第八讲生物技术概论之酶工程

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1、第八讲生物技术概论之酶工程王丽娟生物与制药工程学院第二节酶工程酶（ENZYME）是一种生物催化剂，酶的功能特异与生物的生命活动密切相关，如执行具体生理活动，参与外来物质的转化与解毒，协同激素发挥效应、催化代谢反应等等，没有酶，就没有生物体的一切生命活动。古代人类就开始利用酶，如酿酒、制酱。在近代开始逐渐工业化生产酶，1894年日本利用米曲霉生产淀粉酶用于促进消化。1914年法国生产出细菌α-淀粉酶用于纺织工业50年代，日本第一个用深层液体发酵法生产α-淀粉酶开创了现代酶制剂工业。酶工程已成为一门新兴学科(一）酶的概述1、酶的化

2、学本质一般情况下，酶的化学本质是蛋白质，是具有特殊催化功能的蛋白质酶一般不能通过半透膜，酶是两性电解质，酶能够被蛋白酶水解，失活条件与蛋白质相同，结构分析与蛋白质相同。组成：单成分酶的组成成分只有酶蛋白，而全酶含有酶蛋白和辅助因子，两者必须结合组成复合物才能有催化活性辅助因子有的是金属离子；有的是有机小分子，其中与酶蛋白结合紧密的称为辅基，与酶蛋白可分开的称为辅酶但是，20世纪80年代发现了核酶，其本身属于一种RNA，并非蛋白质，但也能特异性地催化某个反应。例如：许多脱氢酶需要NAD或NADP为辅酶（烟酰胺核苷酸）2、酶的结构

3、与催化功能1.酶的催化功能是由酶蛋白的分子结构，特别是由酶的特殊的空间构象决定的。⒉酶的活性部位：酶的活性部位（活性中心）是酶蛋白分子中直接与底物结合，进行催化反应的部位，是由相关酶对底物结合和催化的氨基酸残基在空间上组成一个与酶显示活性直接相关的区域。酶的活性部位只有在酶蛋白保持一定的空间构象时才能存在并发挥其催化功能。酶的其它部分分为：A.有些去除一段肽链，酶活性不受影响B.有些对维持酶的空间构象、保护酶的活性部位、保护酶的催化能力方面非常重要。3.酶的催化特性酶是一种催化剂，可以加快反应速度但不改变平衡点具有以下催化特性

4、：（1）酶的催化反应条件温和。一般在常压和较低的温度下即可发生酶催化反应。（2）酶的催化效率高。酶比一般化学催化剂要高得多。Fe作催化剂，0℃时1克分子铁10-5molH2O2/秒H2O2酶作催化剂，0℃时1克分子酶105H2O2/秒，高1010倍（3）酶的催化具有专一性。酶的专一性（1）结构专一性①相对专一性：一种酶能催化一类具有相同化学键或基团的物质进行某种类型的反应脂类脂肪酸醇②绝对专一性一种酶只能催化一种化合物进行一种反应几乎不催化尿素以外的任何物质发生水解（2）立体异构专一性①旋光异构专一性：当底物中含有不对称碳原子

5、时，酶只能作用于异构体的一种，而对另一种则全无作用。L-乳酸②几何异构专一性酶的专一性在实践中很有意义。在科研和生产中得到广泛的应用。利用这一特性，可以从原料得到单一的产物，防止副产物生成。如：某些药物只有某一种构型才有生理作用，而有机合成的药物只能是消旋产物，利用酶进行不对称合成4、酶作用专一性机制的假说㈠锁钥学说：酶与底物在表面结构的特定部位其形状是互补的，一定的酶只能与一定的底物结合。㈡诱导契合学说：酶的活性部位在结构上是柔性的，当底物与酶的这个部位接触时，可使酶蛋白发生构象变化，这样就使反应所需基团正确排列、定向，从而

6、易与底物结合反应。5、酶的命名、分类1、由于酶的化学结构已弄清楚的为数不多，不能按化学结构命名。目前有习惯命名法和系统命名法。A.习惯命名法：主要根据酶作用的底物和催化反应类型来命名。如：葡萄糖氧化酶；乙酰胆碱酶表示水解乙酰胆碱（水解酶可省水解两字）；B.系统命名法：1961年，国际酶学会提出了一个命名原则1、氧化还原酶AH2+BA+BH2、转移酶AX+BA+BX3、水解酶AB+H2OAH+BOH4、裂合酶ABA+B5、异构酶L-型D-型6、连接（合成）酶A+BAB裂解酶催化一个化合物分解成几个化合物或其逆过程，如脱羧酶催化分

7、子中的C-C键裂解，脱水酶催化C-O键裂，产物为H2O；脱氨酶催化C-N键裂解。合成酶一般是指在ATP参加的合成反应，这类酶关系着许多重要生命物质的合成，如蛋白质、核酸等。（三）酶工程的应用酶在食品工业中的应用1.淀粉加工工业用于水解淀粉，生产功能性低聚糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖浆，年产1000万t，大多数低聚糖由酶水解或酶转移生产。2.蛋白质加工工业在蛋白酶作用下生产多肽、氨基酸、蛋白水解物如生产玉米蛋白多肽、肽系调味品、肉类加工改善品质、增加面制品弹力3.乳品工业乳糖酶，降解乳糖为半乳糖，增加可消化性凝乳酶，制造奶酪，溶菌酶

8、用于婴儿奶粉消毒。4.酿酒工业填加糖化酶，降解淀粉，缩短酿造时间，提高出酒率。中性蛋白酶可分解麦芽汁中的蛋白质，提高氨基酸含量，促进酵母发酵木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等可用于啤酒澄清，延长保质期5.果蔬加工工业常用的有果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和阿拉伯糖酶6.面粉烘烤工