酶学概论zg课件.ppt

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1、1,酶学,(Enzymology),2,主要参考书,郭勇编著. 酶工程（第三版）. 科学出版社，2009 郑宝东主编. 食品酶学. 东南大学出版社，2006 罗贵民主编. 酶工程（第二版）. 化学工业出版社，2008 陈守文主编. 酶工程. 科学出版社，2008 袁勤生，赵健主编. 酶与酶工程. 华东理工大学出版社，2005,3,主要学术期刊,食品科学 食品与发酵工业 食品生物技术学报 微生物学报 生物工程学报 Enzyme and Microbial Technology （SCI, IF=2.375),4,第一章 酶学概论,什么是酶？ 具有生物催化功能的生物大分子，可以分为蛋白类酶（P酶）

2、和核酸类酶（R酶）两大类别。 1. Enzyme proteins （P酶） 酶是由生物体产生的具有催化剂活性的蛋白质 。 2. Ribozyme RNAs （R酶） 本身就是一段RNA，不需要额外的蛋白酶就可以对 自身进行剪切。,酶学（Enzymology）是研究酶的性质、酶的反应机理、酶的结构和作用机制、酶的生物学功能及酶的应用的科学。,5,要准确地说出酶是什么时候、由谁首先发现的，是一件很困难的事。虽然人们很早就感觉到它的存在，但是真正认识它、利用它还只是近百年的事。,中古欧洲相信人类有四种体液,Phlegm 虚弱,Blood 热情,Yellow Bile 暴躁,Black Bile 忧

3、郁,6,磨粉 去糠 打碎,古埃及人用麦粉发酵制造啤酒,成酒 发酵 装瓶,Discovering Enzyme (1991) p.22,麦芽 萌发 浸润,古埃及人酿酒壁画,7,什么是酶工程？ 酶的生产与应用的技术过程。酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用主要集中于食品工业、轻工业和医药工业等领域。,酶工程的应用范围： （1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产； （2）自然酶的分离纯化及鉴定技术； （3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）； （4）酶反应器的研制和应用； （5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。

4、 其中固定化酶技术是酶工程的核心。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。,8,第一节 酶学研究简史,夏禹时代（距今4千年）酿酒 公元十世纪豆类制酱(豆豉、豆酱)、制饴糖 1833年佩恩（Payen）和帕索兹（Persoz）从麦芽的水抽提物中获得淀粉酶（diastase）。 1878年昆尼（Kuhne）首次提出酶“Enzyme”，这个字来自希腊文，意为“在酵母中”（in yeast） 19世纪中叶，巴斯德（Pasteur）在活酵母细胞内发现一种可以将糖发酵成乙醇的物质。 1894年Emil Fischer首先研究酶的作用机理，提出了“锁和钥匙”的作用机制模型。,for

5、ward,9,细胞內酵素无所不在,Kleinsmith 如：淀粉酶 2、根据酶催化反应的性质及类型命名。,Next,30,二、国际系统命名法 国际系统命名法原则，是以酶所催化的整体反应为基础，规定每种酶的名称应当明确标明酶的底物及催化反应的类型。 酶的系统名称由二部分组成：底物+反应类型。 如果酶作用的底物有两个，要同时列出,并用（:）分开，若其中底物为水，则可省略。,31,例：醇脱氢酶 底物是醇和NAD+，反应类型是氧化还原。 系统名称“醇：NAD+氧化还原酶”， 习惯名称“醇脱氢酶”。,32,三、国际系统分类法及编号 根据目前已知的3600多种酶催化反应类型和作用底物，将酶分为六类：,（1

6、） 氧化还原酶类（oxidoreductases） （2） 转移酶类（transferases） （3） 水解酶类(hydrolases) （4） 裂合酶类(lyases) （5） 异构酶类(isomerases) （6） 合成酶类(ligases),33,酶学委员会给每一个酶的分类编号由三个圆点隔开的四个号码组成，在号码之前冠以“EC”，编号的第一位号码表示该酶属于6大类酶中的某一大类，第二位号码表示该酶属于该大类中的某一亚类，第三位号码表示属于亚类中的某一小类，第四位号码表示这一具体的酶在该小类中的序号。（四码编号方法） 例如：EC1.1.3.4 葡萄糖氧化酶,34,氧化还原酶（Oxido

7、reductase）催化底物的氧化或还原，而不是基团的加成或者去除，反应时需要电子的供体或受体。 氧化还原酶类约占酶总数27%，其催化反应为 : AH2 + B = A + BH2,1氧化还原酶类,35,b-D-glucose + oxygen D-glucono-1,5-lactone + hydrogen peroxide,图1-22,36,2转移酶类,转移酶（Transferase）催化功能团从一个底物向另一个转移。转移的功能团可以是一个很小的基团，如氨基，也可以是一个糖残基甚至一条多糖链。它们的底物必须有两个，一个是供体，一个是受体。 转移酶类约占酶总数24%，其催化反应为： A-R

8、+ B = A + B-R,37,L-aspartate + 2-oxoglutarate oxaloacetate + L-glutamate,图1-23,L天冬酰胺2酮戊二酸 草酰乙酸L谷胺酰胺,38,3水解酶类,水解酶（Hydrolase）催化底物的水解反应。 水解酶类约占酶总数26%，其催化反应为： A-B + HOH = AOH + BH,39,k-casein + water para-k-casein + caseino macropeptide,图1-24,酪蛋白巨肽,40,4裂合酶类,裂合酶（Lyase）能催化底物分子开裂成两部分，其中之一含有双键。这类酶催化反应都是可逆的。

9、开裂点可以是碳碳、碳氧或碳氮键。 裂合酶类约占酶总数12%，其催化反应为： AB = A + B,41,L-histidine urocanate + ammonia,图1-25,42,5异构酶类,异构酶（Isomerase）催化底物的分子内重排反应，特别是构型的改变和分子内的氧化还原。 异构酶类约占酶总数5%，其催化反应为： A = B,43,a-D-glucopyranose a-D-fructofuranose,图1-26,44,6合成酶类,合成酶（Ligase）能将两个底物连接成一个分子，在反应时由ATP或其他高能的核苷三磷酸供给反应所需的能量。 合成酶类约占酶总数6%，其催化反应为：

10、 A + B + ATP = AB + ADP（AMP）+ 无机磷酸（或焦磷酸）,45,ATP + g-L-glutamyl-L-cysteine + glycine ADP + phosphate + glutathione,图1-27,46,第四节 酶的单位,一、酶活力的定义 酶活力（Enzyme activity）：是指酶催化反应的的能力，它表示样品中酶的含量。酶活力通常以在最适条件下酶所催化的化学反应的速度来确定。,47,2酶活力的表示方法,酶活力单位 酶活力的高低是用酶活力单位（active unit）来表示。 1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定，在标准条件下（指温度25，

11、以及最适底物浓度、最适缓冲液离子强度和pH）1min内催化1mol底物转化为产物的酶量为该酶的一个活力单位。这个单位称为酶的国际单位（IU, international unit）。,48,1972年，国际生化协会酶学委员会推荐了一个新单位卡特“katal”，一个katal单位是指在一定条件下每秒钟内催化1mol底物转化为产物的酶量。 Kat和IU的换算关系如下 ： 1kat=6107 IU 1IU=16.67 nkat 习惯上是根据某酶在最适条件下，单位时间内催化底物的减少量或产物的生成量来表示。,49,酶的总活力：样品的全部酶活力。 总活力=酶活力总体积（ml） 或 =酶活力总质量（g）

12、比活力（Specific activity）: 指每毫克蛋白质所含酶活力的单位数（单位/毫克蛋白）。比活力是酶纯度指标，比活力愈高表示酶愈纯。 回收率（Yield percent）：回收率是指提纯后与提纯前酶的总活力之比。它表示提纯过程中酶的损失程度，回收率愈高，其损失愈少。,50,提纯倍数：提纯倍数是指提纯前后两者比活力之比。提纯倍数愈大，提纯效果愈佳。 在酶的分离纯化中每一步始终贯穿比活力和总活力的测定、比较，才能确定酶的分离纯化程度。,51,第五节 酶的生产方法,提取分离法 2. 发酵法（生物合成法） 3. 化学合成法,52,1. 提取分离法,采用各种提取、分离技术从动物、植物或微生物细

13、胞或组织中将酶提取分离出来。是最早采用的酶生产技术。目前在动、植物资源丰富的地区，仍有其一定的实用价值。 主要特点：简单方便，但受气候、地理环境的影响，产品含杂质较多，且分离纯化较困难。 例如，从动物胰脏中提取胰酶；从动物胃中提取胃蛋白酶等。,53,2. 发酵法（生物合成法）,利用细胞，主要是微生物细胞的生命活动合成所需酶的方法称发酵法。,酶的发酵生产是当前酶生产的主要方法。,酶的发酵生产: 经过预先设计，通过人工操作控制，利用细胞（包括微生物细胞、植物细胞和动物细胞）的生命活动，产生人们所需要酶的过程。,54,根据微生物培养方式的不同，分为： 固体培养法 液体深层法 固定化细胞 固定化原生质

14、体法等 主要特点： 生产周期短，酶产率高，不受气候、地理环境的影响，但对发酵设备和工艺条件要求高，在生产过程中必须进行严格的控制。,55,3. 化学合成法,20世纪60年代中期出现的新技术。 例如，1965年，我国人工合成牛胰岛素的成功，开创 了蛋白质化学合成的先河。 现在已可用蛋白质或多肽合成仪来进行酶的化学合成。 利用化学合成法可以进行酶的人工模拟和化学修饰。 主要特点：合成成本高昂，要求单体达到很高的程度，且只能合成已知化学结构的酶，使得合成法受到限制，难以进行工业化生产。,56,第六节 酶的应用前景,迄今为止，已发现自然界存在的酶有3700多种，但目前工业上生产有60多种，真正达到工业规模的只有20多种。因此，当今酶的应用潜力很大，酶学的研究开发具有广阔的前景。,57,酶的应用及新进展,近年来基因工程在酶工程领域的成功应用，是酶工程最引人注目的发展之一。运用基因工程技术可以改善原有酶的各种性能。 酶工程有融合于基因工程、细胞工程和发酵工程为一体的趋势（见图）。,58,酶 的 生 产,酶制剂 药用酶 食品添加剂洗涤剂,脂肪工程,发酵工程,基因工程 细胞工程 蛋白质工程,固定化酶,酶电极,生物传感器,酶反应,制糖(葡萄糖、麦芽糖、果葡糖浆),氨基酸、有机酸、抗生素、多肽,新酶,图 酶的应用,