2013(第6章)酶工程
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名解:酶工程:又叫酶技术,是酶制剂的大规模生产和应用的技术。
也是酶的生产、改性与应用的技术过程。
自杀性底物:底物经过酶的催化后其潜在的反应基团暴露,再作用于酶而成为酶的不可逆抑制剂,这种底物叫自杀性底物。
别构酶:调节物与酶分子的调节中心结合后,引起酶分子的构象发生变化,从而改变催化中心对底物的亲和力,这种影响被称为别构效应,具有别构效应的酶叫别构酶诱导酶:有些酶在通常的情况下不合成或很少合成,当加入诱导物后就会大量合成,这样的酶叫诱导酶修饰酶:在体外用一定的化学方法将酶和一些试剂进行共价连接后而形成的酶模拟酶:利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单的具有催化作用的非蛋白质分子叫模拟酶。
抗体酶:是一种具有催化作用的免疫球蛋白,属于化学人工酶Mol催化活性:表示在单位时间内,酶分子中每个活性中心转换的分子数目离子交换层析:利用离子交换剂作为载体这些载体在一定条件下带有一定的电荷,当带相反电荷的分子通过时,由于静电引力就会被载体吸附,这种分离方法叫离子交换层析。
固定化酶:通过物理的或化学的方法,将酶束缚于水不溶的载体上,或将酶束缚于一定的空间内,限制酶分子的自由流动,但能使酶发挥催化作用的酶酶反应器:是利用生物化学原理使酶完成催化作用的装置,他为酶促反应提供合适的场所和最佳的反应条件,使底物最大限度的转化为物。
底物抑制:在酶促反应中,高底物浓度使反应速度降低的现象。
稳定pH:酶在一定的pH范围之内是稳定的,超过这个限度易变性失活,这样的pH范围为此酶的稳定pH产酶动力学:主要研究细胞产酶速率及各种因素对产酶速率的影响,包括宏观产酶动力学和微观产酶动力学。
凝胶过滤:又叫分子排阻层析,分子筛层析,在层析柱中填充分子筛,加入待纯化样品再用适当缓冲液淋洗,样品中的分子经过一定距离的层析柱后,按分子大小先后顺序流出的,彼此分开的层析方法。
非水酶学:通常酶发挥催化作用都是在水相中进行的,研究酶在有机相中的催化机理的学科即为非水酶学液体发酵法:以液体培养基为原料进行微生物的繁殖和产酶的方法,根据通风方法不同又分为液体表层发酵法和液体深层发酵法。
第一章:绪论◆酶:由生物体产生的具有生物催化功能的生物大分子,按照分子中起催化作用的主要组分的不同,自然界中天然存在的酶可以分为蛋白类酶(protein enzyme)和核酸类酶◆酶工程:酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程◆锁与钥匙学说:底物结构必须与酶活性部位的结构非常互补,就像锁与钥匙一样,这样才能紧密结合,形成酶-底物复合物。
这个学说可以解释酶的绝对专一性,但是不能解释酶的相对专一性。
◆诱导契合理论:酶分子活性中心的结构并不与底物分子的结构互补,但活性中心有一定的柔性,当底物分子与酶分子相遇时可以诱导酶蛋白的构象发生相应的变化,使活性中心的各个结合基团与催化基团达到对底物结构正确的空间排布与定向,从而使酶与底物互补结合,产生酶-底物复合物,并使底物发生化学反应◆中间产物学说:酶首先与底物结合成酶-底物复合物,然后转变成酶-过渡态中间物复合物,然后,生成酶-产物复合物,最后从酶分子上释放产物,从而大大降低反应的活化能(分子由基态转变为过渡态即活化态所需的能量)。
◆Km 值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度◆竞争性抑制:抑制剂竞争性与酶的活性中心结合,从而阻止底物与酶的结合。
这是最常见的一种可逆抑制作用。
随着底物浓度增加,酶的抑制作用减弱。
Vm 不变,Km 增大◆非竞争性抑制:底物和抑制剂可以同时与酶结合,抑制剂结合于活性中心以外的部位,两者没有竞争作用,但影响产物的释放,Vm 降低,Km 不变◆反竞争性抑制Vm 降低,Km 减小◆酶活力:酶催化底物发生化学反应的能力。
测定酶活力,实际上就是测定酶促反应进行的速度。
酶促反应速度越快,酶活力就越大;反之,速度越慢,酶活力就越小。
◆酶的比活力:每毫克酶蛋白(酶制剂)所含的酶活力单位数称为酶的比活力,用U/mg 蛋白表示。
酶的比活力是酶制剂的一个纯度指标。
对同一种酶来说,比活力愈高,表明酶纯度愈高。
◆酶的生产方法:.提取分离法;生物合成法;化学合成法第二章:微生物发酵产酶结构基因、操纵基因与启动基因一起组成操纵子,分为诱导型与阻遏型。
酶工程简介酶工程(enzymeengineering)是在1971年第一届国际酶工程会议上才得到命名的一项新技术。
酶工程主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用。
根据研究和解决问题的手段不同将酶工程分为化学酶工程和生物酶工程。
第一章酶学概论(Enzyme)新陈代谢是生命活动的基础,是生命活动最重要的特征。
而构成新陈代谢的许多复杂而有规律的物质变化和能量变化,都是在酶催化下进行的。
生命的生长发育、繁殖、遗传、运动、神经传导等生命活动都与酶的催化过程紧密相关,可以说,没有酶的参与,生命活动一刻也不能进行。
第一节酶的一般概念一、酶的概念及化学本质(一)酶的概念:酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化活性和特定空间构象的生物大分子,包括蛋白质及核酸,又称为生物催化剂。
(二)酶的化学本质:绝大多数酶是蛋白质,少数是核酸RNA,后者称为核酶。
本章主要讨论以蛋白质为本质的酶。
二、酶的组成与分类(一)根据酶的组成成分,酶可分为:单成分酶(单纯酶)、多成分酶(复合酶)单纯酶(simpleenzyme)是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶。
它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。
脲酶、消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等均属此列。
复合酶(conjugatedenzyme)的催化活性,除蛋白质部分(酶蛋白apoenzyme)外,还需要非蛋白质的物质,即所谓酶的辅助因子(cofactors),两者结合成的复合物称作全酶(holoenzyme),全酶酶蛋白辅助因子(结合蛋白质) (蛋白质部分)(非蛋白质部分)酶的辅助因子可以是金属离子,也可以是小分子有机化合物。
常见酶含有的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。
它们或者是酶活性的组成部分;或者是连接底物和酶分子的桥梁;或者在稳定酶蛋白分子构象方面所必需。
小分子有机化合物是一些稳定的小分子物质,其主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团,常可按其与酶蛋白结合的紧密程度不同分成辅酶和辅基两大类。
酶工程酶的定义及其本质:指一类具有高效率的特异性的生物催化剂。
酶是具有催化活性的:蛋白质(enzyme),核酸(ribozyme),或脱氧核酸(deoxyribozyme).酶工程:它是一项利用酶、含酶细胞器或细胞作为生物催化剂来完成重要化学反应,并将相应底物转化成有用物质的应用型生物高新技术。
1971年,美国,第一届国际酶工程会议,确认:酶工程的核心内容酶的生产与应用主要涉及:①酶的产生;②酶的分离纯化;③酶的固定化;④酶分子的定向改造与修饰;⑤酶生物反应器;⑥酶的应用。
第一章酶的命名和分类国际系统分类法及编号(EC编号)系统编号方法是将每一种酶用4个数字编号,中间以“.”隔开。
第一个数字表示反应性质,分六大类,用1、2、3、4、5、6表示;第二个数字表示亚类,根据底物被作用的基团或键的特点标号;第三个数字表示亚亚类,更精确反应了所催化反应底物或反应物的性质第三个数字表示亚亚类下的个别酶的顺序号,一般按酶的发现先后次序进行排列。
1961年国际酶学委员会(Enzyme Committee, EC)根据酶所催化的反应类型和机理,把酶分成6大类:1氧化还原酶,2转移酶,3水解酶,4裂合酶,5异构酶,6合成酶酶的组成:单纯酶,结合酶(全酶)=酶蛋白+辅助因子辅助因子:辅酶,辅基,金属激活剂(金属离子作为辅助因子)酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分。
辅助因子通常是作为电子,原子或某些化学基团的载体。
酶的分子结构:活性部位和必需基团必需基团:这些基团若经化学修饰使其改变,则酶的活性丧失。
活性部位:酶分子中直接与底物结合,并和酶催化作用直接有关的部位。
(结合基团——专一性,催化基团——催化性质)维持酶的空间结构酶活性中心特点:1)活性中心的某些功能基因是酶的必须基团。
2)活性中心只占酶分子的很小一部分3)酶的活性中心是一个三维实体4)酶的活性中心并不是和底物的形状正好互补的5)酶的活性中心是位于酶分子表面的一个裂缝内6)酶与其专一性底物的结合通过次级键实现的酶催化作用的特点:温和性,专一性,高效性,可调性酶含量的调节(合成和降解),酶活性的调节共价调节;别构调节;(协同效应,同/异促效应);反/前馈调节;激素调节;同工酶调节第二节酶反应动力学1. 酶活力与酶促反应速度酶活力:在一定条件下,酶催化某一反应的反应速度(一般测初速度)。
酶,指具有生物催化功能的高分子物质,在酶的催化反应体系中,反应物分子被称为底物,底物通过酶的催化转化为另一种分子。
几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与,以提高效率。
与其他非生物催化剂相似,酶通过降低化学反应的活化能(用Ea或ΔG表示)来加快反应速率,大多数的酶可以将其催化的反应之速率提高上百万倍;事实上,酶是提供另一条活化能需求较低的途径,使更多反应粒子能拥有不少于活化能的动能,从而加快反应速率。
酶作为催化剂,本身在反应过程中不被消耗,也不影响反应的化学平衡。
酶有正催化作用也有负催化作用,不只是加快反应速率,也有减低反应速率。
与其他非生物催化剂不同的是,酶具有高度的专一性,只催化特定的反应或产生特定的构型。
虽然酶大多是蛋白质,但少数具有生物催化功能的分子并非为蛋白质,有一些被称为核酶的RNA分子也具有催化功能。
此外,通过人工合成所谓人工酶也具有与酶类似的催化活性,包括人工合成的DNA。
有人认为酶应定义为具有催化功能的生物大分子,即生物催化剂。
酶的催化活性会受其他分子影响:抑制剂是可以降低酶活性的分子;激活剂则是可以增加酶活性的分子。
有许多药物和毒药就是酶的抑制剂。
酶的活性还可以被温度、化学环境(如pH值)、底物浓度以及电磁波(如微波)等许多因素所影响。
一、研究历史1773年,意大利科学家斯帕兰扎尼(L.Spallanzani,1729—1799)设计了一个巧妙的实验:将肉块放入小巧的金属笼中,然后让鹰吞下去。
过一段时间他将小笼取出,发现肉块消失了。
于是,他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。
但是什么,他不清楚。
1833年,法国的培安和培洛里将磨碎麦芽的液体作用于淀粉,结果发现淀粉被分解,于是将这个分解淀粉的物质命名为Diastase,也就是现在所谓的淀粉酶。
后来,Diastase在法国成为用来表示所有酶的名称。
1836年,德国马普生物研究所科学家施旺(T.Schwann,1810—1882)从胃液中提取出了消化蛋白质的物质,解开消化之谜。