酶工程复习整理

酶工程复习整理

酶工程的概念：酶工程又称酶技术，是酶的生产与应用的技术过程，其主要任务是通过人工操作，获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶发挥其催化功能。

酶工程的发展阶段：1.从动物、植物或微生物细胞和组织中提取酶，加以利用的阶段 2,发酵法生产，揭开近代酶工业的序幕。

酶催化作用的机制：

邻近效应；底物与底物之间、酶的催化基团与底物之间结合于同一分子，从而使反应速率大大增加。

定向效应：酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确取向产生的效应。

底物的形变(distortion)和诱导契合(induced fit)：酶中某些基团或离子可以使底物分子产生“电子张力”，底物分子发生形变，接近过渡态，降低了反应活化能。

酸碱催化(acid-base catalysis)：通过瞬时向反应物提供质子或从反应物接受质子以稳定过渡态，加速反应的一类催化机制。

共价催化(covalent catalysis)：又称亲核催化(nucleophilic catalysis)或亲电子催化(electrophonic catalysis)。亲核催化剂(亲电子催化剂)能放出电子(汲取电子)并作用于底物的缺电子中心(负电中心)，迅速形成不稳定的共价中间复合物，降低反应活化能。

金属离子催化：（1）通过结合底物为反应定向；（2）通过可逆改变金属离子的氧化态调节氧化还原应；（3）通过静电稳定或屏蔽负电荷。

活性部位微环境的影响

酶催化反应的特点

a.催化剂的特性：

▪用量少而催化效率高；

▪不改变化学反应的平衡点；

▪参与反应，但在反应前后本身无变化

b.酶催化的特性：

1.高效性（原因）

a.酶可极大程度上降低反应所需的活化能

b.酶催化是多种催化因素的协同作用（邻近效应、定向效应，扭曲变形和构象变化的催化效应，广义的酸碱催化、共价催化及酶活性中心微环境）

2.专一性

3.反应条件温和

4.酶的活性是受调节控制的

专一性的分类：

绝对专一性

结构专一性族的专一性

酶的专一性键的专一性

光学异构专一性

立体化学专一性

几何异构专一性光学异构专一性：当底物具有旋光异构体时，酶只能催化L型和D型两个对映体中的一个。

几何异构专一性：酶能识别顺反异构体。

键专一性：酶只要求作用于一定的键，对键两端的基团无要求。

基团专一性(族专一性)：除了对键要求以外，还要求键一侧的基团为特定的基团。

绝对专一性：对唯一的底物催化唯一的反应。

酶活性中心的构成：

酶的活性中心(active center)：酶分子上与催化活性直接相关的少数氨基酸残基组成的催化区域。包括结合部位 Binding site：酶分子中与底物结合的部位或区域（结合部位决定酶的专一性）以及活性中心－催化部位 catalytic site：酶分子中促使底物发生化学变化的部位（催化部位决定酶所催化反应的性质。）

酶活性中心有7种氨基酸残基参加的频率最高，它们是Ser、His、Cys、Tyr、Asp、Glu、Lys。

双底物酶催化反应的类型：

连续机制：反应过程中形成三元配合物，分为

a.序列有序机制：两种底物按一定的顺序与酶结合，只有当第一个酶与底物结合后，第二个底物才能结合上去。产物也是按照一定的顺序释放。依赖NAD＋或NADP＋的脱氢酶的反应就属于这种类型。

b.序列随机机制：两种底物不按一定的顺序结合，产物的释放也是随机的。某些激酶例如肌酸激酶等就服从随机反应机理。

乒乓机制：酶首先和一个底物结合，释放出一个产物以后，再与另一个底物结合，并释放出产物，不形成三元配合物。转氨酶、某些黄素酶在内的许多酶都具乒乓反应机制

酶抑制作用的类型：

A. 可逆抑制作用（reversible inhibition）：抑制剂与酶以非共价键结合，用透析、超滤或凝胶过滤等方法可以除去抑制剂，恢复酶活性。

B．不可逆抑制作用（irreversible inhibition）：抑制剂与酶以共价键结合，用上述物理方法不能除去抑制剂和恢复酶活性。

A．可逆抑制作用 reversible inhibition 类型①竞争性抑制作用②反竞争性抑制作用③非竞争性抑制作用④混合型抑制作用

底物浓度增大，反竞争抑制作用减小，竞争抑制作用增强，非竞争抑制作用不受影响

非专一性的不可逆抑制作用

B．不可逆抑制作用

1.非专一性的不可逆抑制作用：抑制剂能和酶上的一类或几类基团反应。

2.专一性不可逆抑制作用：抑制剂只能与酶分子上的酶活性部位有关的基团发生化学反应，并共价地连接在酶分子的必须基团上，阻碍了底物与酶分子的结合或者破坏了酶的催化基团的抑制作用。分为两种类型：

Ks 型专一性不可逆抑制剂（亲和标记）：与底物结构相似，能与酶的底物结合部位结合，同时还带有一个活性基团，可以和附近的相应基团反应，形成共价键。有结合专一性，但没有反应专一性。

Kcat 型不可逆抑制剂（自杀底物）：既能与活性中心结合，又能被活性中心催化反应，反应后在抑制剂分子上产生活性基团，再与活性中心的必需基团反应，产生共价修饰。专一性高

酶的生产过程中需要控制的条件以及控制方法

酶分离纯化的评价指标：

产率=(目的酶的总活力/粗抽提液中目的酶总活力)*100%——反映提纯过程酶活力的损失情况

提纯倍数=目的酶的比活力/粗抽提液中目的酶比活力——提纯方法的效率

常用的分离纯化方法：

1）根据溶解度：盐析，有机溶剂沉淀法，选择性沉淀法，共沉淀法，PEG沉淀法、等电点沉淀法

2）根据分子大小差异：凝胶过滤，超过滤，离心，超离心

3)电学、解离特性差异：吸附，离子交换，电泳（区带、等电聚焦），聚焦层析，疏水层析，高压层析(HPLC)

4)稳定性差异：选择性热变性，选择性酸碱变性，选择性表面变性

5）特殊基团差异: 亲和层析