第八章 酶和酶工程

第一章1.简述酶与一般催化剂的共性以及作为生物催化剂的特点共同点：只能催化热力学所允许的的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点：反应前后酶本身没有质和量的改变：很少量就能发挥较大的催化作用：其作用机理都在于降低了反应的活化能。

酶作为生物催化剂的特点：1.极高的催化率；2.高度专一性；3.酶活的可调节性；酶的不稳定性。

5.酶失活的因素和机理。

酶失活的因素主要包括物理因素，化学因素和生物因素物理因素1热失活：热失活是由于热伸展作用使酶的反应基团和疏水区域暴露，促使蛋白质聚合。

2冷冻和脱水：很多变构酶在温度降低是会产生构象变化。

在冷冻过程中，溶质（酶和盐）随着水分子的结晶而被浓缩，引起酶微环境中的pH和离子强度的剧烈改变，很容易引起蛋白质的酸变性。

3.辐射作用：电离辐射和非电离辐射都会导致多肽链的断裂和酶活性丧失。

4.机械力作用：化学因素1.极端pH：极端pH远离蛋白质的等电点，酶蛋白相同电荷间的静电斥力会导致蛋白肽链伸展，埋藏在酶蛋白内部非电离残基发生电离，启动改变。

交联或破坏氨基酸的化学反应，结果引起不可逆失活。

极端pH也容易导致蛋白质水解。

2.氧化作用：酶分子中所含的带芳香族侧链的氨基酸以及Met, Cys等，与活性氧有极高的反应性，极易受到氧化攻击。

3.聚合作用：加热或高浓度电介质课破坏蛋白质胶体溶液的稳定性，促使蛋白质结构发生改变，分子间聚合并沉淀。

4.表面活性剂和变性剂：表面活性剂主要改变酶分子正常的折叠，暴露酶分子疏水内核的疏水基团，使之变性；变性剂与酶分子结合，改变其稳定性，使之发生变性。

生物因素微生物或蛋白水解酶的作用使酶分子被水解。

6.简述酶活力测定方法的原理直接测定法：有些酶促反应进行一段时间后，酶底物或产物的变量可直接检测。

间接测定法：有些酶促反应的底物或产物不易直接检测，一次必须与特定的化学试剂反应，形成稳定的可检测物。

酶偶联测定法：与间接测定法相类似，只是使用一指示酶，使第一酶的产物在指示酶的作用下转变成可测定的新产物。

Lecture1 酶学与酶工程1、酶的概念,命名、酶的活性中心1）酶是由活细胞产生的，具有催化活性和高度转移性的特殊蛋白质，是一类生物催化剂。

酶工程:将酶学理论与化工技术相结合,研究酶的产生和应用的一门新的技术性学科，包括了酶制剂的制备、酶的固定化、酶的修饰与改造及酶反应器等方面。

主要：酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和酶生物反应器.化学酶工程:用化学手段修饰、改造、模拟天然酶，使其更适合人们的需要,主要包括天然酶、化学修饰酶、固定化酶以及化学人工合成酶的研究与应用.生物酶工程：用生物学的方法，特别是基因工程、蛋白质工程和组合库筛选法改造天然酶，创造性能优异的新酶，主要是抗体酶、杂合酶、进化酶和核酸酶的研究与应用。

2)命名：系统命名法！！催化下列反应酶的命名：ATP+D—葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6—磷酸该酶的正式系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。

它的分类数字是：E.C.2.7。

1。

1E.C代表按国际酶学委员会规定的命名第1个数字(2）代表酶的分类名称(转移酶类）第2个数字（7)代表亚类（磷酸转移酶类）第3个数字（1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类）第4个数字(1)代表该酶在亚—亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体）3）活性中心必需基团：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因酶的活性中心：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。

2、酶的分类、组成、结构特点和作用机制分类:按酶促反应的性质分类（六大类）：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶类、异构酶类、合成酶类全酶=酶蛋白+辅因子辅因子包括：有机辅因子（辅酶非共价结合/辅基非共价结合或共价结合)和金属辅因子（金属酶/金属激活酶)酶蛋白的分类:3、酶作为催化剂的显著特点强大的催化能力：可以加快至1017倍；没有副反应,酶在较温和的条件下催化反应的进行；高度的专一性，各种酶都有专一性但是专一程度的严格性上有所差别；可调节性,包括了抑制剂和激活剂的调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等；易变性，大多数的酶是蛋白质，在极端环境中会受到破坏。

●首先对酶进行了命名1878年库尼首先把这种物质称为酶。

1896年巴克纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液也能将糖发酵成酒精。

1982年 Cech 、1983年Altman等分别发现核酶。

●什么是酶工程？酶的生产与应用的技术过程成为酶工程。

酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用。

酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的美，并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。

●酶的化学本质已知大多数酶的化学本质是蛋白质核酶是核糖酶酶的专一性（特异性）是指在一定的条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。

1.绝对专一性一种酶只能催化一种底物进行一种反应，这种高度的专一性称为绝对专一性。

例如，乳酸脱氢酶催化丙酮酸进行加氢反应生成L-乳酸；而D-乳酸脱氢酶却只能催化丙酮酸加氢生成D-乳酸。

2.相对专一性一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应，这种专一性称为相对专一性。

例如，酯酶可催化所有含酯键的酯类物质水解生成醇和酸。

●测定酶活力，应测定酶促反应的初速率。

（即底物消耗量<5％时测得的反应速度）测酶活的步骤（1）根据酶的专一性，选择适宜的底物（2）确定反应条件（3）在一定的条件下，将一定量的酶液与底物混合均匀，记下开始反应的时间。

（4）反应到一定的时间，取出适量的反应液，运用各种生化检测技术，测定产物的生成量或底物的减少量，计算酶的活力。

●终止酶反应的方法●酶的活力单位酶活力单位：是指在特定条件下，在1min内能转化1微摩尔底物的酶量，或转化底物中1微摩尔有关基团的酶量。

●酶的比活力——是指在特定的条件下。

每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数。

●酶的分类（1）从化学组成上看，分为两类：•单纯酶（单成分酶）和结合酶（双成分酶）•结合酶：全酶=酶蛋白+辅因子•辅因子：辅基、辅酶。

2012年10月酶学与酶工程复习重点酶的定义与化学本质定义:酶---活细胞产生的，能在细胞内外起作用的(催化)生理活性物质。

酶的化学本质: 酶是生物体内一类具有催化活性和特殊空间构象的生物大分子物质，包括蛋白质和核酸等酶催化作用的特点1.催化效率极高反应速度比无催化剂时高108~1020倍，比其他催化剂高107~1013倍。

常用分子比来表示,即每摩尔的酶催化底物的摩尔数。

Kcat:每秒每个酶分子能催化多少个微摩尔的底物发生转化。

2.高度的专一性酶对反应物(底物)具有严格的选择性。

一种酶只能催化某一种或某一类特定的底物发生反应。

绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应，而不作用于任何其它物质。

相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。

包括键专一性和簇(基团)专一性。

立体异构专一性：这类酶能辨别底物不同的立体异构体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。

包括旋光异构专一性和几何异构专一性。

3.反应条件温和酶在强酸、强碱、高温、高压等条件下会变性失活，故催化反应一般在常温、常压、接近中性的溶液中进行。

4.酶的催化活性是受调节控制的易受各种因素的影响，在活细胞内受到精密严格的调节控制,这是酶与非生物催化剂的本质区别。

酶的国际系统分类法及编号1.氧化还原酶2.转移酶3.水解酶4.裂合酶5.异构酶6.合成酶酶活力、酶单位、比活力酶活力(也称酶活性)：指酶专一催化一定化学反应的能力。

酶单位(u): 在酶作用最适底物、最适pH、最适缓冲液的离子强度及25 ℃下，每分钟内催化1.0微摩尔底物转化为产物底酶量为一个国际酶活力的单位(IU)。

比活力(specific activity):每mg蛋白质所具有的酶活力单位数，用（U/mg蛋白）来表示。

酶活力测定方法单体酶，寡聚酶(oligomeric enzyme )，多酶体系(multienzyme system) ,多酶复合体单体酶：它是一个具有完整生物功能、独立三级结构的单酶蛋白部分只有一条多肽链的酶称为单体酶。

第一章绪论试题精选一、名词解释1、酶2、酶工程3、核酸类酶4、蛋白类酶5、酶的生产6、酶的改性7、酶的应用8、酶的专一性9、酶的转换数二、填空题1、根据分子中起催化作用的主要组分的不同，酶可以分为_蛋白类酶_和核酸类酶_两大类。

2、核酸类酶分子中起催化作用的主要组分是_核糖核酸，蛋白类酶分子中起催化作用的主要组分是_蛋白质_。

3、进行分子内催化作用的核酸类酶可以分为_自我剪切酶_，_自我剪接酶_。

4、酶活力是_酶量_的量度指标，酶的比活力是_酶纯度_的量度指标，酶的转换数的主要组分是_酶催化效率_的度量指标。

5、非竞争性抑制的特点是最大反应速度Vm_减小_，米氏常数Km__不变_。

三、选择题1、酶工程是（C）的技术过程。

A、利用酶的催化作用将底物转化为产物B、通过发酵生产和分离纯化获得所需酶C、酶的生产与应用D、酶在工业上大规模应用2、核酸类酶是（D）。

A、催化RNA进行水解反应的一类酶B、催化RNA进行剪接反应的一类酶C、由RNA组成的一类酶D、分子中起催化作用的主要组分为RNA的一类酶3、RNA剪切酶是（B）。

A、催化其他RNA分子进行反应的酶B、催化其他RNA分子进行剪切反应的R酶C、催化本身RNA分子进行剪切反应的R酶D、催化本身RNA分子进行剪接反应的R酶4、酶的改性是指通过各种方法（A）的技术过程。

A、改进酶的催化特性B、改变酶的催化特性C、提高酶的催化效率D、提高酶的稳定性5、酶的转换数是指（C）。

A、酶催化底物转化成产物的数量B、每个酶分子催化底物转化为产物的分子数C、每个酶分子每分钟催化底物转化为产物的分子数D、每摩尔酶催化底物转化为产物的摩尔数四、判断题（V）1、相同的酶在不同的pH条件下进行测定时，酶活力不同。

（V）2、竞争性抑制的特点是最大反应速度Vm不变，米氏常数Km 增大。

（X）3、催化两个化合物缩成一个化合物的酶称为合成酶。

（X ）4、RNA剪切酶是催化RNA分子进行剪切反应的核酸类酶。

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。

第一章绪论1、何为酶工程，试述其主要内容和任务。

答：（1）酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。

（2）主要内容：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用等。

（3）主要任务：经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方式使酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。

2、酶有哪些显著的催化特性？答：（1）酶催化作用的专一性强（①绝对转移性：一种酶只能催化一种第五进行一种反应；②相对专一性：一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应）；（2）酶催化作用的效率高（107~1013倍）；（3）酶催化作用条件温和。

3、简述影响酶催化作用的主要因素。

答：（1）底物浓度的影响：决定酶催化作用的主要因素。

酶催化反应速度随底物浓度增加现增加在逐步趋向平衡再反而下降。

（2）酶浓度的影响：底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。

（3）温度的影响：适宜温度范围内，酶能进行催化反应，最适温度条件下，酶的催化反应速度达到最大。

一般60°C以上易失活，5°C以下活性极低，Taq聚合酶95°C下仍稳定。

（4）PH的影响：适宜PH范围内，酶才能显示其催化活性，最适pH条件下，酶催化反应速度达到最大。

（5）抑制剂的影响：在抑制剂的影响下，酶的催化活性降低甚至丧失，从而影响酶的催化功能，有竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。

（6）激活剂的影响：在激活剂的作用下，酶的催化活性提高或者由无活性的酶生成有催化活性的酶。

如Ca、Mg、Co、Zn、Mn、等金属离子和Cl等无机负离子。

第二章微生物发酵产酶1、试述酶生物合成的基本过程。

答：（1）RNA的生物合成—转录：转录的起始、RNA链的延伸、RNA链合成的终止、RNA前体的加工；（2）蛋白质的生物合成—翻译：氨基酸活化生成氨酰-tRNA、肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止、蛋白质前体的加工。