吡哆醛（PLP）是转氨酶与氨基酸脱羧酶的辅酶，它对蛋白质代谢具有十分重要的意义。
所有转氨酶都含磷酸吡哆醛，与每一个牢固非共价键相连。
磷酸吡哆醛PLP在氨基酸代谢中起重要作用：氨基转移酶（转氨酶），脱羧酶，消旋酶。
共轭双系统将吡啶环和底物连接，带正电的氮原子趋向于从氨基酸的Cα吸取电子，消弱Cα和R，H和COO—的结合，这个亲电催化的结果，可使第三个键的任何一个裂开形成负离子，又被共个系统所稳定。
1.氨基酸消旋酶：氨基酸消旋酶催化单一的立体异构体形式转变为D-或L-立体异构体消旋混合物。
PLP以希夫碱键合于酶的Lys侧链氨基，并以磷酸负电荷和酶的正电荷基团静电键合。
当氨基酸底物和酶结合时，希夫碱的碳原子受到底物α-氨基的亲核攻击，PLP的底物形成新的希夫碱键合，在这个配合物中已消弱的Cα-H键被裂开（亲电催化结果）释放一个质子，整个过程是可逆的。
因此，质子可加于配合物，重新形成游离的氨基酸。
质子起始的丢失导致Cα不对称的丧失，所以，重新产生的氨基酸未必是开始时存在的同样立体异构体。
2.氨基转移酶：从希夫碱形成到质子丢失的各个反应同上，产生的配合物在不同部位受到H+攻击，再经水解，形成磷酸吡哆胺同时释放酮酸。
从一个不同的酮酸对磷酸吡哆胺攻击开始，可发生逆向反映，形成不同于起始存在的氨基酸。
二步反应可表示为：L-Glu+E-PLP酮戊二酸+E-PMP Oxa+E-PMP L-Asp+E-PLP酶活性中心的鉴定方法（其中动力学分析法的具体细节掌握大概标题即可）酶是生物大分子物质，分子量至少10000以上，但只有少数一些氨基酸残基和催化活力有关，这些特异的氨基酸残基组成了酶的活性中心。
酶活性中心存在的实验证据：①从抑制剂的作用推测：DFP（二异丙基氟磷酸）与胰凝乳蛋白酶的Ser-195的羟基反应，不可逆抑制剂增加一倍，酶作用减少一倍。
②从酶与底物的作用证实：胰凝乳蛋白酶作用于对硝基苯酚乙酸酯，颜色深浅反应酶活性。
酶(enzyme)中学生物理百科知识
酶（enzyme）中学生物理百科知识苏霍姆林斯基说：让学生变得聪明的办法，不是补课，不是增加作业量，而是阅读、阅读、再阅读。
学生知识的获取、能力的提高、思想的启迪、情感的熏陶、品质的铸就很大程度上来源于阅读。
我们应该重视它，欢迎阅读酶(enzyme)中学生物理百科知识。
酶（enzyme）
酶(enzyme)
是细胞产生的、大都具有催化生化反应功能的蛋白质：单纯蛋白质或结合蛋白质(其中非蛋白部分成为辅基或辅酶)。
1982～1983年，Cech、Atman和Pace三个实验室证实某些RNA具有催化活性。
目前已鉴定出2021种以上的酶，可分为：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶和连接酶六大类。
目前引起关注的研究有别构酶、诱导酶和固相酶。
酶促反应的特点是酶降低反应活化能可促使反应在常温下加
快进行，它具有易变性、失活高效率和专一性。
其结构基础是酶活性中心，它有结合和催化两种功能，该功能基于酶蛋白分子的构象。
Michaelis和Menten杰出的贡献就是得出了酶化反应动力学基本规律及其米氏方程。
酶作用机制有三种假说：诱导契合假说、锁钥假说及变形(或张力)假说，目前多数人采用诱导契合假说。
酶促反应受温度、pH、激活剂和抑制剂的影响。
感谢阅读酶(enzyme)中学生物理百科知识，希望大家从中得到启发。
生物化学第一节 酶的分子结构与功能
第一节酶的分子结构与功能2015-07-06 71600 0第三章酶生物体内的新陈代谢过程是通过有序的、连续不断的、有条不紊的、各种各样的化学反应来进行。
这些化学反应如果在体外进行，通常需要在高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件下才能发生。
而在生物体内，这些反应在极为温和的条件下就能高效和特异地进行。
这是因为生物体内存在着一类极为重要的生物催化剂( biocatalyst) -酶( enzyme)。
酶是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质。
随着人们对酶分子的结构与功能、酶促反应动力学等研究的深入和发展，逐步形成了一门专门学科——酶学（enzymology）。
酶学与医学的关系十分密切，人体的许多疾病与酶的异常密切相关，许多酶还被用于疾病的诊断和治疗。
酶学研究不仅在医学领域具有重要意义，而且对科学实践、工农业生产实践亦影响深远。
框3-1 Edward Buchner对酶学的历史性贡献随着对酵母细胞的深入研究，19世纪的欧洲掀起了研究生醇发酵机制的热潮。
1850 年，法国科学家Louis Pasteur经实验断定，发酵离不开活的酵母细胞。
虽然Pasteur的“活力论”遭到了Liebig等著名科学家的反对，但由于Pasteur在科学界的巨大声望，他的活力论一直得到普遍承认。
直到1897年，德国生物学家Edward Biichner成功地用酵母提取液实现了发酵，并证明发酵作用与细胞的完整性及生命力无关。
他发表了《无细胞的发酵》论文，从此结束了长达半个世纪的有关发酵本质的生命力论和机械论的争论。
1903年他和他的兄弟(Hans Btichner)出版了《酒化酶发酵》的论著，把酵母细胞的活力和酶化学作用联系到一起，推动了微生物学、生物化学、发酵生理学和酶化学的发展。
由于在微生物学和现代酶化学方面做出的历史性贡献，Edward Buchner获得了1907年的诺贝尔化学奖。
第一节酶的分子结构与功能酶的化学本质是蛋白质。
酶工程考试重点整理
第一章绪论：酶学（Enzymology）是研究酶的性质、酶的作用规律、酶的结构和功能、酶的生物学功能及酶的应用的科学。
酶工程(Enzyme engineering) 又称酶技术,是酶制剂的大批量生产和应用的技术。
是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的交叉科学技术。
生物催化剂（改变生化反应的速率，不改变反应的平衡点和性质以及反应方向，本身在反应前后也不发生变化的生物活性分子,外在因素），酶:酶是一种高效、高度专一、和生命活动密切相关的、蛋白质性质的生物催化剂(更高的催化效率,更高的反应专一性,温和的反应条件,具有调节能力,本质是蛋白质;)酶的本质（具有生物活性的蛋白质或RNA），第二章酶的分类和命名酶的分类（根据催化作用分为六大类:氧化还原酶类,转移酶类,水解酶类,裂合酶类,异构酶类,合成酶类）酶分子结构与功能：①酶的蛋白质本质为酶的催化活性提供了多种功能性残基。
②酶的一级结构一方面为酶准备了功能片段，另一方面又为酶形成特定的活性构象奠定基础。
③酶通过高级结构将相应的功能基团组织在酶分子的特定区域（如凹穴），形成活性中心；活性中心指直接参与和底物结合并参与催化底物转化的各有关氨基酸按特定构象分布组成的活性结构。
④活性中心的这种活性结构也要求活性中心以外的其他氨基酸残基共同维系；这些残基被修饰、改变，或相互间连接被破坏，活性中心就会瓦解，酶失活。
活性中心（与催化作用直接相关的少数氨基酸残基组成的催化区域，具有严格保守性，构象依赖于酶分子空间结构的完整性，活性中心各基团的相对位置得以维持，就可以保证全酶的活力）结合部位(binding site)和催化部位(catalytic site)。
催化过程：酶和底物的结合；催化底物进行转化。
酶分子是在一级结构基础上，通过二、三级的折叠盘绕，形成了具有催化功能的特定活性构象结构域；酶分子是以这个活性构象结构域参与和底物结合，参与对底物进行催化，这个结构域就是“活性中心”第三章酶促反应动力学：比活力specific activity（每毫克蛋白里面所含有的酶活力单位数U/mg），活力（又叫酶活力单位，一个标准单位：在特定条件下，如25摄氏度，pH和底物浓度等其他条件都是最适条件时，一分钟能转化一微摩尔底物所需的酶量），Km，米氏常数，在特定的反应条件下，是个特征常数，描述酶反应性质，反应条件对酶反应速度的影响。
单一分子酶学的机理研究与应用
单一分子酶学的机理研究与应用单一分子酶学是指对于单个酶分子进行研究的领域。
它是生物化学中十分重要的一个领域，对于理解酶在生物化学反应中的作用有着深刻的意义。
本文将重点讨论单一分子酶学的机理研究与应用。
一、单一分子酶学的机理研究1.1 单一酶分子的特点单一酶分子大小通常在10 nm以内，具有高度的空间异质性。
不同于在大量酶的浓度下进行反应（例如在酶促反应中），单一酶分子的浓度一般很低，反应活性较弱。
因此，对单一酶分子进行实验需要极高的灵敏度和分辨率。
1.2 技术手段现今，单一分子实验可应用于不同法学，在单分子萃取技术、单分子溶胶热学技术和生物成像技术等方面取得了显著进展。
其中，最为常见的利用蛋白光电子光谱技术（PES）手段可以获取酶的高分辨率结构，同时也可以观测光合色素分子与其它分子之间的动态行为，可用于了解光合成过程中激光和能量传递等基本物理化学问题。
1.3 酶分子活性与动力学机理对于单一酶分子活性及动力学机理的研究，可以利用单秒分子荧光共振能量转移（smFRET）等实验手段。
单秒分子荧光共振能量转移是一种高分辨率的单分子光谱技术，它可以在无需对受体结合位点进行特殊化学修饰的情况下，实现受体静态位置与方法结构异构体的动态监测。
利用smFRET方法可以观察到单一生物大分子分子的键合构象及其动态学行为。
1.4 单分子技术的前景随着技术的不断发展和完善，单一分子技术将为更深层次和全面理解酶反应和生物大分子表现提供突破。
配合模拟模型，并使计算机模拟方法具有更高的能力，使研究结果更符合实际情况，这样可以为药物筛选和酶催化反应优化提供更精确的数据支持。
二、单一分子酶学的应用2.1 在生物化学反应中的应用单一分子酶学研究可以提供有关酶的结构和功能的关键信息，使科学家们能够更完全地理解酶的功能和特性。
这在新药开发、工业合成和生物工程中至关重要，因为我们需要一种方法来精确地控制和调整酶促反应。
2.2 在医学领域中的应用单一分子酶学的技术也被广泛用于医学领域中。
分子酶学(Enymology)
抗体酶发展前景 它是研究酶作用机理的有利工具，在抗体酶的研 究过程中，可以直接观察到过渡态理论设计抗体酶 起到的作用，为酶的过渡态理论的正确性提供了有 利的实验证据。 抗体酶可以直接作为药物，进入组织，达到治 疗效果。它们可能象限制性内切酶切割DNA分子一 样，任意切割多肽链，用于治疗艾滋病和各种癌症。
酶纯化方法的选择
调节酶溶解度的方法 根据酶分子大小、形状不同的分离方法 根据酶分子电荷性质的分离方法 根据酶分子专一性结合的分离方法 酶纯化方法选择的一般原则
调节酶溶解度的方法
改变离子强度
硫酸铵分级盐析 反抽提法 RNA聚合酶的硫酸铵分级沉淀 42－55％ 收集33－50%饱和度的沉淀。 将沉淀再悬浮于42％饱和度中，去除某些杂蛋白。
可加入蛋白酶抑制剂如PMSF（苯甲基磺酰氯）、 EDTA、还原剂DTT（二硫苏糖醇）等，保护目的酶。
酶提取方法的选择
抽提液由以下几部分组成 离子强度调节剂 KCl NaCl 蔗糖 pH缓冲剂 各种 Buffer 温度效应剂 甘油 二甲基亚枫(DMSO) 蛋白酶抑制剂 PMSF DIFP 抗氧化剂 DTT 巯基乙醇 重金属络合剂 EDTA 柠檬酸 增溶剂 TritonX-100
改变pH值或温度
调节pH至pI， 加热去除杂蛋白
改变介电常数
常用有机溶剂乙醇、丙酮、甲醇
根据酶分子大小、形状不同的分离方法
离心分离 凝胶过滤 透析 超滤
Ultracentrifugation
Gel filtration chromatography
dialysis
Ultrafiltration
The transition state: a high energy fleeting moment.
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About Myself Wang Xiao-Yun (王晓云） Professor,Ph.D. in Department of Biochemistry and Molecular Biology, College of Life Science Tel: 2656-8430 Office: 6#430
建立一个可靠快速的测活方法 酶原料的选择 酶的提取 酶的提纯 酶纯度的鉴定
建立一个可靠和快速的测活方法
可靠性表现在专一、灵敏、精确、简便 测活方法是否经济 测活方法越简单，纯化所需等待时间越短，失
活越少 一个好的测活方法的建立，就是整个纯化工作
成功的一半。
酶提取方法的选择
生物材料的破碎
机械（匀浆）法 适合动物、植物、微生物
超声波法 破碎细胞和细胞器的有效手段， 细菌 酵母
冻融法
细胞胞液结成冰晶，使细胞壁涨破，效率不高
渗透压法 最温和的方法，如红血球破壁，不适于细菌及植物
酶消化法 利用酶解作用，使细胞壁崩解破碎
可加入蛋白酶抑制剂如PMSF（苯甲基磺酰氯）、 EDTA、还原剂DTT（二硫苏糖醇）等，保护目的酶。
并证明具有蛋白质。（不负载任何活性基团的脲
酶蛋白质结晶 。
30年代
胃蛋白酶
pepsin
胰蛋白酶
trypsin
胰凝乳蛋白酶 chymotrypsin
结晶并进行了动力学探讨，确立了酶的化学本质
推动了蛋白质研究。
对于酶和生物催化剂概念的认识
Ribozyme 抗体酶 探针酶 人工酶 模拟酶 克隆酶和突变酶
探针酶
既保持高度反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进 行切割。
EDTA gFe(II)gX
探针酶 X为探针
EDTAg Fe(II) gEB EB与DNA能任意结合，所以在
DNA上的切点是随机的。
探针酶与限制性内切酶比：
a. 切点不够准确。
b. 有较大的灵活性，可在任意位置上切割。
人工酶 模拟酶
二、当前研究重点
1．现在人们相继弄清了溶菌酶、蛋白 酶、羧肽酶等结构及作用机理，当前对 机理方面的研究还不断进行。
2．酶工程 （酶的制备、改造与应用）
化学酶工程（初级酶工程）： 自然酶、化学修饰酶、固定酶、人工酶、
模拟酶的研究、利用 生物酶工程（高级酶工程）
克隆酶 、 突变酶 、抗体酶
三、酶的分离纯化
酶提取方法的选择
抽提液由以下几部分组成
离子强度调节剂 KCl NaCl 蔗糖
pH缓冲剂
各种 Buffer
温度效应剂
甘油 二甲基亚枫(DMSO)
蛋白酶抑制剂
PMSF DIFP
抗氧化剂
DTT 巯基乙醇
重金属络合剂
The transition state: a high energy fleeting moment. Bond being broken
Benkovic, S.J. (1992) “Catalytic antibodies”, Annu. Rev.Biochem., 61:29-54.
A general procedure for generating catalytic antibodies.
Antibodies having catalytic activities can be generated
The concept of inducing antibodies with catalytic potentials rooted in Pauling’s transition state theory (1940s);
人工酶 人工合成的具有催化活性的蛋白 质或多肽。
模拟酶 利用有机化学合成的一些比酶结 构简单得多具有催化功能的非蛋白质分 子。
克隆酶和突变酶
克隆酶 用基因工程技术生产的酶
突变酶 用基因定位突变技术修饰天然酶 基因，然后用基因工程技术生产该突变 基因的酶，被称为突变酶。
酶蛋白 蛋白酶 蛋白质酶 Ribozyme Deoxyribozyme 核糖酶（核酶） 核酸酶 单纯酶 单体酶 结合酶 寡聚酶 恒态酶 调节酶 组成酶 诱导酶 胞内酶 胞外酶
抗体酶发展前景
它是研究酶作用机理的有利工具，在抗体酶的研 究过程中，可以直接观察到过渡态理论设计抗体酶 起到的作用，为酶的过渡态理论的正确性提供了有 利的实验证据。
抗体酶可以直接作为药物，进入组织，达到治 疗效果。它们可能象限制性内切酶切割DNA分子一 样，任意切割多肽链，用于治疗艾滋病和各种癌症。
Enzymology
第一节 酶的分离纯化与活性测定 第二节 酶的结构与功能 第三节 酶促反应动力学 第四节 变（别）构酶、同工酶
第一节 酶的分离纯化与活性测定
一、概述 Ferment－－（酵素） Enzyme－－在酵母中（希腊文）
1926年 美国“独臂学者”Sumner用全能的
右手，花了9年时间，从刀豆中提出了脲酶结晶，
William Jencks predicted the existence of such antibodies in 1969;
Richard Lerner and Peter Schultz generated such catalytic antibodies in 1986;
Catalytic antibodies have been generated catalyzing various chemical transformations, ranging from simple hydrolysis to reactions that lack physiological counterparts or even are normally disfavored.
参考书：
1. 袁勤生主编， 现代酶学，华东理工大学出 版社，2001
2. 姜涌明主编，分子酶学导论，中国农业大 学出版社，2000
3. 王镜岩等主编，生物化学（第三版），高 等教育出版社，2002
酶可以说是一切生命活动的序幕——化 学变化，酶决定机体的化学变化。
酶学无论从理论上讲或是从应用上讲， 都是现代生物学领域的人不能不涉足的一 门科学。