生物技术概论之酶工程

A+BH
2、转移酶
AX+B
A+BX
3、水解酶 4、裂合酶
AB+H2O AB
AH+BOH A+B
5、异构酶
L-型
D-型
6、连接（合成）酶
A+B
AB
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。
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+B
（三） 酶工程的应用
一. 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
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：
（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。
酶工程已成为一门新兴学科
(一）酶的概述
1、酶的化学本质
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 双
成 成
分 分
酶 酶
（
全
酶
） 酶
蛋
白
辅
酶
单成分酶的组成成分只有酶蛋白，而全酶含有酶蛋白
CH 3
H C OH
乳酸脱氢酶
CH 3
CO
Hale Waihona Puke Baidu
COOH
L-乳酸
COOH
② 几何异构专一性 反丁烯二酸
延胡索酸酶
L-苹果酸
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
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。
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）
二.酶在饲料工业中的应用 利于饲料的吸收、消除抗营养因子、补充内源酶
不足、提高饲料利用率、增加产量、减少污染。目前 我国饲料用酶产量超过13500吨，添加饲料超过1350万 吨。农业部批准的酶有12种。 1.复合酶制剂
2种或几种酶制剂混合而成，提高饲料的利用价值 2.植酸酶
能使得饲料中的有机磷得到有效利用。
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，从而易 与底物结合反应。
5、酶的命名、分类
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.面粉烘烤工业 改善面粉质量、改善面团性质、改变颜色、漂白面粉
H
O
C
CH 3
NADH2
NAD
乙醇脱氢酶
CH2OH
CH3
NAD（P）...........氧化型 NAD（P）H........还原型
CHO O
HO
CH2O P OH
OH
H3C
N
（PLP）
2、酶的结构与催化功能 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。
的物质进行某种类型的反应
O
R C O R' + H2O
脂肪酶
R COOH + R' OH
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
O
H2N C NH2 + H2O
脲酶
CO2 + 2NH3
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时，酶只能作用于异构体的 一种，而对另一种则全无作用。
（2）酶的催化效率高。酶比一般化学催化剂要高得多。
2H2O2
2H2O + O2
Fe作催化剂，0℃时1克分子铁10-5mol H2O2 /秒
H2O2酶作催化剂，0℃时1克分子酶105 H2O2 /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