酶工程 教学课件 作者 梁传伟 张苏勤 主编 胡本高 主审第一章.ppt

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1、酶工程第一章绪论第一节酶的基本概念与发展史一、酶是一种生物催化剂酶是一种由活细胞产生的具有生物催化功能的生物大分子。现在，已知的酶都是由生物体合成的，除少数具有催化能力的RNA外，其化学本质都是蛋白质。它们大部分存在于细胞体内，少部分分泌到体外。一切生命活动都是由新陈代谢的正常运转来维持的，新陈代谢是生命活动的最重要的特征之一。而酶则是促进生物体内一切代谢活动的物质，没有酶的作用代谢反应就无法进行，生命也即停止。酶在生物体内发生的作用主要有以下几种类型：第一节酶的基本概念与发展史（1）催化代谢反应，建立各种各样代谢途径和代谢体系；（2）执行具体的生理机能，如乙酰胆碱酯酶能水解乙酰

2、胆碱，参与神经传导；（3）协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换、传递和放大作用，调节生理过程和生命活动，如腺苷酸环化酶对糖类代谢的调节；（4）清除有害物质，起着保卫作用，如超氧歧化酶能破坏超氧负离子，从而防止脂质超氧化。第二节酶催化作用的特点一、高效性因为酶催化时所需活化能很低，催化效率远比非酶催化剂高。但由于非酶催化的反应速度太低，不容易观察，酶催化反应速度和在相同pH及温度条件下非酶催化反应速度可直接比较的例子很少。在可比较的情况下，酶的催化效率比非酶催化剂的催化效率高107～1013倍。例如过氧化氢（H2O2）在铁离子或过氧化氢酶的催化作用下均能发生分解反应生成氧和水，

3、反应式如下：催化剂2H2O2======2H2O+O2在一定条件下，1mol铁离子可催化10－5mol过氧化氢分解；相同条件下，1mol过氧化氢酶则可催化105mol过氧化氢分解，过氧化氢酶的催化效率是铁离子的1010倍。第二节酶催化作用的特点二、专一性酶的专一性是指在一定的条件下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反应的特性。这是酶最重要的特性之一，也是酶与其他非酶催化剂最主要的不同之处。酶催化的高度专一性是酶在各个领域广泛应用的重要基础。不同的酶其专一性有所不同，主要表现为以下三种情况：第二节酶催化作用的特点(1)很多酶只能催化一种底物进行一种快速反应，这种高度

4、的专一性称为绝对专一性。如脲酶只能催化尿素的反应，或者以很低的速度催化结构相似的类似物。(2)有些酶能催化一类底物起反应，特异性较低，人们称之为相对专一性。如蔗糖酶既能催化水解蔗糖，也能催化水解棉子糖，因为它们有相同的化学键。(3)还有些酶能催化底物的立体异构体之一起反应，表现为高度的立体特异性，被称为立体异构专一性。有人也把这种情况归为绝对专一性中。如乳酸脱氢酶只催化L(+)-乳酸脱氢，不能催化D(－)-乳酸脱氢。第二节酶催化作用的特点三、反应条件温和反应条件温和是酶催化作用和非酶催化作用之间的另一个显著差别。酶催化作用一般都可在常温、常压、近乎中性的pH条件下进行，而一般非酶

5、催化剂的催化作用则大多需要高温、高压和极端的pH条件下才能进行。如用酸水解淀粉生产葡萄糖，需要2.5～3kg/cm2压力、140～150℃和耐酸设备；而用酶水解淀粉，在65℃下，用一般设备即可。这为简化设备、降低成本和改善劳动强度创造了条件。第二节酶催化作用的特点四、酶的活性是受调节控制的酶对反应条件极为敏感，其活性是受调节控制的。酶活性的调控方式很多，主要包括酶浓度调节、共价修饰调节、激素调节、抑制剂调节、反馈调节以及金属离子和其他小分子化合物调节等等。人们可以通过简单的改变酶浓度或者添加抑制剂等方法来控制和调节酶反应的进行。第三节酶的组成、分类与命名一、酶的组成除少数已经鉴定

6、的具有催化活性的RNA分子外，几乎所有的酶都是蛋白质，所以和其他蛋白质一样，酶也具有四级空间结构形式。根据酶的组成成分可以将酶分为三类：1.单体酶单体酶是指仅有一个活性部位的多肽链构成的酶，其分子量在13000～35000之间。这类酶很少，且都是水解酶，如胰蛋白酶等第三节酶的组成、分类与命名2.寡聚酶这类酶由若干相同或者不同的亚基组成，这些亚基一般没有活性，必须相互结合后才有活性，其分子量从35000至几百万，如3-磷酸甘油醛脱氢酶等。3.多酶复合体多酶复合体是指由多种酶彼此嵌合形成复合体进行连续反应的体系。这种多酶复合体有利于一系列反应的进行，其分子量很高，一般都在几百万以上。

7、第三节酶的组成、分类与命名有些酶的活性仅仅决定于其本身的蛋白质结构，这类酶属于简单蛋白质，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶以及核糖核酸酶等。大多数酶只有在与非蛋白组分结合后才表现出酶的活性，这类酶属于结合蛋白质，其非蛋白组分称为辅助因子。酶蛋白和辅助因子结合后所形成的复合物称为全酶。全酶可以表示如下：全酶=酶蛋白+辅助因子第三节酶的组成、分类与命名在催化反应中，酶蛋白与辅助因子所起的作用不同，酶反应的专一性取决于酶蛋白本身，而辅助因子本身无催化能力，其作用是在酶促反应中传递电子、原