酶催化作用综述
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泛素化综述
泛素化是一种重要的蛋白质修饰过程,它涉及到泛素分子与靶蛋白的共价结合,从而改变靶蛋白的功能、定位或稳定性。
泛素化在细胞的生命活动中起着至关重要的作用,参与了许多重要的生物学过程,如蛋白质降解、细胞周期调控、基因表达、信号转导等。
泛素是一种由76个氨基酸组成的小分子蛋白质,广泛存在于所有真核细胞中。
泛素化过程需要一系列酶的催化作用,包括泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶等。
这些酶协同作用,将泛素分子连接到靶蛋白上,形成泛素-靶蛋白复合物。
泛素化可以通过单泛素化或多聚泛素化的方式进行,具体取决于靶蛋白的种类和细胞环境。
泛素化的功能多种多样,其中最重要的是参与蛋白质降解过程。
泛素化的靶蛋白通常会被标记上多个泛素分子,形成多聚泛素链。
这些多聚泛素链会被蛋白酶体识别并降解,从而实现靶蛋白的降解。
此外,泛素化还可以影响靶蛋白的定位和功能。
例如,泛素化可以促进某些蛋白质从细胞核转移到细胞质,或者改变蛋白质与其他分子的相互作用,从而调节细胞的生命活动。
泛素化在多种疾病的发生和发展中也起着重要作用。
例如,在肿瘤中,某些癌基因或抑癌基因的产物可能会受到泛素化的调控,从而影响细胞的增殖和凋亡。
此外,泛素化还与心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病的发生有关。
因此,泛素化作为一种重要的蛋白质修饰过程,对细胞的生命活动和人类健康都具有重要意义。
深入研究泛素化的机制和功能,将有助于我们更好地理解细胞的生命活动,并为疾病的治疗提供新的思路和方法。
酶工程技术在现代生物化工中的研究与应用目录1.内容综述................................................2 1.1 酶工程技术的概述.......................................2 1.2 现代生物化工中酶工程技术的意义.........................41.3 酶工程技术的研究现状与发展趋势.........................52.酶工程技术的原理与基础..................................6 2.1 酶的作用机制...........................................6 2.2 酶工程技术的原理.......................................72.3 酶的生物合成与修饰.....................................83.酶工程技术在现代生物化工中的应用........................9 3.1 医药工业..............................................10 3.2 食品工业..............................................11 3.3 纺织工业..............................................13 3.4 环保工业..............................................143.5 农业领域..............................................154.酶工程技术的研究方法与技术手段.........................16 4.1 酶的分离纯化技术......................................17 4.2 酶的固定化与定向进化..................................19 4.3 酶活性的检测与表征....................................204.4 酶分子的设计与改造....................................225.酶工程技术的优化与改进.................................225.1 酶的生产优化..........................................245.2 酶的反应优化..........................................255.3 酶的稳定性和抗逆境性研究..............................265.4 新型酶工程技术的研究与应用............................286.酶工程技术的挑战与展望.................................296.1 技术挑战与问题........................................306.2 发展前景展望..........................................316.3 行业策略与建议........................................321. 内容综述酶工程技术在现代生物化工中占据着举足轻重的地位,这主要得益于其在提高生产效率、降低能耗以及增强产品质量等方面的显著优势。
脂肪酶的微生物生产技术综述脂肪酶是一类催化脂肪水解的酶,在工业生产中具有广泛的应用。
传统的生产方法主要依赖于动物源脂肪提取,但存在成本高、工艺复杂等问题。
近年来,随着微生物生产技术的发展,利用微生物生产脂肪酶成为一种新的制备方法。
本文将对脂肪酶的微生物生产技术进行综述。
脂肪酶的微生物生产技术可以分为两大类:传统培养法和发酵工程法。
传统培养法主要是利用微生物本身产生的脂肪酶,在培养基中添加一定的诱导物质,刺激脂肪酶的合成。
常用的微生物有大肠杆菌、毕赤酵母、真菌等。
通过优化培养基成分、培养条件等因素,可以提高脂肪酶的产量和活性。
发酵工程法主要是通过基因工程手段改造微生物,使其能够高效表达目标脂肪酶的基因。
一般而言,利用真菌、大肠杆菌等基因工程菌株进行转基因技术的研究较多。
基因工程技术可以精确控制脂肪酶基因的表达,从而实现高效产酶。
同时,通过对菌株进行改造,还可以改善酶的稳定性、抗脂肪酸的能力等性能。
在微生物生产脂肪酶的过程中,存在一些关键技术需要克服。
首先是选择适宜的菌株。
不同的菌株对酶的产量和产酶条件有一定的要求,需要根据具体情况选择适宜的菌株。
其次是培养条件的优化。
如温度、pH值、培养基成分等因素对微生物生长和脂肪酶合成有重要影响,需要进行合理的调控。
此外,脂肪酶的分离纯化技术也是关键环节,通常采用离心、超滤、柱层析等方法进行分离纯化。
微生物生产脂肪酶的技术具有许多优点。
首先,可以避免对动物的依赖,减少对环境的影响,同时可持续生产,降低制备成本。
其次,基因工程技术的应用使得脂肪酶的产量和活性大幅度提高,可以满足工业需求。
此外,微生物生产脂肪酶的过程相对简单,易于规模化生产。
总之,微生物生产脂肪酶是一种新的制备方法,具有广阔的应用前景。
在今后的研究和开发中,需要进一步提高产酶菌株的稳定性和活性,改进酶的纯化技术,同时探索更多种类的微生物用于生产脂肪酶。
相信随着技术的发展,微生物生产脂肪酶的工艺将得到进一步完善和优化。
免疫缺陷性疾病的免疫酶标法(EIA)检验技术综述免疫缺陷性疾病指的是机体免疫系统功能异常或缺陷所导致的疾病。
早期的诊断和治疗对于改善患者的预后至关重要。
而免疫酶标法(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,简称EIA)作为一种常见的实验室检测技术,能够提供快速、灵敏和特异的免疫分析结果。
本文将综述免疫酶标法在免疫缺陷性疾病检测中的应用及其技术原理。
一、免疫酶标法的概述免疫酶标法是一种通过酶的催化作用来检测和定量抗原或抗体的方法。
它结合了酶学和免疫学的原理,具有高度敏感性和特异性。
常见的免疫酶标法包括间接免疫酶标法、夹心法、竞争法等,这些方法基本相同,只是在具体操作步骤上略有区别。
二、EIA在疾病诊断与监测中的应用1. HIV/AIDS的检测与监测HIV/AIDS是一种严重的免疫缺陷性疾病,EIA被广泛应用于其早期诊断与病毒载量监测。
在早期感染阶段,患者体内的抗体水平相对较低,传统的抗体检测方法可能无法及时发现感染。
而EIA通过检测抗原或病毒核酸来提高检测敏感性,缩短窗口期。
2. 免疫缺陷病毒感染的诊断免疫缺陷病毒(Immunodeficiency Virus,简称HIV)可以导致机体免疫系统功能受损。
通过EIA检测患者体内的IgA、IgG和IgM抗体,可以帮助判断是否存在HIV感染。
此外,EIA还能够检测到病毒特异性抗体,从而评估患者对病毒的免疫反应。
3. 免疫介导的溶血性贫血(Immune-mediated Hemolytic Anemia,简称IMHA)IMHA是一种免疫缺陷性疾病,其特点是机体产生了针对自身红细胞的免疫抗体,导致红细胞破坏增加。
EIA可以通过检测患者体内的抗红细胞自身抗体水平来辅助IMHA的诊断与治疗监测。
4. 免疫缺陷性疾病患者对疫苗的应答性评估免疫缺陷性疾病患者由于免疫系统功能受损,对疫苗的应答性可能下降。
EIA可以检测抗体水平,用于评估患者对于疫苗接种后的免疫应答情况,指导疫苗接种方案的制定。
昆虫精氨酸激酶研究综述
昆虫精氨酸激酶(protein arginine kinase,简称AK)是一类广泛分布于昆虫体内的重要酶类。
精氨酸激酶能够催化精氨酸和ATP之间的磷酸化反应,生成肌酸和ADP,从而参与昆虫体内能量代谢过程。
本文将对昆虫精氨酸激酶进行综述。
昆虫精氨酸激酶在昆虫的运动和飞行等高强度活动中起到了重要的能量供应作用。
研究发现,精氨酸激酶的活性与昆虫的运动能力存在正相关关系。
在昆虫的生殖过程中也扮演着重要角色。
在雄性昆虫的精子形成和存活过程中,精氨酸激酶参与了能量供应和调节。
近年来,随着分子生物学和基因工程技术的发展,对昆虫精氨酸激酶的研究也取得了一系列重要的进展。
通过对多个昆虫物种的精氨酸激酶基因的克隆和序列分析,可以发现不同物种之间的精氨酸激酶基因存在一定的差异。
这些差异可能与物种的生活习性、环境适应性等因素相关。
研究人员还对昆虫精氨酸激酶的结构和功能进行了深入的研究。
通过X射线晶体学等方法,可以揭示精氨酸激酶的三维结构以及与底物和抑制剂的结合方式。
这些研究有助于进一步理解精氨酸激酶的催化机理和调控机制。
还有研究表明昆虫精氨酸激酶在昆虫抗逆和免疫等方面也起到了重要的作用。
在昆虫应激响应过程中,精氨酸激酶的活性可以被诱导或抑制,从而调节能量代谢和适应环境变化。
昆虫精氨酸激酶在昆虫的能量代谢、运动、生殖和逆境应激等多个生理功能过程中发挥着重要的作用。
未来的研究还需要进一步探索精氨酸激酶的生理功能、调控机制以及其在昆虫繁殖和健康方面的应用潜力。
影响酶活性的因素文献综述酶是一种活性蛋白质。
因此,一切对蛋白质活性有影响的因素都影响酶的活性。
酶具有蛋白质样的一级、二级、三级、四级结构, 可由温度、离子发射、氧化剂、还原剂、光、酸、碱和有机溶剂, 生物作用等因素对其变性和降解, 酶的变性会引起其催化活性(即在特定的系统和条件下的反应速度) 的丧失, 现代分子学认为变性就是对蛋白质的二、三级结构的破坏, 下面从十一个方面说明影响酶活性的因素。
团,这时,酶与底物结合最容易;当偏高或偏低时,其活动中心只带有一种电荷,就会使酶与底物的结合能力降低。
值是酶催化反应的重要环境条件, 酶是两性化合物, 其上分布着许多梭基和氨基等酸性、碱性基团, 对酸碱度极为敏感, 最适值因酶、底物的不同而异, 过酸和过碱时均会引起酶变性,从而降低酶活性, 导致反应速度下降, 酶反应速度最大的值是最适值,此时酶的活性最大。
、酶的浓度和底物浓度酶与底物浓度的关系,一般来说,当酶的浓度较小,底物浓度大大高于酶,则酶的浓度与反应速度成正比;当底物浓度一定时,酶的浓度继续增加到一定值以后,其反应速度并不加快。
由于上述关系,过大的增加用曲量是不能收到预期效果的。
、金属离子某些金属离子对酶起着活化剂的作用,例如 , ,等离子通常可以显著增加一葡萄糖异构酶的活性, 相反地, 金属离子对酶也可能起抑制作用, 例如同样对葡萄糖异构酶, , , , , 均有不同程度的抑制催化活性的作用, 重金属离子如 , 等,对蛋白质具有变性作用, 故在酶洗液中应竭力避免铜、铁、铝等重金属离子进入, 应尽量在生产中避免使用铜器等设备, 或用赘和剂封锁, 但钾、钠、镁等重金属离子对酶影响不大。
、物理因素许多物理因素和紫外线, 放射线, 超声波等都可能引起酶的失活。
酶在存放中易失活, 一般酶最宜储存温度为。
℃至℃ , 一年内失活率, 冷冻干燥是保存酶制剂的一个好方法, 但也有一些酶经不起冷冻, 如梭肤酶。
在生产操作时, 尤其是搅拌酶溶液时形成的大量泡松散差,性。
1 绪论酶作为生物催化剂,具有专一性、高效性、反应条件温和等优点,是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质,它们在体内几乎参与了所有的转变过程, 催化生物分子的转化。
同时, 它们也催化许多体内存在的物质发生变化, 使人体正常的新陈代谢得以运行。
因此受到人们的普遍关注。
近年来, 特别是随着生化技术的进展, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成, 特别是催化不对称合成反应。
光学活性化合物或天然产物的合成, 已应用于医药、农药、食品添加剂、香料、日用化学品等精细有机合成领域。
酶催化不会污染环境, 经济可行, 符合绿色化学的方向, 具有广阔的前景。
2 酶催化与有机合成反应对于酶催化反应在有机合成中的应用, 有机合成工作者做了大量工作。
随着科技进步的日新月异, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段用于有机合成特别是不对称合成反应, 进行光学活性化合物或天然产物的合成时, 能为天然或非天然产物的合成提供丰富的手性源, 其应用前景将是难以估量的。
2.1 不同反应体系中的酶促反应2.1.1 有机介质中的酶促反应酶在有机介质中不但能保持其活性,还表现出一些特殊性质,并具有如下优越性:有利于疏水性底物的反应;产物和酶易于回收;可改变反应平衡移动的方向;可控制底物专一性;可防止由水引起的副反应;可扩大反应pH值的适应性;可提高酶稳定性;可避免微生物污染等。
在保证必需含水量;选择合适的酶及酶形式;选择合适的溶剂;选择最佳pH值;选择合适的反应体系的条件下,则在有机介质中酶可显示很高的催化活性。
目前在有机介质中已成功用酶进行了氧化、、脱氢、脱氨、还原、羟基化、甲基化、环氧化、酯化、酰胺化、磷酸化、开环反应、异构化、侧链切除、缩合及卤化等反应。
过去人们认为酶在有机介质不稳定,但研究发现大多数酶在低水有机介质中比在水介质中更稳定。
一是表现在热稳定性提高。
在有机介质中,在不同温度下保温脉酶,发现热处理导致酶活性增加,而且酶在温度远超过其在水溶液中最适温度的情况下也不失活。
催化剂科技名词定义中文名称:催化剂英文名称:catalyst定义:能提高化学反应速率,而本身结构不发生永久性改变的物质。
如蛋白质性酶和具有催化活性的RNA。
应用学科:细胞生物学(一级学科);细胞化学(二级学科)以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片催化剂对反应速率的改变在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率(既能提高也能降低),而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(也叫触媒)根据国际纯粹化学和应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义:催化剂是一种增加反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。
催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用。
催化剂在工业上也称为触媒。
催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性)。
一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用,例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用,加快化学反应速率,但对其他的化学反应就不一定有催化作用。
某些化学反应并非只有唯一的催化剂,例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁、氧化铁和氧化铜等等。
初中课本上定义:在化学反应里能改变(加快或减慢)其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后(反应过程中会改变)都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒。
其物理性质可能会发生改变,例如MnO2在催化氯酸钾生成氯化钾和氧气的反应前后由块状变为粉末状。
也有一种说法,催化剂先与反应物中的一种反应,然后两者的生成物继续在原有条件下进行新的化学反应,而催化剂反应的生成物的反应条件较原有反应物的反应条件有所改变。
例如:向H2O2溶液中滴加FeCl3溶液,可发生下列反应:H2O2+2Fe3+==2Fe2+ +O2 +2H+ ,H2O2+2Fe2++2H+==2Fe3++2H2O可以看到,第一个反应生成的2Fe2+ +2H+在第二个反应中马上反应掉,又变回2Fe3+,和第一个反应正好抵消。
酶在⾷品中的应⽤酶在⾷品中的应⽤⼈类对酶的应⽤可以追溯到⼏千年前。
在对酶的不断认识过程中,我们给酶下了⼀个科学的定义:酶是由⽣物活细胞产⽣的、具有⾼效和专⼀催化功能的⽣物⼤分⼦。
⾷品酶学是酶学的基本理论在⾷品科学和技术领域中应⽤的科学,主要研究⾷品原料、⾷品产品中酶的性质、结构、作⽤规律以及⾷品储藏、加⼯和⾷⽤品质的影响,⾷品级酶的⽣产及其在⾷品储藏、加⼯环节的应⽤理论与技术。
⾷品⽤酶,从早期的酿造、发酵⾷品开始,⾄今已⼴泛应⽤到各种⾷品上。
随着⽣物科技进展,不断研究、开发出新的酶制剂,已成为当今新的⾷品原料开发、品质改良、⼯艺改造的重要环节。
在⾷品⼯业中⼴泛采⽤酶来改善⾷品的品质以及制造⼯艺,酶作为⼀类⾷品添加剂,其品种不断增多。
它在⾷品领域中的应⽤⽅兴未艾。
与以前的化学催化剂相⽐,酶反应显得特别温和,这对避免⾷品营养的损失是很有利的。
酶制剂在⾷品⾏业中的应⽤主要体现在以下⼏个⽅⾯:1. 有利于⾷品的保藏,防⽌⾷品腐败变质。
例如:⽬前与⽢氨酸配合使⽤的溶菌酶制剂,应⽤于⾯⾷、⽔产、熟⾷及冰淇淋等⾷品的防腐。
如溶菌酶⽤于pH6.0,7.5的饮料和果汁的防腐。
乳制品保鲜新鲜⽜乳中含有13毫克/100毫升的溶菌酶,⼈乳中含量为40毫克/毫升。
在鲜乳或奶粉中加⼊⼀定量溶菌酶,不但可起到防腐作⽤,⽽且有强化作⽤,增进婴⼉健康。
2. 改善⾷品⾊⾹味形态和质地。
如,花青素酶⽤于葡萄酒⽣产,起到脱⾊作⽤;复合蛋⽩酶嫩化肌⾁,使⾁⾷品鲜嫩可⼝;在⾁类⾹精⽣产中常⽤的风味酶就是⼀种复合酶,使最终反应达到风味化要求。
3. 保持或提⾼⾷品的营养价值。
通过多种蛋⽩酶的作⽤⽣产多功能肽及各种氨基酸已经是营养保健⾏业常见的加⼯⽅法。
4. 增加⾷品的品种和⽅便性。
如⽤纤维素酶及果胶酶处理过的槟榔,使硬组织软化,⽅便⾷⽤,提⾼适⼝性,更便于咀嚼。
为⼉童提供各种酶解后的动植物天然⾷品,通过纤维素酶、果胶酶、蛋⽩酶等多种酶作⽤,去除不易吸收的成分,提⾼营养价值,更适合婴幼⼉的营养吸收。
kp代谢物-概述说明以及解释1.引言1.1 概述KP代谢物是指一类特殊的化合物,它们是由人体内一种名为KP酶催化作用产生的代谢产物。
KP代谢物在人体内扮演着至关重要的角色,对于维持正常的生理代谢和调节身体机能具有重要作用。
KP代谢物的产生与色氨酸(一种必需氨基酸)的代谢密切相关。
在人体的色氨酸代谢过程中,色氨酸首先会被KP酶催化转化为一种称为L-酮脯氨酸的化合物。
随后,L-酮脯氨酸会进一步转化为KP代谢物。
这一过程在体内广泛存在,并在中枢神经系统中表现出极高的活性。
目前已经发现的KP代谢物主要有尿激酸、尿喹啉酸、4-羟基喹啉酸和喹啉酮等多种化合物。
这些化合物在人体内具有调节免疫反应、神经传递和抗氧化等多种生理功能。
此外,研究还发现KP代谢物在一些疾病的发生和发展中发挥了重要的作用,如肿瘤、抑郁症和神经退行性疾病等。
对于KP代谢物的研究具有重要的意义。
首先,了解KP代谢物的生成机制和调控途径可以为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
其次,通过探索KP代谢物在人体内的生理功能及其与疾病之间的关系,可以为药物的研发和治疗策略的制定提供参考。
最后,对KP代谢物进行深入研究可以揭示人体代谢的更深层次机制,丰富我们对生命科学的认识。
综上所述,KP代谢物作为一类重要的代谢产物,其在人体内拥有广泛的生理功能和调节作用。
深入研究KP代谢物的生成机制、调控途径以及其与疾病之间的关系,对于深化我们对人体代谢过程的理解,为疾病的诊断和治疗提供新的思路是具有重要意义的。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按以下方式编写:文章结构:本文主要包括三个部分:引言、正文和结论。
1. 引言部分将首先对kp代谢物进行概述,介绍其背景和相关领域的研究现状。
随后,将阐明本文的研究目的和对研究的重要性进行说明。
2. 正文部分将分为三个要点来探讨kp代谢物。
2.1 第一个要点将详细介绍kp代谢物的定义、特征和相关机制。
重点阐述其在生物体内的产生和转化过程,并探讨其在生物体内的功能和作用。
酶与其底物的识别研究酶与其底物的识别是生物学和生物化学领域中的重要研究内容之一、酶作为生物催化剂,能够提高化学反应的速率并且具有高度的底物特异性。
底物是酶反应中参与反应的物质,酶和底物之间的识别过程直接影响到催化反应的效率和选择性。
在本文中,将从酶和底物的结构、酶的底物识别机制和研究方法等方面对酶和底物的识别进行综述。
酶是一种蛋白质,具有复杂的三维结构。
酶的结构特征是酶与其底物相互作用的基础。
酶结构中的催化位点是酶与底物相互作用的关键位点,通过与酶结构中的氨基酸残基相互作用来识别底物。
底物分子通过与催化位点的氨基酸残基形成氢键、电荷相互作用和疏水作用等方式来与酶相互作用。
底物的化学性质和酶结构中的氨基酸残基之间的相互作用决定了酶与其底物的识别。
在酶的底物识别中,一般有两种基本机制:锁匙机制和诱变机制。
锁匙机制是指酶的结构和底物的结构高度匹配,就像锁和钥匙一样;诱变机制是指酶通过底物的结合来改变自身的构象,从而使底物与酶的结构更好地配对。
底物的识别还受到其他因素的影响,如温度、pH值、离子浓度等。
酶的活性和底物的识别都会受到这些因素的影响。
例如,酶的活性通常随着温度的升高而增加,但过高的温度会导致酶的失活。
pH值的变化也会影响酶和底物的相互作用,因为酶的氨基酸残基的带电状态会随pH值的变化而变化。
离子浓度的变化也会对底物的识别产生影响,因为离子会改变酶和底物的电荷状态。
在研究酶与其底物的识别机制时,有多种方法可供选择。
一种常用的方法是X射线晶体学,通过解析酶和底物复合物的晶体结构来揭示酶与底物的相互作用。
这种方法对于理解酶和底物之间的结构特征和相互作用方式非常有帮助。
此外,还可以使用核磁共振、质谱和荧光光谱等方法来研究酶与底物的相互作用。
这些方法可以直接或间接地观察到酶和底物之间的相互作用,从而揭示酶与底物的识别机制。
总之,酶与其底物的识别研究对于理解生物催化机制和应用酶催化反应具有重要意义。
酶和底物之间的识别是通过酶的结构和底物之间的相互作用实现的。
文献综述生物工程多酚氧化酶的研究进展摘要:多酚氧化酶广泛存在于各类果蔬植物中,其活性调控对于果蔬加工、保藏及茶叶初加工过程具有重要的作用。
着重归纳了多酚氧化酶的催化活性及其影响因素,结合果蔬抑褐保鲜及茶叶加工的应用实例进行了分类综述,并指出了多酚氧化酶在未来生物技术中的价值空间。
关键词:多酚氧化酶;酶活;抑制剂;褐变;保鲜多酚氧化酶(polyphenol oxidase)是一类广泛存在于植物体内的能催化多酚类氧化成醌类的含铜质体金属酶。
由于多酚氧化酶的酶促褐变与果蔬加工、茶叶品质、组培成功等密切相关,人们很早就开始对它进行深入细致的研究。
本文就多酚氧化酶类型、在植物体内的分布以及多酚氧化酶活性与环境因子间关系的研究进展做一概述。
因此,通过多酚氧化酶学性质研究,为果蔬加工过程控制褐变提供了相对广阔的工业化技术和理想方法。
1 多酚氧化酶简介多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase,PPO;氧化还原酶;EC 1.10.3.1),是一类氧化还原酶,其由铜离子辅基和主酶两部分组成,铜离子辅基不可透析。
多酚氧化酶首先由Yoghid在1883年在日本漆树研究过程中发现,1938年KeilinD和MannG在对蘑菇的研究中实现了蘑菇多酚氧化酶的提取和纯化,并将其命名为Polyphenol Oxidase[1]。
由于其与食品加工和蔬菜保鲜与贮藏运输有着密切的关系,之后多酚氧化酶一直是研究的热点,尤其是在其生化、生理学性质方面取得了较大的进展。
多酚氧化酶在有氧条件下能选择性催化酚类羟基化,把其氧化成醌,这一特性使得多酚氧化酶在工业、食品和环境保护等行业得到了广泛的应用,如利用多酚氧化酶来催化氧化儿茶素形成茶黄素及茶饮料中独特的风味物质,烟草中利用其来形成独特的品质,利用固定化多酚氧化酶去除工业污水中的多酚类有毒物质等等。
此外,多酚氧化酶广泛存在于自然界,来源广泛,可以从植物、动物和微生物体内分离得到。
2 多酚氧化酶的分类多酚氧化酶在植物界乃至动物界分布广泛,由于其检测方便,是被最早研究的几类酶之一[2]。
论文题目: 浅谈酶催化作用 课程名称: 工业催化原理 学 院: 化学与化工学院 专 业: 化学工程与工艺 年 级: 化工122 学 号: ********** 学生姓名: ***
工业催化原理论文 浅论酶催化作用 摘要 酶作为催化剂使用已经有几个世纪的历史,但那时人们对酶的本性和功能并不了解。直到20世纪初,才证明所有的发酵过程均是由所用的酶促成的,故而酶也常被叫做酵素。现已证明,酶是由长链氨基酸构成的蛋白质。许多酶的初级结构已得到确定,而且影响酶催化功能的三维空间结构已被证明。尽管获得了不少信息,关于酶催化作用机理的一些基本细节仍不甚明朗,如今酶催化技术作为工业生物技术的核心,被誉为工业可持续发展最有希望的技术。
Abstracts Enzymes have been used for centuries, but it is not known to the nature and function of the enzyme. It was not until early twentieth Century that all of the fermentation processes were promoted by the enzymes that were used, and the enzyme was often called an enzyme. It has been proved that the enzyme is a protein composed of long chain amino acids. The primary structure of many enzymes has been determined, and the three-dimensional structure of the enzyme catalytic function has been demonstrated. In spite of a lot of information, some basic details about the mechanism of enzyme catalysis are still not very clear, and now the catalytic technology as the core of industrial biotechnology, known as the most promising technology for the sustainable development of industry.
关键词:酶,酶催化作用, 一、酶及酶催化简介 酶,又称为酵素,是具有生物催化功能的生物大分子,即生物催化剂。绝大多数的酶都是蛋白质,也有极少部分的酶由RNA类的核酸构成。 酶催化可以看作是介于均相与非均相催化反应之间的一种催化反应。 既可以看成是反应物与酶形成了中间化合物,也可以看成是在酶的表面上首先吸附了反应物,然后再进行反应。
二、酶催化作用的机理
酶的催化机理和一般化学催化剂基本相同,也是先和反应物(酶的底物)结合成络合物,通过降低反应的能来提高化学反应的速度,在恒定温度下,化学反应体系中每个反应物分子所含的能量虽然差别较大,但其平均值较低,这是反应的初态。S(底物)→P(产物)这个反应之所以能够进行,是因为有相当部分的S分子已被激活成为活化(过渡态)分子,活化分子越多,反应速度越快。在特定温度时,化学反应的活化能是使1摩尔物质的全部分子成为活化分子所需的能量(千卡)。酶(E)的作用是:与S暂时结合形成一个新化合物ES,ES的活化状态(过渡态)比无催化剂的该化学反应中反应物活化分子含有的能量低得多。ES再反应产生P,同时释放E。E可与另外的S分子结合,再重复这个循环。降低整个反应所需的活化能,使在单位时间内有更多的分子进行反应,反应速度得以加快。
2.1:酶催化机理的两种假说 酶催化作用机理在历史上有两种说法,分别为锁钥配合说和诱导契合说。 1. 锁钥配合说 关于酶如何对特定结构的底物分子起催化作用,而对立体异构物不能起作用的问题,很早就引起科学家,特别是有机化学家的注意。1894年德国的有机化学大师Fisher曾提出了酶专一性的锁与钥匙学说,其中心思想认为:酶与底物作用,好像是锁与钥匙的关系,酶与底物的相互作用在结构上必须是具有—种严密的互补关系,整个酶分子的天然构象必须是完善的,亦即具有刚性。如果酶分子构象发生微小的变化就会破坏和底物的契合关系,即“一把特定的钥匙只能开一把特定的锁"。随着对酶的机理的进一步研究,表明锁与钥匙学说存在着很多缺点,与许多实验事实不相符,不能解释催化反应前后的分子行为差异。 2.诱导契合说 1958年Koshland提出了诱导契合学说,即:酶与底物之间在结构上有严格的互补外,酶分子本身不是固定的、一成不变的刚性。酶分子活性部位的氨基酸残基侧链的空间排布具有一定的柔曲性。底物分予可诱导酶分子构象发生相应的改变(如同一只手诱导手套的形状 起变化一样),从而引起催化部位的有关基因在空间排布位置的调整。由于这调整,酶的催化基团与底物的敏感键便能正确地对准方位,二者互相契合,形成酶底物络合物。这是另一种形象的学说,比旧说有较大的推进,赋予酶基团的能动性和底物与酶相依互作的因素。 Koshland的学说,可以说明类似物对催化剂的抑制作用,特别便利于说明竞争性抑制现象,例如丙二酸对丁二酸脱氢酶的竞争性抑制。这一学说也得到了一些预期的支持,尤其是用X.光衍射方法研究了溶茵酶、弹性蛋白酶、羧基脲酶等与底物结合的结构改变得来的信息,与契合学说预期相当一致。 2.2:具体机理的描述 1. 底物与酶的“靠近”及“定向” 由于化学反应速度与反应物浓度成正比,若在反应系统的某一局部区域,底物浓度增高,则反应速度也随之增高。提高酶反应速度的最主要方法是使底物分子进入酶的活性中心区域,亦即大大提高活性中心区域的底物有效浓度。曾测到过某底物在溶液中的浓度为0.001mol/L,而在其酶活性中心的浓度竟达100mol/L,比溶液中的浓度高十万倍!因此,可以想象在酶的活性中心区域反应速度必定是极高的。 “靠近效应”对提高反应速度的作用可以用一个著名的有机化学实验来说明,双羧酸的单苯基酯在分子内催化的过程中,自由的羧基作为催化剂起作用,而连有R的酯键则作为底物,受—COO-的催化,破裂成环而形成酸酐,催化基团—COO-愈靠近底物酯键则反应速度愈快,在最靠近的情况下速度可增加53000倍。 但是仅仅“靠近”还不够,还需要使反应的基团在反应中彼此相互严格地“定向”。只有既“靠近”又“定向”,反应物分子才被作用,迅速形成过渡态。 当底物未与酶结合时,活性中心的催化基团还未能与底物十分靠近,但由于酶活性中心的结构有一种可适应性,即当专一性底物与活性中心结合时,酶蛋白会发生一定的构象变化,使反应所需要的酶中的催化基团与结合基团正确地排列并定位,以便能与底物楔合,使底物分子可以“靠近”及“定向”于酶,这也就是前面提到的诱导楔合。这样活性中心局部的底物浓度才能大大提高。酶构象发生的这种改变是反应速度增大的一种很重要的原因。反应后,释放出产物,酶的构象再逆转,回到它的初始状态。对溶菌酶及羧肽酶进行的X-衍射分析的实验结果证实了以上的看法。Jenck等人指出“靠近”及“定向”可能使反应速度增长108倍,这与许多酶催化效率的计算是很相近的。
2. 酶使底物分子中的敏感键发生“变形” 酶使底物分子中的敏感键发生“变形”(域张力),从而促使底物中的敏感键更易于破裂。 前面曾经提到,当酶遇到它的专一性底物时,发生构象变化以利于催化。事实上,不仅酶构象受底物作用而变化,底物分子常常也受酶作用而变化。酶中的某些基团或离子可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低,产生“电子张力”,使敏感键的一端更加敏感,更易于发生反应。有时甚至使底物分子发生变形,这样就使酶-底物复合物易于形成。而且往往是酶构象发生改变的同时,底物分子也发生形变,从而形成一个互相楔合的酶-底物复合物。羧肽酶A的X-衍射分析结果就为这种“电子张力”理论提供了证据。
3.共价催化 还有一些酶以另一种方式来提高催化反应的速度,即共价催化。这种方式是底物与酶形成一个反应活性很高的共价中间物,这个中间物很易变成过渡态,因此反应的活化能大大降低,底物可以越过较低的“能阈”而形成产物。 共价催化可以提高反应速度的原因需要从有机模式反应的某些原理谈起,共价催化的最一般形式是催化剂的亲核基团对底物中亲电子的碳原子进行攻击。亲核基团含有多电子的原子,可以提供电子。它是十分有效的催化剂。亲核基团作为强有力的催化剂对提高反应速度的作用可由下面亲核基团催化酰基的反应中看出:第一步,亲核基团(催化剂Y)攻击含有酰基的分子,形成了带有亲核基团的酰基衍生物,这种催化剂的酰基衍生物作为一个共价中间物再起作用;第二步,酰基从亲核的催化剂上再转移到最终的酰基受体上。
4. 酶催化反应的通式 在酶催化反应中,根据中间产物学说,催化反应可以分为两步进行,反应式如下: E +S → ES → P + E
酶 底物 中间产物 最终产物 酶 酶(E)的作用是:与S暂时结合形成一个新化合物ES,ES的活化状态(过渡态)比无催化剂的该化学反应中反应物活化分子含有的能量低得多。ES再反应产生P,同时释放E。E可与另外的S分子结合,再重复这个循环。降低整个反应所需的活化能,使在单位时间内有更多的分子进行反应,反应速度得以加快。
三、酶催化作用的特点 1.高效性:酶的催化效率比无机催化剂更高,使得反应速率更快; 2.专一性:一种酶能催化一种或一类底物,如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽;因在食用酵素当今在功能上,主要有四种:高浓缩SOD酵素如,复方天然酵素主要用于乳腺瘤、子宫肌瘤、卵巢囊肿等肿瘤方面;长生酵素直接补脾补肾补气血,全面理;纤体酵素专门转化脂肪减肥;肠毒清酵素则专门清理肠皱褶的毒素。 3.多样性:酶的种类很多,大约有5000多种,其中可以通过食用补充的酵素达2000多种;形态上主要有三种:专业级酵素为酵素胶囊,其次为酵素粉,而液体酵含量低、效价低、易腐败而安全性较差一些,食用风险较高。 4.温和性:是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的,因此,纯正酵是中性的,温和的,不存在副作用,或“好转反应”。对于有刺激性而必然存的“好转反应”,除了本身腐败以外,也有可能有药品的添加。 5.活性可调节性:包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等。 6.易变性:大多数酶是蛋白质,因而会被高温、强酸、强碱等破坏; 7.有些酶的催化性与辅助因子有关。