第一章 酶学基础
蛋白质与酶工程复习资料
酶工程复习提纲第一章绪论1.酶及酶工程的概念。
酶：是生物体内一类具有催化活性和特殊空间构象的生物大分子物质。
酶工程：利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需产品的一门工程技术。
(名词解释) 2.了解酶学的发展历史，尤其是一些关键事件。
1833年，Payen和Persoz发现了淀粉酶。
1878年，Kuhne首次将酵母中进行乙醇发酵的物质称为酶。
给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个词来自希腊文，其意思“在酵母中”。
1902年，Henri提出中间产物学说。
1913年，Michaelis and Menton推导出酶催化反应的基本动力学方程，米氏方程：V=VmS/（Km+S）。
1926年，Summer分离纯化得到脲酶结晶。
人们开始接受“酶是具有生物催化功能的蛋白质”。
Cech and Altman于1982和1983年发现具有催化活性的RNA即核酸类酶，1989年获诺贝尔化学奖。
现已鉴定出5000多种酶，上千种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。
3.了解酶在医药、食品、轻工业方面的应用。
医药：（1）用酶进行疾病的诊断：通过酶活力变化进行疾病诊断，谷丙转氨酶/谷草转氨酶用于诊断肝病、心肌梗塞等，酶活力升高；葡萄糖氧化酶用于测定血糖含量，诊断糖尿病。
（2）用酶进行疾病的治疗：来源于蛋清、细菌的溶菌酶用于治疗各种细菌性和病毒性疾病；来源于动物、蛇、细菌、酵母等的凝血酶用于治疗各种出血病；来源于蚯蚓、尿液、微生物的纤溶酶用于溶血栓。
（3）用酶制造各种药物：来源于微生物的青霉素酰化酶用于制造半合成青霉素和头孢菌素；来源于动物、植物、微生物的蛋白酶用于生产L-氨基酸。
食品：生产低聚果糖，原料为蔗糖，所需酶为果糖基转移酶、蔗糖酶α（黑曲霉、担子菌）；生产低聚异麦芽糖，原料为淀粉，所需酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌α-淀粉酶（米曲霉）、α-葡萄糖苷酶（黑曲霉）、普鲁兰酶、糖化型α-淀粉酶（枯草杆菌）。
酶学PPT
第一章绪论第一节酶的发现及研究历史最早的酶学实验: 1783年, 意大利科学家Spallanzani发现鸟的胃液能将肉类分解消化。
酶的最早发现者:1810年，药物学家Planche在植物根中发现一种能使创木脂氧化变蓝的物质，并分离出了这种耐热且水溶性的物质。
最早的酶制剂：1833年，Payen和Persoz用酒精处理麦芽提取液，分离出了一种能溶于水和稀酒精，不溶于浓酒精，对热不稳定的白色无定形粉末，取名为diastase(淀粉酶)。
它能使淀粉转化为糖，不久后用于棉布退浆。
1971年，第一届国际酶工程学术会议在美国召开，主题即是固定化酶，进一步开展了对微生物细胞固定化的研究。
第二节酶学概论一、什么是酶1酶是一类具有特殊催化功能的蛋白质2酶的化学本质是蛋白质。
主要依据是：①酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸，酶能被蛋白酶水解而失活。
②酶是具有空间结构的生物大分子，凡使蛋白质变性的因素都可使酶变性失活。
③酶是两性电解质，在不同pH下呈现不同的离子状态，在电场中向某一电极泳动，各自具有特定的等电点。
④酶和蛋白质一样，具有不能通过半透膜等胶体性质。
⑤酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。
3酶具有蛋白质的一切理化性质。
它也是亲水胶体，具有两性电解质性质，凡能引起蛋白质变性的因素均可致使酶失活二、酶的化学组成1单纯蛋白质的酶类2缀合蛋白质的酶类蛋白质---脱辅酶非蛋白质小分子---辅因子物质或金属离子全酶= 脱辅酶+ 辅因子三、酶的催化作用（一）酶和一般催化剂的共性①凡是催化剂均能加快化学反应的速度，而本身在反应前后都没有结构和性质上的改变。
②只能催化热力学上允许进行的化学反应，而不能实现热力学上不能进行的反应。
③只能缩短反应达到平衡所需的时间，而不能改变平衡点。
（二）酶作为生物催化剂的特点1．反应条件温和2. 酶易失活3．酶具有很高的催化效率酶作为催化剂比一般催化剂更显著地降低活化能，催化效率更高活化能:在一定温度下1摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能(kJ／mol)反应所需的活化能愈高，反应速率就愈慢4．酶具有高度专一性5．酶活性受到调节和控制细胞内酶的调节和控制主要方式：a调节酶的浓度酶浓度的调节主要有2种方式：诱导或抑制酶的合成调节酶的降解b通过激素调节酶活性c反馈抑制调节酶活性d抑制剂和激活剂对酶活性的调节e其他调节方式反馈抑制：许多小分子物质的合成是由一连串的反应组成的，催化此物质生成的第一步的酶，往往被它们终端产物抑制。
第一章 酶学基础
• A、Km是酶的特征常数之一，一般只与酶 的性质有关，而与酶的浓度无关。不同的 酶Km不同。 • B、Km值也会因外界条件如pH值、温度以 及离子强度等因素的影响而不同。因此Km 值作为常数只是对应某一特定的酶反应、 特定底物、特定的反应条件而言的。测定 酶的Km可以作为鉴别酶的手段，但是必须 在指定的实验条件下进行。
• 延胡索酸酶有两种底物： • 延胡索酸 Km5.0x10-6 • 苹果酸 Km2.5x10-5
• 问：哪种底物是最适底物？哪种底物与酶
的亲和力大？
• （2）、使用范围和实际用途 • 适用于单底物酶促反应；底物浓度远远大于酶浓 度；无激活剂和抑制剂存在时。 • 实际用途：可由已知V0，求【S0】，或由【S0 】求V0。 • (3)、反应速度V0与酶浓度【E0】之间的关系 • 当【S0】》Km时，V0≈Vmax＝K2【E0】，此 时反应速度V0正比于酶浓度【E0】，而与底物浓 度无关，这是一个实用结论。在测定酶活性时， 一般选择【S0】》Km的条件。
四、PH的影响
固定酶反应的其它条件，在不同pH处测定酶 反应速度，可得各种类型的酶活性与pH关系
生化学家将酶活性最高处的pH称为最适pH。一般来
说，血清中大多数酶最适pH接近中性（pH6.5-7.5）。
测定酶活性浓度时一定要选择在最适pH处，不仅因为此 处酶反应速度最大，测定灵敏度最高，还因为此处酶活 性变化的斜率最小，如反应体系中出现pH变化时，对测
（三）恒态酶与调节酶
根据酶在代谢中所处的地位、含量与活性情况分：
• 恒态酶：构成代谢途径和物质转化体系的基本组 成成分，在细胞中含量相对稳定，其活性仅受反 应动力学系统本身的组成因素调节。 • 调节酶：在代谢途径和物质转化体系中起调节作 用的关键酶，含量与活性常因机体机能状况而不 同。
《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。
生物化学大一酶知识点总结
生物化学大一酶知识点总结酶作为生物体内的催化剂，在生命体系中扮演着至关重要的角色。
了解和掌握酶的基本知识对于生物化学的学习至关重要。
本文将对大一生物化学中的酶知识点进行总结，并帮助读者全面了解酶的结构、功能以及与底物的相互作用。
以下是酶的相关知识点总结：1. 酶的定义和特性- 酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的速率，但在反应结束后酶本身不发生改变。
- 酶可以在更温和的条件下进行反应，促进底物分子之间的相互作用。
- 酶具有高度的反应特异性，因为其活性位点能够与特定的底物结合，而不影响其他分子。
2. 酶的分类- 酶可以根据底物的种类分为氧化酶、还原酶、水解酶、合成酶等。
- 根据反应位置，酶可分为细胞质酶、溶液中酶和膜酶等。
- 酶还可以通过命名法分类，如葡萄糖氧化酶、乳酸脱氢酶等。
3. 酶的结构- 酶通常由蛋白质组成，但也有一些例外，如核酸酶。
- 酶的结构包括原核生物酶和真核生物酶，其中原核生物酶结构较为简单。
- 酶的构象通常由原子团体组成，如氨基酸残基和辅助因子。
4. 酶的活性- 酶的活性受到环境因素的影响，如温度、pH值和底物浓度。
- 酶的最适温度和最适pH值可以通过对酶的研究和实验确定。
- 酶底物的浓度会影响酶的活性，过高或过低的底物浓度可能抑制酶的催化效果。
5. 酶的底物结合- 酶通过与底物的特异性相互作用来催化化学反应。
- 酶底物结合的过程可以通过解离常数（Km值）和最大反应速率（Vmax值）来描述。
- 酶底物复合物的形成可以通过米氏方程来表示，即v =Vmax*[S]/(Km+[S])。
6. 酶的抑制- 酶的活性可以被抑制剂所抑制，分为竞争性抑制和非竞争性抑制。
- 竞争性抑制剂与酶的底物竞争结合，降低反应速率。
- 非竞争性抑制剂通过与酶的其他部位结合而不是活性位点，影响酶的构象。
7. 酶与温度的关系- 温度是影响酶活性的重要因素，酶活性随温度的升高而增加，但超过一定温度后酶的构象可以被破坏。
酶工程基础PPT课件
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
（二）酶的结构特点
(holoenzyme) （apoenzyme）
Hale Waihona Puke 全酶=酶蛋白
有活性
（金属离子、辅酶、辅基） 无活性 无活性
+
(cofactor)
辅因子
无机离子 （金属离子）
有机化合物 （辅酶、辅基）
（1）分类（据结合程度不同） •金属酶：酶蛋白与金属离子结合紧密，主要是 一些过渡金属离子。 •金属激酶：金属离子与酶的结合一般较松散， 在溶液中，酶与这类离子结合而被激活。主要 是一些碱金属离子或碱土金属离子。 （2）作用 •活性中心的组成成分：如多酚氧化酶中的铜 •在E与S之间起作用：如羧肽酶中的锌 •稳定结构
3、蛋白质合成，一旦错误氨基酸掺入，就 要有专门的酶去识别、切除、再合成。
第 一 节 酶 和 酶 工 程 概 述
（三）酶的研究
1、以酶为工具的研究 2、以酶为研究对象
1、以酶为工具的研究
第 一 节 酶 和 酶 工 程 概 述
（1）用酶来治疗疾病
• 天冬酰胺酶→治疗白血病 • 多酶片(蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等)→助消化 • 链激酶、尿激酶、纳豆激酶等→清除血凝块
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
（三）酶的编号
酶的编号——用四个数字表示一个酶：
Enzyme Commision EC 1. 1. 1. 1 醇脱氢酶
类 亚类 亚亚类 编号
第1大类; 以CHOH为供体; 以NAD+,NADP+为受体; 1
第 二 节 酶 的 分 类 、 命 名 、 组 成 、 结 构 特 点 和 作 用 机 制
《酶工程》复习大纲答案详解
《酶⼯程》复习⼤纲答案详解《酶⼯程》复习⼤纲试题题型：名词解释，判断题，选择题，简答题，论述题，实验设计题。
第⼀章酶⼯程基础⼀、名词解释：酶：指⽣物体产⽣的具有催化活性的⽣物⼤分⼦。
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服务于其它⽬的地⼀门应⽤技术。
转换数：酶使底物每分钟变化的分⼦数。
催化周期：单位时间内每个酶分⼦将底物分⼦转换成产物的最⼤值，即每摩尔酶单位时间催化底物转化为产物的摩尔数。
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。
⽐活⼒：指在特定条件下，单位质量的蛋⽩质或RNA所拥有的酶活⼒单位数。
酶活国际单位IU: 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1µmol底物或催化1µmol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）。
催量kat：每秒钟转化 1 摩尔底物（被反应物）所需的酶活⼒为1个katal ,简称 kat⼆、问答题1、酶催化的特点有哪些？⾼效性：酶的催化效率⽐⽆机催化剂更⾼,使得反应速率更快；专⼀性：⼀种酶只能催化⼀种或⼀类底物,如蛋⽩酶只能催化蛋⽩质⽔解成多肽、⼆肽酶可催化各种氨基酸脱⽔缩合形成的⼆肽；温和性：是指酶所催化的化学反应⼀般是在较温和的条件下进⾏的.活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等. 有些酶的催化性与辅因⼦有关.易变性：由于⼤多数酶是蛋⽩质,因⽽会被⾼温、强酸、强碱等破坏2、影响酶催化作⽤的因素有哪些？◇1温度：酶促反应在⼀定温度范围内反应速度随温度的升⾼⽽加快；但当温度升⾼到⼀定限度时，酶促反应速度不仅不再加快反⽽随着温度的升⾼⽽下降。
酶学基础PPT学习教案
A+B+ATP
AB+ADP+Pi（或AB+AMP+PPi）
+ NH3 + ATP
L-谷氨酸
+ ADP + Pi
L-谷氨酰胺
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❖核酸酶(Ribozyme)
核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNA，能够 催化RNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应
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二、酶的组成和结构特点
锁和钥匙模型 诱导锲合模型
广义的酸碱催化 共价催化 邻近效应及定向效应 变形或张力 酶的活性中心为疏水区域
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第一节结束
点击返回
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第二节 酶作为催化剂的显著特点
一、 催化效率高 二、反应条件温和 三、 专一性强 四、 酶活性的可调节性
第24页/共77页
一、催化效率高
2、抑制程度的表示（以反应速度的变化来表示）
✓ 相对活力分数（残余活力分数）
a=Vi/Vo （Vo：不加抑制剂；Vi：加入抑制剂后，下同） ✓ 相对活力百分数（残余活力百分数）
a%==Vi/Vo*100% ✓ 抑制分数
指被抑制而失去活力的分数 ✓ 抑制百分数
i=1-a=1-Vi/Vo
i%=(1-a)*100%==(1-Vi/Vo)*100% 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数
是由几种酶彼此嵌合形成的复合体，多种酶进行连续反应的体系 大部分酶为复合蛋白质，称“全酶”
全酶 ＝ 酶蛋白 ＋ 辅因子（无机、有机） 有机：辅酶－－与酶蛋白结合松散
辅基－－与酶蛋白结合紧密
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三、酶的作用机制
1、酶的作用过程 2、酶与底物的结合模型 3、与酶的高效率有关的因素
第一章酶ppt课件
CTGCAG GACGTC
d. 核酸内切酶作用后的断裂方式
粘性末端 ：两条链上的断裂位置是交错地、但又是围 绕着一个对称结构中心，这样形式的断裂结果形成 具有粘性末端的DNA片断。
平末端
两条链上的断裂位置是处在一个对称结构的中心 这样形式的断裂是形成具有平末端的DNA片断。不 易重新环化。
HindⅡ
R/M体系的作用：类似于免疫系统 保护自身的DNA不受限制； 破坏外源DNA使之迅速降解
由于R/M现象的发现使得核酸内切酶成为 基因工程重要的工具酶。
（二）限制性核酸内切酶的分类
• 根据酶的功能、大小和反应条件，及切 割ＤＮＡ的特点，可以将限制性内切酶 分为三类： Ⅰ型酶、Ⅱ型酶、 Ⅲ型酶（基 因工程技术中常用的是Ⅱ类）
目的基因载体限制性内切酶限制性内切酶t4dna连接酶15c重组体载体自连目的基因taqdna聚合酶重组dna技术中常用的工具酶工具酶限制性核酸内切酶识别特异序列切割dnadna连接酶催化dna中相邻的5磷酸基和3羟基末端之间形成磷酸二酯键使dna切口封合或使两个dna分子或片段连接dna聚合酶合成双链cdna分子或片段连接缺口平移制作高比活探针dna序列分析填补3末端klenow片段又名dna聚合酶i大片段具有完整dna聚合酶i的53聚合35外切活性而无53外切活性
重组DNA技术中常用的工具酶
工具酶
功
能
限制性核酸内切酶 识别特异序列，切割DNA
DNA连接酶
催化DNA中相邻的5´磷酸基和3´羟基末端之间形成磷酸 二酯键，使DNA切口封合或使两个DNA分子或片段连接
DNA聚合酶Ⅰ
Klenow片段 反转录酶
多聚核苷酸激酶
①合成双链cDNA分子或片段连接 ②缺口平移制作高比活探针 ③DNA序列分析 ④填补3´末端
酶工程第一章酶学基础知识PPT课件
酶的生产方式
01 02
微生物发酵
通过微生物发酵生产酶是一种常见的方法。不同微生物具有不同的代谢 途径和酶系，可以产生不同类型的酶。通过选择适当的微生物和发酵条 件，可以大规模生产酶。
酶的分离纯化
通过各种分离纯化技术手段，从生物材料中 提取和纯化酶。
酶的改造
通过基因工程技术手段对酶进行改造，以提 高酶的催化效率和稳定性。
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在特定载体上，实现酶 的重复利用和连续化生产。
酶的生产与应用
通过生物工程技术手段实现酶的工业化生产， 并将其应用于各个领域。
酶工程的应用领域
1980年代
随着分子生物学和生物工程技术的迅速发展，酶 工程领域取得了重大突破，实现了酶的大规模生 产和应用。
02
酶的结构与功能
酶的活性中心
02
01
03
酶的活性中心是酶分子中与底物结合并催化反应的区 域，通常由少数几个氨基酸残基组成。
这些氨基酸残基在空间结构上相互接近，形成一个凹 陷的空腔，能够与底物特异结合。
酶的活性中心具有催化作用，能够降低反应的活化能 ，加速化学反应速率。
酶的专一性
酶的专一性是指酶只能催化一 种或一类化学反应的性质。
酶的专一性分为绝对专一性和 相对专一性，绝对专一性是指 酶只催化一种底物反应，相对 专一性是指酶对底物的结构有 一定选择性。
酶的专一性是由酶的活性中心 决定的，活性中心的空间结构 和化学组成决定了酶对底物的 选择性。
03
拓展酶的应用领域，将酶应用 于生物医药、食品工业、纺织 工业等领域，提高产品质量和 降低环境污染。
酶学概论1
124 His12, His119, Lys41
129 Asp52, Glu35
241 His57, Asp102, Ser195
348 Asp32, Asp215
212 Cys25, His159
307 Arg127, G部位与底物 酶分子的可逆伸展（不可逆失活的初始
一．酶活力 ：在一定条件下，酶所催化的化学反应速
度，它可以 用单位时间内底物的减少量或产物的 增加量表示。
二．酶活力测定方法 注意事项：
1 ．底物及底物浓度的选择 a. 根据其专一性选择底物； b. 一般采用高底物浓度测定法 (10-20 Km) 。
2．反应条件的选择 a. 一般应采用酶的最适反应条件，确保反应条件在整个
动力推动ATP 形成的酶是 ATP 合成酶还是 ATP 合酶？ 催化的反应： ADP+Pi →ATP 合成酶：synthetase; 合酶：synthase 2 ）DNA (RNA) 聚合酶属于六大类酶中的什么类型？ 催化的反应： dATP+DNA DNDAN聚A合-d酶AMP+PPi
Mg 2+
第三节 酶的活力测定
3 ．多酶复合体（ multienzyme complex ）：多种酶进行 连续反应的体系。
4 ．多酶融合体 (multienzyme conjugate) ( 杂合酶) 一条多肽链上含有两种或两种以上催化活性的酶，它 往往是基因融合的产物。
二．酶的命名 1．推荐名： 以习惯名为基础
（酶的来源或性质） +底物名称+催化反应的类型 （水解反应可省去“水解”二字） 特点：比较简单，便于使用。 2．系统名 酶的作用底物（底物之间用“：”隔开） +酶作用的基 团+催化反应的类型 特点：严格，但更为详细准确地反映出酶所催化的反
2酶工程酶学基础PPT课件
COOH
丙酮酸
D－乳酸
.
31
绝对专一性
绝对专一性的另一个典型例子是天门冬氨酸氨裂合酶 [ EC 4.3.1.1 ] ,此酶仅 仅作用于L-天门冬氨酸，经过脱氨基作用生成延胡索酸（反丁烯二酸）及其 逆反应：
COOH
|
CH2
HOOC－C－H
|
天门冬氨酸氨裂合酶
||
H－C－NH2 ============= |
直接有关的部位。
结合基团
专一性
活性部位
必需基团
催化基团 催化性质
维持酶的空间结构
.
25
.
26
.
27
.
28
四、酶催化作用的特点
与非酶催化剂相比，酶具有如下显著特性 1、催化专一性强 2、催化作用效率高 3、催化作用条件温和
.
29
1.酶的催化专一性强
一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进 行某种类型的反应
.
7
第 3 大类，水解酶(Hydrolases)
催化各种化合物加水分解的酶称为水解酶。其反应通 式为：
AB ＋ H2O ＝ AOH ＋ BH 该大类酶的系统命名是先写底物名称，再写发生水解 作用的化学键位置，后面加上“水解酶”，例如，核 苷酸磷酸水解酶，表明该酶催化反应的底物是核苷酸， 水解反应发生在磷酸酯键上。
该大类酶的系统命名为“底物-裂解的基团-裂合酶”，如 L-谷氨 酸 1-羧基-裂合酶，表明该酶催化L-谷氨酸在 1-羧基位置发生裂 解反应。
推荐名是在裂解底物名称后面加上“脱羧酶” （ decarboxylase）、“醛缩酶”（aldolase）、“脱水酶” （dehydratase）等，在缩合反应方向更为重要时，则用“合 酶”( synthase) 这一名称。如谷氨酸脱羧酶（L-谷氨酸 ＝ γ-氨 基丁酸 ＋ CO2），苏氨酸醛缩酶（ L-苏氨酸＝ 甘氨酸 ＋ 乙 醛），柠檬酸脱水酶（ 柠檬酸 ＝ 顺乌头酸 ＋ 水），乙酰乳酸 合酶（ 2-乙酰乳酸 ＋ CO2 ＝ 2-丙酮酸）。
酶工程复习要点
酶工程复习要点名词解释：1、酶活性中心：只有少数特异的氨基酸残基与底物结合及催化作用。
这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即与酶活力直接相关的区域称为没得活性中心或活性部位。
2、酶别构调节的定义：某些小分子物质与酶的非催化部位或别位特异地结合，引起酶蛋白构象的变化，从而改变酶活性的方式。
能发生别构效应的酶称为别构酶。
3、效应物：与别构酶的别构中心结合，能调节酶的反应速率和代谢过程的物质。
4、同促效应和异促效应：当一个效应物分子和酶结合后，影响另一个相同的效应物分子与酶的另一部位结合称为同促效应；如果一分子效应物和酶结合后，影响另一不同的效应物分子与酶的另一部位结合则称为异促效应。
一个效应物分子与别构酶的别构中心结合后对第二个效应物分子结合的影响称为协同效应。
当一个效应物分子与酶蛋白的一个部位结合后，可使另一部位对效应物亲和力增高的效应称为正协同效应，反之称为负协同效应。
5、酶的专一性：酶对催化的反应和反应物有严格的选择性。
1、结构专一性：分为绝对专一性和相对专一性2、立体异构专一性：分为光学专一性和几何专一性6、酶原的激活：分子内肽键的一处或多处断裂，进而使分子构象发生某种改变，形成酶的活性中心。
7、酶原：有些酶在细胞内合成及初分泌时是没有活性的酶的前体，称为酶原。
8、酶活力：又称为酶活性，是指酶催化某一化学反应的能力。
9、抑制剂：能降低酶的活性，使酶促反应速率减慢的物质10、分解代谢物阻遏：是指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物有关酶合成的现象。
11、反馈阻遏作用：是指酶催化作用的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受阻的过程。
12、操纵子：原核基因组中，由几个功能相关的结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位，这种单位称为操纵子。
操纵子分：诱导型操纵子、阻遏型操纵子13、效应物：效应物是一类低相对分子质量的信号物质（如糖类及其衍生物、氨基酸和核苷酸等），包括诱导物和辅阻遏物两种。
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1.4.2 酶活力单位
酶的转化数：在单位时间内每一活性中心或每分子酶
所能转化的底物分子数。 比活性：指每毫克酶蛋白所具有的活力单位数。
U/mg蛋白 U/g酶制剂 表示酶制剂纯度 表示酶制剂中的酶活大小 表示液体酶中的酶活大小 表示材料中的酶活大小
U/mL酶液
U/g鲜重或干重
草酸氧化酶降解草酸产生H2O2。某同学取了0.1g水稻幼苗，拟 测定其中草酸氧化酶的活性。首先加入适量缓冲液提取，充分研 磨后，离心分别收集沉淀（0.12g）和上清液（1mL），测定OxO
1.2.1 底物反应动力学 1.2.2 抑制反应动力学
1.3 酶稳定性的基本原理
酶稳定性是指酶分子抵抗各种因素的 影响，维持其生物活性的能力。 影响酶生物活性的因素有哪些？
表1.1 酶制剂稳定性分类（按影响因素分） 影响因素 温度（主要为高温） pH 值 蛋白水解酶 氧化剂等的氧化作用 重金属离子 表面活性剂 稳定性 热稳定性 酸碱稳定性 抗蛋白酶稳定性 抗氧化剂稳定性 抗重金属稳定性 抗表面活性剂稳定性
(1)习惯单位 在最适条件下，每分钟底物转化的量或生成产物的量 µmol/min。 (2)国际单位 在最适条件下（最适底物浓度、pH等），每分钟转化 1µmol底物或生成1µmol产物所需的酶量为1个国际单 位（1U）。
在最适条件下，每分钟吸光值变化0.01所需的酶量为1U。
在最适条件下（最适底物浓度、pH等），每秒钟能 使1mol底物转化为产物需的酶量为1Kat。 1Kat=6×107U
有机溶剂、冷冻、辐射、机械力等 贮运稳定性
1.3 酶稳定性的基本原理
衡量酶制剂稳定性常用指标：半衰期T1/2。 半衰期是指一定条件下（温度、pH值等） 酶制剂丧失50%活力所需的时间。
1.3 酶稳定性的基本原理
120 100
相对活力（％）
pH=2.0
120 100 80 60 40 20 0
pH=8.0Leabharlann 天然酶基因原料的筛选
原料的培养 分离纯化 酶制剂
自 然 酶
多 酶 反 应 器
酶的固定化、化学修饰
酶学特性分析
应用研究
酶反应器、酶电极等
待分析样品
原料 环境污染物 酶催化 系统
安全排放物 产物 可供参考的数据
目的：高效、经济的利用酶为人类造福。
酶工程内容与学时
酶学基础（第一章，2） 酶的生产（第二章至第五章，14） 酶的改造（第六章至第八章，8） 酶的应用（第九章至第十章，8）
80 60 40 20 0 0 20 40 60
加热时间(min)
0
10
20
30
40
50
60
图1-1 75°C处理对不同pH条件下鸡蛋清溶菌酶活性的影响
半衰期会因条件的不同而不同，故应在相同条件下进行不同来源酶 制剂的稳定性比较，且应详细注明半衰期所对应的具体条件。
1.3 酶稳定性的基本原理
酶稳定性是指酶分子抵抗各种因素的影响，维持其生物活性的能力
考试（笔试)
成绩 期末考试成绩 80% 平时成绩 20%（作业）
第一章 酶学基础知识
酶学是研究酶及其催化反应的科学，其核
心问题是研究酶的结构与功能。
第一章
1.1 概述（自学）
酶学基础知识
1.1.1 酶的概念及特点 1.1.2 酶的组成、结构和催化机理 1.1.3 酶的分类与命名
1.2 酶促反应动力学（自学）
酶的生物活性由其空间结构决定
欲稳定酶活性
需先稳定酶的空间结构
结构的稳定决定了功能的稳定。
稳定酶结构的因素有哪些？
1.3.1 酶的化学组成和结构特征
（1）酶的化学组成 酶 单纯酶
酶蛋白
结合酶 辅因子
金属离子、小分子有机化合物
辅因子的作用： 酶活性中心的组成部分； 连接底物和酶分子的桥梁； 稳定酶蛋白的构像。
某同学在测定过氧化氢酶活性时，每30s记录一次读数，
共测定了2 min，各时间点的吸光值依次为0.8、0.4、0.2、 0.15、0.13。请你分析出现这种现象的原因是什么，并提 出如何解决 。
某同学在测定木瓜蛋白酶活性时，取了100µL酶液，反应 10min后，测定的吸光值为2.0，由于此值过高，他取50µL 酶液重新测定，但吸光值仍为2.0。请你分析出现这种现象 的原因是什么，并提出如何解决 。
酶工程
刘娥娥 办公电话：85280194
绪论
什么是酶工程？
酶工程的研究内容及发展史？ 酶工程的研究意义及目的？
酶是由活细胞产生的具有高度专一性和极高催
化效率的蛋白质。 特点： 高效、专一 反应条件温和 可调节性 不稳定性
应用： 工业：食品、造纸、纺织、日用化工等行业。
农业：饲料。 医药：药用酶制剂、诊断酶等。 科研：基因工程、细胞工程等。
加热、极端pH 加热、高pH 加热、高pH 螯合剂、透析、加热、金属离子 极端pH、脲、表面活性剂、高温或低温 加热、极端pH、有机溶剂、盐酸胍 流体形变 加热、浓度低
1.3 酶稳定性的基本原理 结构决定功能 欲提高功能稳定性 必需提高酶分子结构稳定性
(1)酶的固定化 (2)酶的化学修饰 (3)改变酶存在的微环境 (4)遗传修饰工程 (5)菌种的选育
直接氧化巯基和吲哚基，导致酶失活。
d.机械力作用
压力导致酶分子聚合、亚基解离； 剪切力产生疏水性气液交界面，导致界面上酶蛋白结构破环；
超声波使溶液产生大量的空泡并迅速膨胀破碎，产生强大的冲
击波、剪切力和自由基，破环酶分子结构。
1.3.2 酶失活的因素和机理
②.化学因素 a.极端pH
相同电荷间的静电斥力引起蛋白肽链伸展，启动破环 氨基酸的化学反应。 引起酶蛋白发生水解； b.氧化剂 活性氧与芳香族族氨基酸、Met、Cys具有极高的 反应性。 c.表面活性剂 主要改变酶分子的正常折叠。
1.3.1 酶的化学组成和结构特征
（1）酶的结构特征
一级结构： 组成酶蛋白的氨基酸的种类、数目 和排列顺序。
二级结构：一级结构中相近的氨基酸残基间由氢键的相互作
用而形成的带有螺旋、折 叠、转角、卷曲等结构。 三级结构：在二级结构的基础上进一步进行分子盘曲形成包 括主侧链的专一性三位结构。 四级结构：由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚合
活性。取上清50µ L,反应1h后加TCA终止反应，测得吸光值为0.3；
取沉淀0.01g，反应10min后加TCA终止反应，测得吸光值为0.6。 求水稻幼苗中草酸氧化酶活性。以每分钟每克鲜重材料降解草酸
产生的纳摩尔H2O2量表示酶活性大小。
H2O2（nmol） A555 10 0.059 20 0.128 30 0.199 40 0.271 50 0.334
测的物质。 过氧化物酶
Ⅲ.酶偶联测定法 使用一指示酶，使第一个酶的
产物转变成可测定的新产物。
葡萄糖氧化酶
1.4 酶活力测定
影响酶催化反应速度的因素有哪些？
（1）底物
（2）pH （3）温度 （4）反应时间 （5）辅因子
1.4 酶活力测定 1.4.4 酶活力测定的条件与注意问题 （1）底物 a. 应使用足够高的底物浓度 20-100Km
③生物因素
微生物、蛋白水解酶使酶一级结构肽链断裂。
1.3 酶稳定性的基本原理
表1-2 酶失活机理
失活机理 ⑴聚合 ⑵一级结构改变 失活条件（因素） 加热、变性剂、振动、SDS等
a. 酸碱催化的肽链水解、蛋白酶水解
b.功能基团氧化（Cys的巯基、色氨酸吲哚环） c.二硫键还原及分子间二硫交换 d.必需巯基的化学修饰
这些相互作用可来自： 肽链中氨基酸侧链基团间的相互作用；
金属离子、底物、辅因子等小分子量配体的相互作用；
蛋白质、糖和脂类各自或相互的作用。
1.3 酶稳定性的基本原理
1.3.2 酶失活的因素和机理
①物理因素 a.加热
由于热伸展作用使酶的疏水基团暴露，蛋白质聚合； 酶分子的一些氨基酸发生共价反应；
而成特定构像的蛋白质分子，即低聚蛋白中各折叠多肽链在
空间的专一性三维排列。
离子间的盐键
范德华力
二硫键
非 极 性 基 间 疏 水 键 离 子 间 的 盐 键
非极性基间疏水键
脂键
极性基间的氢键
图1-2 蛋白质分子中的化学键
1.3 酶稳定性的基本原理
1.3.1 维持空间结构的作用力 （1）肽键 （2）二硫键 （3）氢键 （4）疏水键 （5）盐键 维持一级结构的基础。 增加了酶分子结构的刚性和有序性。 维持二级结构的基础。 酶分子折叠成空间结构的主要作用力。 对酶分子稳定性作用显著。
H2O2=（A555 + 0.0097）÷ 0.0069
1.4酶活力测定
1.4.3 酶活力测定的方法
1.4.3.1 按原理分 Ⅰ. 终止法： 将酶促反应进行一定时间后终止反应。 木瓜蛋白酶
Ⅱ. 动力学法：用仪器检测酶促反应过程中光吸收、
电位、黏度等的变化。 过氧化氢酶
1.4.3 酶活力测定的方法 1.4.3.2按检测手段分 Ⅰ.直接测定法 直接检测底物或产物的变量。 过氧化氢酶 Ⅱ.间接接测定法 将底物或产物转化成稳定可检
体外改造
体内改造
1.4 酶活力测定
1.4.1酶活力 酶催化化学反应的能力。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。
E+S
[P]
ES
E+P
V0
v= K +[S] m
零级反应 混合级反应
vmax[S]
一级反应
t
[S]
图1-3 酶的反应过程曲线
图1-4 底物浓度对反应速度的影响
1.4.2 酶活力单位
1.3.2 酶失活的因素和机理