酶学第一章绪论

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1、酶学第一章绪论酶学（enzymology）是研究酶的性质、酶的作用规律、酶的结构和作用原理、酶的生物学功能及酶的应用的科学。1.1酶学发展的简史很早人们就发现了微生物的发酵作用，这实际上是利用活细胞体内的及分泌出的酶的催化作用来酿酒、酿醋、制酱、作奶酪等。直到1833年，Payer和Persoz首先从麦芽的水抽提液中得到了一种热敏感物质，这种物质能使淀粉水解成可溶性糖，故人们通常认为是Payer和Persoz首先发现了酶。早期人们把酶称为ferment，它兼有发酵和酵素的意思。1878年Kühne在胰蛋白

2、酶（trypsin）催化反应的研究中，首先把酶叫做enzyme，这是希腊文“在酵母中”的意思。它强调催化活性是“在酵母中”，即是其抽提物或分泌物的表现，而不是整个有机体。关于酶的化学本质问题，曾经历过长时间的争论。20世纪20年代初，当时的有机化学权威人士德国化学家Willstätter认为酶不一定是蛋白质，而是由活动中心与胶质载体两部分组成的，活动中心决定酶的催化能力及专一性，而胶质载体的的作用仅在于保护脆弱的活动中心，使其不易受破坏。他认为酶中所含的蛋白质不过是保护胶质载体的物质，从而解释了为什么在酶

3、的纯化过程中，酶纯度越高越不稳定的事实。他纯化过氧化物酶达12000倍，活性很高，但却在酶制剂中检测不到蛋白质。这实际上是由于当时还无法检测微量蛋白质的缘故。1926年，Sumner首先从洋刀豆中得到了第一个结晶的脲酶，并指出酶本身就是一种蛋白质。但是直到1930～1936年，Northrop等得到了胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）和胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）等结晶酶，Sumner的观点才被普遍地接受，并因此获得了1947年的诺贝尔奖。1965年，我国科学家在世界上首次人

4、工合成了具有生物活性的牛胰岛素。1969年，Merrifield等人工合成了第一个酶，即核糖核酸酶，这被称为是酶学发展史上的一个里程碑。到20世纪80年代初，美国的Cech研究组发现了有催化能力的RNA，称之为ribozyme。现在看来，酶是生物催化剂中蛋白质本质的一类，生物催化剂还包括了其他本质的物质。1.2酶和生命活动密切相关5酶在生物体内发挥四种类型的作用：1.2.1.执行具体的生理机能。例如，肌球蛋白具有ATP酶的活性，它和肌动蛋白共同完成肌肉收缩的任务；又如，乙酰胆碱酯酶能水解乙酰胆碱，参与神经

5、传导。1.2.2.催化代谢反应，建立各种代谢途径和代谢体系。1.2.3.协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换、传递、放大作用，调节生理过程和生命活动。例如腺苷酸环化酶，它存在于肾上腺素靶细胞的质膜上，当它接受肾上腺素受体传来的激素信号后，就会催化cAMP生成，后者再和蛋白激酶、糖原磷酸化酶以及糖原合成酶等组合，协同发挥作用，形成级联调节系统（cascaderegulation），将微量的激素信号加以转化、放大，调节糖代谢的水平。1.2.4.清除有害物质，起着保卫作用。例如限制性内切核酸酶能选择性地降解

6、外源DNA，抵制外源遗传物质的入侵；又如，超氧化物歧化酶能破坏超氧负离子（O－），防止脂质过氧化。另外，酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础。例如，精氨酸酶只存在于排尿素动物的肝脏内，排尿酸的动物则没有；与三羧酸循环、氧化磷酸化有关的酶在心肌中的含量就远比骨骼肌中高，而与糖酵解有关的酶，如醛缩酶等则相反。不同的病毒感染特定的宿主，也是因为宿主细胞中含有它们需要的酶及其他物质。1.3酶与生产实践1.3.1酶制剂的应用1.3.1.1酶制剂在工农业生产上的应用酶制剂首先可用于加工生产。例如用相应的水解酶

7、水解淀粉、蛋白质和核酸以生产葡萄糖、氨基酸和核苷酸；用葡萄糖异构酶转化葡萄糖成果糖；用青霉素酰胺酶水解天然青霉素合成新型抗生素；用金属蛋白酶合成低热量、高甜度的新型甜味二肽（天冬氨酰苯丙氨酸甲酯，Aspartame）等。5其次，可用于改进产品质量。例如用脂肪酶水解乳脂为低级脂肪酸，使之增加奶油风味；用果胶酶澄清果汁、果酒；用橙皮苷酶消除罐头白浊；用柚苷酶、花青苷酶使果汁脱苦脱色；还可以在食品中添加葡萄糖氧化酶以抗氧化；添加溶菌酶以杀菌防腐。酶制剂也可用于革新工艺。例如纺织工业利用淀粉酶褪浆，不仅能节省化工

8、原料，缩短工艺时间，还可以减轻劳动强度，提高产品质量；制革工业应用蛋白酶等，既能加速皮革浸水、软化、脱毛等过程，又可从根本上改变旧工艺脏、累、臭的状况。至于加酶洗涤剂，它的优点是洗涤时间短、去污力强、能延长纺织品的寿命。指的提到的还有近年开发的酶法氧化乙烯、丙烯制备环氧乙烷、丙烷的工艺，环氧乙烷、丙烷是合成洗涤剂、合成树脂等的重要工业原料，这条新的工艺路线不仅可以免除旧工艺需要高温、高压、容易爆炸、三废严重等缺点，而且投资少、