酶在细胞代谢中的机理

第五章第1节 降低化学反应活化能的酶

一、酶的作用和本质

一、教材分析

新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础，而新陈代谢的进行又离不开酶的催化作用，因此，了解酶的作用和本质，为理解细胞中复杂的生命活动的顺利进行奠定了基础。本节内容还与选修模块的相关内容有着内在联系。例如，选修模块中有关酶的应用等，都是以“酶与代谢”部分的相关内容为基础的。此外，学生通过有关酶的的探究性学习活动获得的技能，对进一步学习生物技术实践等知识起到保证作用。

二、教学目标

1. 知识目标

（1）、说明酶在细胞代谢中的作用、本质。

（2）、阐述细胞代谢的概念

2. 能力目标

（1）、通过自主学习，培养学生推理、比较、分析、归纳总结的能力。

（2）、通过有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

（3）、在有关实验、资料分析、思考与讨论、探究等的问题讨论中，提高运用语言表达的能力以及分享信息的能力。

3. 情感态度与价值观目标

（1）、通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的观察、实验、探索和争论中前进的，。认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神和态度。

（2）、通过小组间的讨论、合作与交流，培养学生的合作互助精神。

（3）、通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用和地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系。

三、教学重点和难点

1、教学重点：酶的作用、本质

2、教学难点：酶降低化学反应活化能的原理

四、学情分析

学生通过初三、高一阶段化学的学习，对于纯化学反应已比较熟悉，但是对于细胞内部的化学反应及生物催化剂──酶的认识有限。工业制氨的化学反应是在高温高压并且催化剂作用下进行的，细胞内部却是常温常压的温和状态，而细胞代谢包括一系列的化学反应，这些化学反应的进行应该有生物催化剂──酶的参与，才能使其高效有序的进行，由此从学生熟悉的知识引入对酶相关知识的学习。 五、教学方法

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TG酶的作用机理及应用

一、 TG酶简介

谷氨酰胺转胺酶（Transglutaminase，简称TG），广泛存在于自然界，不同动物、植物、微生物体内均含有此酶。早期，TG只能从动物肝脏中提取，成本极高，只能供研究和医疗所需。为了批量生产的需要，从上世纪80年代开始，国际上研究用微生物发酵法工业化生产TG，并发现链轮丝菌s-8112、茂原链轮丝菌、灰肉链轮丝菌、肉桂链轮丝菌等微生物可产生TG。

自1993年食品工业用的TG投放市场以来，发展十分迅速，应用范围不断扩大，据报道，1995年该酶制剂的销售额就近20亿元，2000年TG已成日本第二大工业用酶。

我国于2001年7月1日起将TG作为新增补品种，列入食品添加剂行列。TG能使蛋白质分子发生交联，使蛋白质分子由小变大。经TG改性后，蛋白质的胶凝性、塑性、持水性、水溶性、稳定性等均会得到改善，进而改善富含蛋白质食品的外观、风味、口感和质构等。目前，TG已广泛应用于肉制品、 乳制品、鱼制品、豆制品和面制品中，应用前景广阔。

二、作用机理

1．粘合力极强：用TG催化形成的共价健在一般的非酶催化条件下很难断裂，所以用TG处理碎肉成形后，经冷冻、切片、烹饪处理均不会散开。

2. pH稳定性很好：TG的最适作用pH为6.0，但在pH5.0～8.0的范围内TG仍具有较高的活性。

3. 热稳定性强：TG的最适温度在50℃左右，在45℃—55℃范围内都有较高的活性。特别是在蛋白质食品体系中，TG的热稳定性会显著提高，这一特性使其在一般的食品加工过程中，不至迅速失活。

4. TG在催化蛋白质反应过程中，温度(在保持酶活温度内)与时间成负相关关系：反应温度高，反应时间短；反之，温度越低时间越长。不同类型视频的理化特性，决定反应过程中温度和时间的关系。

5. 使用安全：由于TG广泛存在于动物组织，人们一直在食用含有TG催化形成的(-谷氨酰)赖氨酸异肽键的食物，因此，用TG生产的食品不仅对人体安全，还有利于人体的健康。

第５期（总第３１６期）　农产品加工（学刊）　２０１３年５月　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　ｏｆ　Ｆａｒｍ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｎｏ．５　Ｍｆｄｙ．　文章编号：１６７１—９６４６（２０１３）０５ａ一００５５—０４　酶促褐变中酚类化合物代谢机理研究进展　郝英超，　罗　磊，刘云宏，周燕燕　（河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳４７１００３）　摘要：酶促褐变对鲜活农产品在加工过程中的品质有重大影响，近年来国内外有关酶促褐变的相关研究，包括对酚　类在酶的作用下生成醌类的氧化反应以及醌类和其他物质的氧化耦合反应进行了大量研究，为鲜活农产品酶促褐变　抑制和酚类的代谢机理研究提供理论参考。　关键词：酚类化合物；酶促褐变；代谢机理　中图分类号：Ｑ９４５．５１　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ．１６７１－９６４６（Ｘ）．２０１３．０５．０１７　Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｐｈｅｎｏｌｉｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｉｎ　Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　Ｂｒｏｗｎｉｎｇ　ＨＡＯ　Ｙｉｎｇ－ｅｈａｏ，仰Ｏ　Ｌｅｉ，ＬＩＵ　Ｙｕｎ－ｈｏｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｙａｎ－ｙａｎ　（ＣｏＵｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｏｏｄ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅ’ｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅ’ｎａｎ　４７１００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｂｒｏｗｎｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏ￣ａｎｃｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｆｒｅｓｈ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　Ｔｈｉｓ　ｒｅｖｉｅｗ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｓｕｍｍａｔｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｂｒｏｗｎｉｎｇ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ａｓ　ｓｕｂ－　ｓｔｒａｔｅｓ　ｆｏｒ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｃｏｕｐｌｅｄｓ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｑｕｉｎｏｎｅｓ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｓｐｅｃｉｅｓ．Ａｉｍ　ａｔ　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｆｒｅｓｈ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｂｒｏｗｎｉｎｇ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｂｒｏｗｎｉｎｇ；ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　酚类化合物是指芳香烃苯环上氢原子被羟基取　代所生成的化合物，根据其所含羟基数目可分为一　元酚和多元酚ＩｌＪ。作为自然界中分布很广的一种次　级代谢产物，酚类化合物作为果蔬等鲜活农产品酶　促褐变的底物，其代谢变化直接影响到农产品的品　质、外观和商业价值［２１。酶促褐变是指酚类化合物　被酶氧化成淡色的醌类（初级代谢产物）［３１，醌类　经进一步的酶促或非酶促反应（很复杂的次级反　应，酚、抗坏血酸、亚硝酸盐、肽及蛋白质中的半　胱氨酸、含胺基的物质都可能参与反应）形成褐色　素的过程，色素强度随酚的种类和氧化反应过程的　不同而不同［４１。　正常的植物组织不会发生褐变［５－－６］，由于酶和底　物在细胞中区域化分布限制了酶促褐变的发生。但　是在采收、贮藏和加工过程中，由于外力作用造成　植物组织内部水分迁移和结构变化，使酶和底物接　触，酶促褐变随之发生。国内外对酶促褐变过程及　其抑制技术进行了大量研究　，但是褐变过程中酚　类物质代谢机理的阐述还不透彻。本综述从酚类物　质酶促褐变中的代谢变化人手，旨在为酶促褐变的　深入研究提供理论基础和参考。　１酚类化合物　酚类化合物属于植物次生代谢产物，以苯环为　基本骨架，以苯环的多羟基取代为特征，具有一系　列的结构和功能。酚类化合物根据结构分为酚酸类　（ｐｈｅｎｏｌｉｃ　ａｃｉｄｓ）、黄酮类（ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ）、１，２一二苯乙　烯（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）和木酚素类（１ｉｇｎａｎｓ）［９１。根据其碳骨　架的不同可进一步细分。　根据碳骨架酚类化合物分类见表１。　不同品种的植物组织酚类化合物种类与含量差　异较大，研究显示只有部分酚类化合物可以作为酶　促褐变底物【　０１。　参与酶促褐变的酚类物质见表２。　香蕉果皮中酚类化合物主要是多巴胺，其次为　绿原酸和香豆素【“】，其中多巴胺酶促氧化是香蕉褐变　的主要因素ｌｌ２＿。习；椰子褐变底物主要是绿原酸和多巴　胺㈣；荔枝果皮褐变底物属于邻苯二酚类化合物，它　能与多酚氧化酶迅速作用，形成褐变产物；鸭梨果　心褐变的主要底物是绿原酸【　７］。　黄酮类物质在酶促褐变中作用不明显，Ｌｅａ［　认　为黄酮类不参与或者在氧化酶作用下相对较慢的参　收稿日期：２０１２一ｌ１—２５　作者简介：郝英超（１９８６一），女，河南人，在读硕士，研究方向：食品营养与功能性成分。　‘为通讯作者：罗磊（１９７６一），男，副教授，博士，研究方向：生物保健食品、药食同源食品的应用。

专题二 细胞代谢中的酶和ATP

构建知识体系·串联主干知识

■核心要点清误····························································

酶

1．滴加肝脏研磨液促使过氧化氢的分解及滴加FeCl3溶液提高过氧化氢的分解速率均涉及“降低化学反应活化能”原理。(√)

2．同无机催化剂相比，酶所提供的活化能更多，因而催化效率更高。(×)

提示：酶具有催化作用的原理是降低化学反应的活化能，不是提供活化能。

3．过酸、过碱或温度过高，都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。(√)

4．酶活性受温度、pH、底物浓度及酶量的影响。(×)

提示：底物浓度、酶量不影响酶的活性。

5．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同。(×)

提示：同一个体各种体细胞中酶的种类不一定相同。

6．用淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响时，既可用碘液也可用斐林试剂作为检测试剂。(×)

提示：探究温度对酶活性的影响时选用斐林试剂作为检测试剂需要水浴加热，会改变实验温度。

7．探究胃蛋白酶的最适pH时，将其加入蛋清中再加入缓冲液。(×)

提示：应先加缓冲液再加蛋清。

8．探究温度对酶活性的影响时，将酶与底物溶液在室温下混合后于不同温度下保温。(×)

提示：应将酶与底物分别在设定的温度下保温，然后混合。

ATP

1．一个ATP中含有两个高能磷酸键，且都容易形成和水解。(×)

提示：ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键更容易形成和水解。

2．酶催化的化学反应都需要ATP。(×)

提示：酶催化的化学反应不一定需要ATP，如放能反应。

3．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√)

4．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×)

提示：人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量能够达到动态平衡。

5．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体。(×)