(完整版)酶学与酶工程总结

Lecture 1 酶学与酶工程

酶的概念:

酶（enzyme ）是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的

特殊蛋白质，是一类生物催化剂。

酶的分类(6类)、组成、结构特点？和作用机制？

组成：单体酶、寡聚酶、多酶复合体

酶

天然酶

修饰酶

分子水平上改良的酶

化学修饰的酶固定化酶Note:一个酶蛋白可有多种催化活性，相当于多个酶(关注原核和真核生物的差别)除水解酶和连接酶外，其他酶在反应时都需要特定的辅酶。

金属在酶催化中的作用：稳定酶构象、参与酶的催化作用（如激活底物）、电子传递体

酶作为催化剂的显著特点:

强大的催化能力：加快反应速度可高达1017倍;没有副反应;

高度的专一性：各种酶都有专一性，但专一程度的严格性上有所差别;可调节性;

同工酶的概念:

同一种属中由不同基因或（复）等位基因编码的多肽链所组成的

单体、纯聚体或杂交体，其理化及生物学性质不同而能催化相同反应的酶称同工酶。 同一基因生成的不同mRNA 所翻译出来的酶蛋白也列入同工酶的范畴。

酶蛋白合成后经不同类型的共价修饰（如糖基化等）而造成的多种酶分子形式，严格来说不属于同工酶而称为synzyme ，但也有人称其为次生性同工酶（secondary isozyme ）。

不同种属中催化相同反应的酶称为xenozyme，也不属于同工酶。

酶的活性中心

指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

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基团。

活性中心内的必需基团:结合基团（与底物相结合）和催化基团（催化底物转变成产物）

活性中心外的必需基团：维持酶活性中心应有的空间构象所必需；

构成酶活性中心的常见基团：His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、Glu的γ-

COOH。

酶的作用机制

酶活力的调节

酶的应用

食品加工方面：生物技术在食品工业中应用的代表就是酶的应用，目前已经有几十种酶成功用于食品工业。如葡萄糖、饴糖、果葡糖浆的生产、蛋白质制品加工、果蔬加工、食品保鲜以及改善食品品质与风味等。

常用的酶制剂主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶葡萄糖氧化酶等。

酶在轻工业方面的应用：用酶进行原料处理（发酵原料、淀粉原料、纤维素原料、含戊聚糖的植物原料的处理、纺织原料、造纸原料的制浆、生丝的脱胶处理、羊毛的除垢），用酶生产各种产品（L-氨基酸、核苷酸、酱油或豆酱、制革），用酶增强产品的使用效果（加酶洗涤剂；加酶牙膏、牙粉和嗽口水）

酶在医学中的应用：主要的医药用酶、用酶进行疾病的诊断、用酶治疗各种疾病、用酶制造各种药物

酶与食品质量安全

酶制剂作为食品添加剂进入食品的潜在危害

酶催化有毒物质的产生

酶作用导致食品中营养组分的损失

潜在的产毒素性

潜在的致病性

对策：安全菌株，体外基因毒理学测试，酶制剂的安全评价，酶制剂来源安全性的评估标准

Lecture 2 基因工程的酶学基础

核酶（Ribozyme)：概念：具有生物催化功能的RNA。

看课件

基因工程的酶学基础

基因克隆表达的过程

基因克隆常用的酶，有什么应用，注意事项（补充后两者

）

Lecture 3 酶促反应

✧酶促反应的特点与机理：极高的效率（降低反应的活化能），特异性和可调节性

特异性：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性。

绝对特异性(absolute specificity)：酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物

相对特异性(relative specificity)：酶作用于一类化合物或一种化学键。立体结构特异性(stereo specificity)：酶仅作用于立体异构体中的一种。

机理：酶-底物复合物的形成与诱导契合假说（酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合）可调节性：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

✧两个假说：锁钥假说，诱导契合假说

✧酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反应速度的影响①影响酶促反应的因素，Km 值的意义，测定（双倒数作图法）

影响因素包括有：

酶浓度、底物浓度、pH 、温度、抑制剂、激活剂等。（具体见课件）Km 的意义和作用：

1.Km 值等于酶促反应的初速度为Vmax 的一半时所需的底物浓度。

2.Km 值近似等于ES 的解离常数，1/ Km 近似地表示酶对底物亲和力的大小。

3.Km 是酶的特征性常数，在一定程度上代表酶的催化效率。

4.当、温度和离子强度恒定时， Km 只和酶及底物的性质有关，而与酶的浓度无关。

5.一种酶能催化几种底物时就有不同的Km ，其中Km 最小的底物一般认为是该酶的

天然底物或最适底物。

6.当Km 已知时，可求得任何底物浓度下酶活性部位被底物分子饱和的分数（FES ）。

7.分辨同工酶：测定几个同工酶对同一底物的Km ，可估计这组同工酶是原级同工酶

还是次生性同工酶，前者的Km 常有差异，后者的则比较接近或相同。

8.探讨代谢规律：肌肉中的A 型醛缩酶，对果糖-1,6-二磷酸的Km 为3µmol/L ，对3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的Km 分别为1mmol/L 和2 mmol/L ，可知其在体内主要催化糖酵解而难于参与糖异生。

9.有助于寻找代谢的限速步骤：如酶1，2，3分别催化A B C D 三步

连续反应，三个酶的Km 分别为10 mmol/L ， 1 mmol/L ， 0.1 mmol/L ，而细胞内A ，B ，C 的浓度相同，可推知酶1催化的A B 为限速反应。

10.指导生化实验：利用工具酶来测定某一底物的浓度时，可根据米式公式的积分式来

计算工具酶的用量。工具酶的 Km 越大，所需加入的酶量也越大。

鉴别抑制类型

V m 是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。

②有哪些抑制类型，与Km 之间的关系

不可逆性抑制：抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活，不能用透析、超滤等方法予以除去。碘乙酸（ICH2COOH ）是一种烷化剂，可使巯基烷化。有机磷化合物（丝氨酸的-OH 磷酯化）、重金属离子及砷化合物 可逆性抑制：抑制剂以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。

竞争性抑制:

抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。(丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂/磺胺药对细菌FH 2合成酶的抑制).

抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及［S ］；动力学特点：V max 不变，表观K m ↑。可通过增加底物浓度而使整个反应平衡向生成产物的方向移动，因而能削弱或解除这种抑制作用。

非竞争性抑制:

抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。

抑制剂并非结合于活性中心的底物结合位点，而是此位点以外的基团，如催化基团等。

抑制剂与活性中心结合后也不引起底物结合的立体障碍。

如别嘌呤醇竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，其氧化产物别黄嘌呤非竞争性抑制黄嘌呤氧化酶。

非竞争性抑制的特点

S 和E 或ES 都能结合，两者结合的亲和力相等,I 也能和E 或ES 结合，两者的亲和力相等。