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为什么酶能有效地降低反应的活化能呢？这是因为（1）酶与底物的邻近效应（Proximity）和定向效应（Orientation）。
邻近效应是指A和B两个底物分子结合在酶分子的活性部位上，使得反应基团相互靠近，从而降低了进入过渡态所需的能量，这种效应称为邻近效应。
邻近效应大大增加了反应物的有效浓度。
底物有效浓度大，自然反应速度加快。
定向效应是指当底物结合在酶活性中心时，反应基团沿一定的方向相互靠近，使反应基团的分子轨道发生交叉，进入过渡态。
定向效应给反应基团分子轨道交叉提供了良好的条件。
这是在溶液中由于分子随机接触而进入过渡态所不能比拟的。
（2）酶与底物相互诱导的扭曲变形（strain或distortion）以及构象变化。
我们知道过渡态分子是不稳定的，其中某些化学键是处于伸展或变形之中。
反应物要达到过渡态的化学键状态是需要能量的。
酶活性部位与底物结合，可使底物的某些敏感键发生变形，从而使底物分子更接近于过渡态。
底物分子的变形可能是发生在底物与酶结合时，为了很好地契合，底物的构象有了小的变化，也可能是由于底物诱导酶改变构象之后随之而得的一个结果。
总之，酶活性部位的某些基团或离子，使底物敏感键的某些基团的电子云发生改变，即底物发生构象改变，形成互相契合的酶底物复合物。
（3）广义的酸碱催化，共价催化以及酶活性中心微环境的影响。
酶活性中具有相互的催化基团，这些基团可以参与催化反应，其具体的催化机理后面章节会专门讲到的。
此外，酶活性中心的微环境有利于特定的催化翻译能够进行。
在一个具体的酶催化反应中，上述因素往往是同时起作用，从而表现出酶催化功能的高效性，这是一般化学催化剂所无法比拟的。
酶特异性的类型一般来讲，一种物质能否成为某种酶的底物，必须具备两个条件，一是分子上具有被酶作用的化学键，二是该分子应具有一个或多个结合基团与酶活性中心结合，并使其敏感键对准酶的催化基团。
一般来说，酶的底物特异性一般可分为下列类型（A）反应特异性（reaction specificity）：指酶只催化某一特定类型的反应，如氧化作用（oxidation），转氨作用（transamination）等。
核酸提取常见试剂的作⽤原理异硫氰酸胍强⽤⼒的蛋⽩质变性剂，能迅速溶解蛋⽩质，导致细胞结构破碎，核蛋⽩由于其⼆级结构的破坏消失⽽迅速与核酸分离。
胍盐是破坏蛋⽩质三维结构的离液剂，在通常使⽤的蛋⽩质变性剂中作⽤最强的是异硫氰酸胍，它们可以使多数蛋⽩质转换成⼀随机的卷曲状态。
含有强⼒的阴离⼦和阳离⼦基团，它们可以形成较强的氢键。
在还原剂存在的情况下，异硫氰酸胍可以断裂氢键，⽽去垢剂，如SDS存在的情况下，可以破坏疏⽔作⽤。
盐酸胍、尿素盐酸胍是⼀个核酸酶的强抑制剂，它并不是⼀种⾜够强的变性剂，可以允许完整的RNA 从富含RNase的组织中提取出来。
4-8M可断裂氢键，有两种可能机制：1变性蛋⽩和盐酸胍、尿素优先结合，形成变性蛋⽩-变性剂复合物，当复合物被除去，从⽽引起N-D反应平衡向右移动，随着变性剂浓度增加，天然状态的蛋⽩不断转变为复合物，最终导致蛋⽩质完全变性；2盐酸胍、尿素对氨基酸的增溶作⽤，能形成氢键，当浓度⾼时，能破坏⽔的氢键结构，结果盐酸胍、尿素就称为⾮极性残基的较好溶剂，使蛋⽩质内部的疏⽔残基伸展和溶解性加强，盐酸胍、尿素引起的变性往往是不可逆的。
⾼浓度尿素使蛋⽩质变性并抑制Rnase活性⼗⼆烷基肌氨酸钠使蛋⽩质解体变性巯基试剂1防⽌蛋⽩质或酶等（如辅酶A）分⼦中SH基团氧化成⼆硫键，2在某些酶反应过程中维持体系的还原环境。
DTT，DDTE、巯基⼄醇应⽤最⼴，⾕胱⽢肽也常应⽤，由于他是⽣物体内的还原剂，同时氧化后能被⾕胱⽢肽还原酶原位释放。
DNA提取中，常使⽤巯基⼄醇，维持缓冲液的还原环境，防⽌多酚类氧化，由于具有⼀定的毒性，浓度不应⾼于2%。
巯基⼄醇β-巯基⼄醇的主要作⽤是破坏RNase蛋⽩质中的⼆硫键（肽和蛋⽩质分⼦中的半胱氨酸残基中的键）。
1 还原蛋⽩质⼆硫键，使Rna酶变性2 抑制酚类氧化，若氧化，核酸会变成灰⿊⾊，苯酚的氧化产物苯醌等氧化物引起磷酸⼆酯键的断裂及导致RNA和DNA的交联3 保护蛋⽩质的巯基蛋⽩质提取中需要巯基⼄醇还原⼆硫键，使RNA酶失活化学变性剂SDS、尿素、盐酸胍能破坏疏⽔键、盐键、氢键、范德华⼒使蛋⽩质变性但不影响肽键和⼆硫键，不能使蛋⽩质彻底变性加上还原剂巯基⼄醇或DTT，能还原⼆硫键，使RNA彻底变性DTT⼆硫苏糖醇刺激性⽓味要⼩很多，毒性也⽐巯基⼄醇低很多。
生化工程习题一、判断正误1、间歇培养微生物的减速生长期，微生物的比生长速率小于零。
（×）2、反混指不同物料间有混合的现象。
（×）3、PFR反应器中，沿轴向的反应速度是常数。
（×）4、单级连续培养中，如果调整成D（稀释速率）>μ（比生长速率），最终将发生“冲出”现象。
（√）5、一定温度下，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学。
（√）6、限制性底物指微生物的碳源。
（×）7、单级恒化器连续培养某种酵母达一稳态后，流出液中菌体浓度是培养时间的函数。
（×）8、CSTR反应器中物料的返混程度最小。
（×）9、微生物的比生长速率是指单位时间内菌体的增量。
（×）10、间歇培养好氧微生物时，菌体的对数生长期到来时，菌体的摄氧率大幅度增加。
（√）11亚硫酸盐氧化法可以用于测量真实发酵液的Kla。
（×）12、活塞流反应器中，沿径向的反应速度是常数。
（√）13、返混是指不同停留时间物料之间的混合。
（√）14、任何微生物培养过程的YATP均等于10g/mol左右。
（×）15、连续培养反应器中物料的平均停留时间和稀释速率互为倒数。
（√）16、间歇培养好氧微生物时，菌体耗氧速率是常数。
（×）17、对培养基进行热灭菌必须以霉菌的孢子为杀灭对象。
（×）18、在一定温度下，各种不同微生物的比热死亡速率常数值相等。
（×）19、在有细胞回流的单级恒化器中，总的出口处菌体浓度与恒化器中的菌体浓度完全相等。
（×）20、动态法测量Kla不能用于有菌体繁殖的发酵液。
（×）21、连续反应器中物料的平均停留时间用F/V来计算。
（×）22、在活塞流反应器中进行恒温热灭菌，沿物料流动方向菌体热死灭速率逐渐下降。
（√）23、单级恒化器的稀释速率可以任意调整大小。
（×）24、微生物营养细胞易于受热死灭，其比热死亡速率常数K值很高。
名词解释发酵工程:是利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用生物化学产品的技术过程。
代谢调节：是指在代谢途径水平上酶活性和酶合成（酶量）的调节。
组成酶：细胞内总是适量存在的，不依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。
诱导酶：依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。
其基因以隐性状态存在于染色体中。
分解代谢物阻遏：微生物与容易同化的碳源或氮源相接触，使有些酶的合成速率相对降低的作用。
反馈阻遏：生物合成途径的终点代谢产物极其衍生物在转录的水平上抑制该途径的所有酶的生物合成。
反馈抑制：是微生物细胞中变构调节的典型方式，因此非常重要，应用广泛。
概念：生物合成途径的最终代谢产物抑制该途径的前面第一或第二个酶的催化活性。
通过变构调节进行抑制初级代谢产物：是微生物在生长过程中产生的、为菌体生长所必须的小分子化合物，包括单糖、氨基酸、核苷酸维生素以及用来合成这些物质的小分子物质。
次级代谢产物：又称次生代谢产物或分化代谢物，是由微生物在生长后期产生的，为菌体生长非必须但对产生菌的生存具有一定价值的，分子结构相对复杂的小分子化合物。
操纵子：指启动基因、操纵基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称。
转录的功能单位。
很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个DNA序列。
操纵基因：操纵子中与阻遏物结合的一段特定核苷酸序列。
对相邻的结构基因的转录活动有控制作用。
代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。
原生质体：在高渗溶液中出去细胞壁的细胞。
培养基：选用各种营养物质，经配制成适合不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。
糖化：在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖。
前体物质：最终所需的代谢产物的前身或其结构中的一部分。
在生物合成中直接结合到产物分子中，自身结构变化不大，能显著提高产量的小分子物质。
酶反应与酶抑制剂关系2．1 酶反应酶是生物体内化学反应的催化剂，象细菌这样简单的生物，细胞内大约有3000种酶，分别催化3000种不同化学变化。
在生命活动中，有时在瞬间要消耗巨大能量。
动物在原野奔腾追逐，禽鸟在高空展翅翱翔，伴随着肌肉迅速收缩，需要代谢反应迅速进行，将储存的能量高速释放，酶在这里起提高反应速率的催化作用。
如果没有酶的帮助，我们一次进餐得化上50年的时间才能消化完毕，而在酶的帮助下，要不了几个小时，肚子又饿了。
糖或脂肪氧化会产生能量，把糖或脂肪放在空气里燃烧，氧化作用很快完成，热量一下释放出来。
这样的反应如果在体内进行，放热产生高温，会损伤机体。
因此，在生命活动中，氧化作用必须缓慢进行，以便最有效地利用能量；同时热量必须温和地放出，以便长期保持一定的体温。
所以代谢分解必须和燃烧有所不同，代谢分解每步反应由不同的酶催化。
我们摄取食物后消化，由一系列酶催化分解，酶由体内各个部分分泌。
唾液和胰腺分泌淀粉酶，化解淀粉；胃分泌蛋白酶；肠分泌蛋白酶和糜蛋白酶，水解蛋白质。
肠还释放脂酶，。
，于是食物从大分子分级分解成小分子。
当食物变成单糖，氨基酸，脂酸后，便在肠壁吸收，渗入到血流，运输到各种组织。
当食物代谢分解释放的能量有盈余时，酶的催化作用又促使产生一些化学物质，把能量暂时储存起来，而当需用时，又可迅速释出。
例如三磷酸腺苷（ATP ）即为能量储存物质，分子内有3个磷酸基，在分解而裂去一个磷酸基时，可释出33千焦能量，变为二磷酸腺苷（ADP ）。
同样，二磷酸腺苷再水解，脱去一个磷酸基，变成单磷酸腺苷，又可释出33千焦能量，但单磷酸腺苷再水解脱去最后一个磷酸基时，只释出12.5千焦能量。
2.2 青霉素许多药物的作用机理，在于抑制酶的催化作用，从而干扰生命活动。
这种药物的结构，可能与酶反应的底物的结构相似。
青霉素和头孢菌素的抑制细菌作用，是由于干扰细菌合成细胞壁。
细菌依赖着细胞壁保护其细胞，细胞壁由一些多糖链和多肽链交织而成。
在交织构成过程中，一条包括由D －丙氨酰－D －丙氨酸二肽的链加到一条有几个甘氨酸组成的肽链上，这加成反应由转肽酶与羧肽酶所催化。
青霉素和头孢菌素的构象和D －丙氨酰－D －丙氨酸的构象十分相象，因之青霉素正好适应D －丙氨酰－D －丙氨酸在酶上的作用部位。
而药物与酶分子作用部位的结合，意味着占有这部位而排斥了丙氨酸二肽的结合，这样就干扰了肽链的交织，从而阻止了细胞壁的构成，于是危及细菌的生长。
这作用称为代谢拮抗（Biological antagonism ），丙氨酸肽链是代谢物，青霉素是拮抗物。
拮抗物（ Antaganist ）与代谢物（Metabilite ）间存在一定构象关系。
青霉素和头孢菌素的半合成类似物中，也存在类似构效关系，只有构象与前述青霉素或D －丙氨酰－D －丙氨酸相似的，才有抑菌作用。
S CH 3CH 3N CO COOHCONH R C H 3N H COOHCO NH 2CH 3 A －P －P －P+H2O P －OH+33KgA －P －P+H2O A －P A －P++P －OH P －OH +33Kg H2O+12.5KgA++A －P －P青霉素类药物 D--丙氨酰丙氨酸头孢菌素类化合物环内第三位存有双键，该双键如迁移至第二位，便失去抑菌活性，因为双键位置的变异，也同时意味着构象的差别。
在头孢菌素类化合物中，羧基占有环上的假平伏键。
在这构象中，酰氨基的氧原子与羧基的碳原子相距较近。
在没有抗菌活性的△2－头孢菌素类化合物中，羧基处于环上的假直立键。
在这构象中，酰胺基的氧原子与羧基的碳原子相距较远。
前者构象与丙氨酸二肽相近，因此也可在酶上同一受体部位作用，后者的构象就有偏离，就不适应多肽的作用所在，因此不能与酶很稳固结合而产生抑菌作用。
头孢菌素类 △2－头孢菌素类 （有抗菌活性） （无抗菌活性）2．3 抗艾滋病毒药物艾滋病即获得性免疫缺陷综合症（Acquired immune deficiency syndrome ），病毒是RNA 病毒，以RNA 为模板，合成DNA ，通过将有关核苷酸制成磷酸酯而成为长链。
因为所用原料包括脱氧胸腺嘧啶核苷，将其3位OH 基改为叠氮基成为齐多夫定（zidovudine,AZT ）与脱氧胸腺嘧啶核苷结构相近，都能与逆转录酶结合，但叠氮基不能磷酸化，不能形成DNA 长链。
艾滋病患者服用齐多夫定后体重增加，免疫功能改善，免疫T 细胞增加，高剂量组患者体内找不到病毒。
齐多夫定虽不能根治艾滋病，但可降低该病死亡率，可减少并发症的发作及严重性。
脱氧胸腺嘧啶核苷 齐多夫定一些类似的药物也可抑制艾滋病毒繁殖，如Didanosine,DDI 可延缓艾滋病毒进程，延长患者寿命；Zalcitabine(ddC)与齐多夫定合用，可见体内免疫T 细胞增多，dioxolane-T 以O 代替CH 成非糖结构，代谢降解减慢，对艾滋病毒明显抑制；还有stavudine (D4T )didanosine zalcitabine ddI ddCSN R'NHOCOOHRCOSN R'NHOCOOHRCO O OOHNN H CH 3O CH 2OH ONN H CH 3O N N 3CH 2OH ONN NH 2OHOH 2CNNHN NOHOCH 2Ostavudine dioxolane-T dtT艾滋病毒RNA 的外衣是蛋白质。
病毒蛋白由大分子的前体蛋白水解而成，水解的断裂点是苯丙氨酸与脯氨酸间的肽键和酪氨酸与脯氨酸间的酰胺键。
模仿蛋白质的片断结构，带有苯丙氨酰脯氨酸的结构改造的化合物成为 indinavir,nelfinavir,ritonavir,raquinavir 是艾滋病毒蛋白水解酶抑制剂，应用后迅速降低病毒浓度。
2．4血管紧张素转化酶抑制剂肾脏分泌有一种酶称肾素（Rennin ），又称肾高血压蛋白酶，产生后分泌至血循环中，使血浆中一种球蛋白分解，产生血管紧张素（angiotensin ），这种蛋白称血管紧张素原（angiotensinogen ），来自肝脏。
裂去羧端的肽段后，生成10个氨基酸组成的血管紧张素Ⅰ，后者又经在肺脏产生的血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme ）的催化作用，再裂去羧端的两个氨基酸，成为八肽的血管紧张素Ⅱ。
肾素，血管紧张素，醛固酮合成一个系统，对维持生命活动起重要作用。
醛固酮调节电解质的平衡与血压的上下，由血管紧张素Ⅱ诱导分泌。
血管紧张素Ⅱ又通过收缩小动脉以升高血压，从而起到调节血压的作用。
当体内钠离子浓度下降时，肾素与血管紧张素水平就升高；当钠离子过量时其水平又降低。
肾素，血管紧张素系统保证体内一定的钠离子浓度。
如果体内调节失灵，产生过量血管紧张素与醛固酮时，又可导致高血压。
肾素 NH2－天冬－精－缬－酪－异亮－组－脯－苯丙－组－亮―|―缬－异亮－组…… 血管紧张素原 转化酶 NH2－天冬－精－缬－酪－异亮－组－脯－苯丙－|－组－亮―COOH血管紧张素Ⅰ NH2－天冬－精－缬－酪－异亮－组－脯－苯丙－COOH血管紧张素Ⅱ血管紧张素Ⅱ是强效的升高血压物。
血管紧张素Ⅰ本身没有升高血压作用。
如果抑制血管紧张素转化酶从而限制血管紧张素Ⅱ的产生，自应有降低血压作用。
1965年，Ferrira 等发现拉丁美洲所产毒蛇毒汁中提取的物质可阻止狗产生实验性肾型高血压，其有效成分是一组由9－13个氨基酸组成的多肽物质，对血压的效应正是由于抑制了血管紧张素转化酶。
这组多肽相互间有着结构上的相似性，其中替普罗肽（teprotide,SQ20881）的氨基酸顺序为：CH 2CH NH 2CONHOOCCH 2OH CH NH 2CONONO NH CH 3OHOH 2COONO NHCH 3OHOH 2CNH 2－焦谷－色－脯－精－脯－谷胺－异亮―脯－脯－COOH它对好几种动物模型都有降压作用。
当时血管紧张素转化酶的结构尚未阐明，但知其为一种羧肽酶，与胰羧肽酶相似，1973年早就发现D －苄基丁二酸是羧肽酶的竞争性抑制剂。
血管紧张素转化酶是二肽羧肽酶，其催化作用水解裂去2个氨基酸。
酶上的阳离子部位与酶中心的锌离子间距离比羧肽酶A 的相应距离多一个氨基酸残基。
鉴于脯氨酸对替普罗肽所起的作用，便合成了2－D －甲基丁二酰脯氨酸（S Q 13，297）与2－D －甲基戊二酰脯氨酸，实验结果抑制血管紧张素转化酶作用远比D －苄基丁二酸强。
在其分子中，羧基是与酶系统的锌离子作用的基团，将其换为氨基、酰氨基、胍基等，作用并不增强，但如换为巯基，可生成难以解离的硫醇锌盐，与酶的结合更为牢固，抑制作用更强，称卡托普利（Captopril,SQ14,225），又称巯甲丙脯酸。
SQ 13,297卡托普利分子中的巯基，易与体内一些蛋白作用，从而产生皮疹等副作用。
因而在卡托普利的基础上又开发了伊那普利（enalapril ），赖诺普利（lisinopril ）等新的血管紧张素转化酶抑制剂，作为心血管系统药物。
HOOCCH 2CHCH 2C 6H 5COOHS H CH 2CONCOOHCH 3卡托普利HOOCCH 2CHCONCH 32．5酶蛋白的结构与作用酶是生命作用的重要催化剂，主要由蛋白质组成。
有的酶还要其它物质配合才能发挥其功能，如有的酶须有金属离子，有的酶须有辅酶。
辅酶只是松弛地结合在酶上，但有的辅酶必须破坏化学键才能除去，称为补基（Prothetic group ）。
酶有活性中心。
在带有金属离子的酶内，金属离子往往处在活性中心，例如单胺氧化酶有铜离子，血管紧张素转化酶有锌离子。
底物与活性中心的结合，便是经酶的催化而进行对生命活动有重要作用的生化反应。
抑制剂也能与活性中心结合，但不能进行类似的生化反应，却因占有了活性中心，从而阻断了酶的催化功能。
组成酶蛋白的各种氨基酸带有不同官能团，成为蛋白螺旋的各种侧链，其中赖氨酸，精氨酸、组氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、天冬氨酸等带有极性基团，因而有亲水性。
有些是碱性基团，电离可生成阳离子（－N ＋H 3），有些是酸性基团，电离可生成阴离子（COO －），有些氨基酸带有甲基，异丙基等烃基，是亲脂而疏水的基团。
苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸等带有苯基或杂环芳香体系，这些都是Л电子体系的平面结构。
酶的活性中心，可能正是氨基酸所带的官能团。
这些基团与药物分子的相应基团由于相互作用而结合，乃产生药理效应。
2．6酶催化反应的化学过程酶催化的代谢反应的特色为迅速完成，催化反应的过程主要是质子或电子的转移。
在反应中止时，酶又恢复了原来的化学结构，以下两个实例说明酶反应的原理。
核糖核酸的功能为将核糖核酸的磷酸酯键水解，反应历程与用稀的氢氧化钠水解核糖核酸相似。
