下载文档原格式
![[课件]酶工程01-酶和酶工程概论1PPT](https://uimg.taocdn.com/964e29b66bec0975f465e235.webp)
绪论一．酶是生物催化剂酶是具有生物催化功能的生物大分子，按其化学组成的不同可以分为两类：蛋白类酶（P-酶）与核酸类酶（R-酶）。
理解：1、酶是由生物细胞产生2、酶发挥催化功能不仅在细胞内，在细胞外亦可二．酶学研究简史1897年，Buchner兄弟发现，用石英砂磨碎的酵母细胞或无细胞滤液能和酵母细胞一样进行酒精发酵。
标志着酶学研究的开始。
说明：酶分子不仅只是在细胞内起作用，而且在细胞外同样具有催化功能。
这一发现开启了现代酶学，乃至现代生物化学的大门。
三．酶工程的现状：目前大规模利用和生产的商品酶还很少。
第一章．酶学概论第一节．酶作为生物催化剂的显著特点一．酶作为生物催化剂的显著特点：高效、专一二．同工酶（概）：能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成不同的一组酶。
三．共价修饰调节1．概念：通过其它的酶对其结构进行共价修饰，从而使其在活性形式和非活性形式之间相互转变。
2．常见修饰类型：磷酸化与去磷酸化；腺苷酸化与脱腺苷酸化；尿苷酸化与脱尿苷酸化；泛素化；类泛素化3．例子：糖原磷酸化酶——磷酸化形式有活性（葡萄糖）n+Pi→（葡萄糖）n-1+1-磷酸葡萄糖4．常见磷酸化部位：丝氨酸/苏氨酸，酪氨酸和组氨酸四．酶活性调节方式要能判断所举酶的例子是什么类型调节1. 别构调节2. 激素调节：如乳糖合酶修饰亚基的水平是由激素控制的。
妊娠时，修饰亚基在乳腺生成。
分娩时，由于激素水平急剧的变化，修饰亚基大量合成，它和催化亚基结合，大量合成乳糖。
3. 共价修饰调节：如糖原磷酸化酶、磷酸化酶b激酶4．限制性蛋白水解作用与酶活性控制。
如酶原激活5．抑制剂和激活剂的调节6．反馈调节7．金属离子和其它小分子化合物的调节8．蛋白质剪接五．反馈调节（概）：催化某物质生成的第一步反应的酶的活性，往往被其终端产物所抑制。
这种对自我合成的抑制叫反馈抑制。
A-J ：代谢物实线箭头：酶促催化步骤虚线箭头：反馈抑制步骤代谢途径的第一步和共同底物进入分支途径的分支点是反馈抑制的最为重要的位点。
第一章酶学概论1.酶：具有生物催化功能的生物大分子。
2.酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程。
3.酶活力(enzyme activity)：指在一定条件下，酶所催化的反应初速度。
4.酶活力单位(IU)：在特定条件下(温度可采用25℃，pH值等条件均采用最适条件），每1min催化1µmol的底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位，这个单位称为国际单位（IU）5.酶转换数Kp：又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。
即每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数，是酶催化效率的一个指标。
6.酶的催化周期：转换数的倒数，即催化周期是指酶进行一次催化所需的时间，单位为毫秒（ms）或微秒（µs）。
7.酶结合效率：又称为酶的固定化效率，是指酶与载体结合的百分率。
酶结合效率的计算一般由固定化的总活力减去未结合的酶活力所得到的差值，再除以用于固定化的总酶活力而得到。
8.酶活力回收率：指固定化酶的总活力与用于固定化的总酶活力的百分率。
9.相对酶活力：具有相同酶蛋白（或酶RNA）量的固定化酶活力与游离酶活力的比值。
10.核酸酶(ribozyme):具有催化活性的RNA。
抗体酶(Abzyme):具有催化活力的抗体。
11.组成型酶：有的酶在细胞中的量比较恒定，环境因素对这些酶的合成速度影响不大，如DNA/RNA聚合酶。
12.适应型酶/调节性酶：有的酶在细胞内的含量变化很大，其合成速度明显受到环境因素的影响，如β-半乳糖苷酶13.模拟酶：又称人工合成酶或酶模型，是指根据酶的作用原理，用人工合成的具有活性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。
14.酶催化作用的特点：1.酶催化作用的专一性强(相对/绝对专一性) 2.酶催化作用的效率高3.酶催化作用的条件温和 4.酶活性受到调节和控制15.影响酶催化作用的因素：1.底物浓度的影响2.酶浓度的影响3.产物浓度的影响4.温度的影响5.pH值的影响6.抑制剂的影响7.激活剂的影响16.酶生物合成的调节：1、分解代谢物阻遏作用2、酶生物合成的诱导作用3、酶生物合成的反馈阻遏作用17. 从如下实验方法和结果分析酶生物合成的调节作用。
➢Lecture 1 酶学与酶工程➢酶的概念:酶（enzyme）是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。
➢➢酶的分类(6类)、组成、结构特点？和作用机制？组成：单体酶、寡聚酶、多酶复合体Note:一个酶蛋白可有多种催化活性，相当于多个酶(关注原核和真核生物的差别) 除水解酶和连接酶外，其他酶在反应时都需要特定的辅酶。
金属在酶催化中的作用：稳定酶构象、参与酶的催化作用（如激活底物）、电子传递体➢酶作为催化剂的显著特点:强大的催化能力：加快反应速度可高达1017倍;没有副反应;高度的专一性：各种酶都有专一性，但专一程度的严格性上有所差别;可调节性;➢同工酶的概念:同一种属中由不同基因或（复）等位基因编码的多肽链所组成的单体、纯聚体或杂交体，其理化及生物学性质不同而能催化相同反应的酶称同工酶。
同一基因生成的不同mRNA所翻译出来的酶蛋白也列入同工酶的范畴。
酶蛋白合成后经不同类型的共价修饰（如糖基化等）而造成的多种酶分子形式，严格来说不属于同工酶而称为synzyme，但也有人称其为次生性同工酶（secondary isozyme）。
不同种属中催化相同反应的酶称为xenozyme，也不属于同工酶。
➢酶的活性中心指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物必需基团(essential group):酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的基团。
活性中心内的必需基团:结合基团（与底物相结合）和催化基团（催化底物转变成产物）活性中心外的必需基团：维持酶活性中心应有的空间构象所必需；构成酶活性中心的常见基团：His的咪唑基、Ser的－OH、Cys的－SH、Glu的γ-COOH。
➢酶的作用机制➢酶活力的调节➢酶的应用食品加工方面：生物技术在食品工业中应用的代表就是酶的应用，目前已经有几十种酶成功用于食品工业。
如葡萄糖、饴糖、果葡糖浆的生产、蛋白质制品加工、果蔬加工、食品保鲜以及改善食品品质与风味等。
一、绪论1、生物催化：利用酶或有机体（细胞或细胞器）等）作为催化剂实现化学转化（通常是加快）的过程。
2、生物催化与发酵：1、发酵：用活细胞，将原材料转化成更复杂的目标产物。
2、前体发酵：发酵过程中添加前体物质，并有活细胞将其转化为目标产物。
3、生物转化：用酶或静息细胞经过一系列步骤，将前体转化成目标产物。
4、生物（酶）催化：提取酶或部分纯化的酶，将底物转化成目标产物。
3、酶工程：应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。
是酶学和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程有机结合而产生的边缘科学。
4、酶工程研究内容：（一）酶的生产（二）化学酶工程（三）生物酶工程（四）酶反应器（五）酶反应介质（六）酶的应用5、酶反应器：活塞流反应器全混流反应器流化床反应器固定床反应器膜反应器二、酶学概述6、酶的分类：（一）按酶催化反应的类型分类1、氧化还原酶2、转移酶3、水解酶4、裂合酶5、异构酶6、连接酶（合成酶）1．氧化还原酶: 催化氧化-还原反应，转移氢或加氧。
主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)、过氧化氢酶、氧合酶、细胞色素氧化酶。
例如，乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应2、转移酶: 转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。
参与生物物质的代谢.(例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
) 3、水解酶:水解酶催化底物的加水分解反应（或逆反应）。
主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。
例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应。
4、裂解酶：裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。
5、异构酶：此类酶为生物代谢需要对某些物质进行分子异构化，分别进行外消旋、差向异构、顺反异构等，分为差相异构酶、消旋酶、顺反异构酶等。
6、连接酶（合成酶）：能够催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 键的形成反应。
