《酶學(xué)與酶工程》PPT課件

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1、酶學(xué)與酶工程酶是一種在生物體內(nèi)具有新陳代謝催化劑作用的蛋白質(zhì)。它們可特定地促成某個(gè)反應(yīng)而它們本身卻不參與反應(yīng)，且具有反應(yīng)效率高、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)產(chǎn)物污染小、能耗低和反應(yīng)易控制等特點(diǎn)。酶工程就是利用酶催化的作用，在一定的生物反應(yīng)器中，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成所需要的產(chǎn)品。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。第一節(jié)酶學(xué)概述新陳代謝是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，是生命活動(dòng)最重要的特征。而構(gòu)成新陳代謝的許多復(fù)雜而有規(guī)律的物質(zhì)變化和能量變化，都是在酶催化下進(jìn)行的。生命的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、遺傳、運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)傳導(dǎo)

2、等生命活動(dòng)都與酶的催化過程緊密相關(guān)，可以說，沒有酶的參與，生命活動(dòng)一刻也不能進(jìn)行。酶是一類有催化功能的大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)屬于蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA類。（一）酶和一般催化劑的共性1.用量少而催化效率高；2.不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)；3.可降低反應(yīng)的活化能。酶催化作用的特點(diǎn)在一個(gè)反應(yīng)體系里，任何反應(yīng)物分子都有進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能，但并非全部反應(yīng)物分子都進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。只有那些具有較高能量，處于活化態(tài)的分子（活化分子）才能在分子碰撞中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。活化能：在一定溫度下，1摩爾底物全部進(jìn)入活化態(tài)所需要的自由能（kJ/mol)分子由基態(tài)達(dá)到活

3、化態(tài)的途徑有二：1、給反應(yīng)體系加熱或用光照射，從而使反應(yīng)分子獲得所需的活化能量；2、使用催化劑，使其瞬時(shí)地與反應(yīng)物結(jié)合成過渡態(tài)，降低反應(yīng)活化能，使反應(yīng)沿著一個(gè)活化能壘較低的途徑進(jìn)行。（二）酶作為生物催化劑的特點(diǎn)1.酶具有高度的專一性絕對(duì)專一性結(jié)構(gòu)專一性族的專一性酶的專一性鍵的專一性旋光異構(gòu)專一性立體結(jié)構(gòu)專一性幾何異構(gòu)專一性2.酶易失活3.酶活性受到調(diào)節(jié)和控制4.酶具有很高的催化效率鎖鑰學(xué)說：認(rèn)為整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣誘導(dǎo)契合學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定

4、形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀.（一）酶的化學(xué)本質(zhì)酶的化學(xué)本質(zhì)除有催化活性的RNA之外幾乎都是蛋白質(zhì)。注意：不能說所有的蛋白質(zhì)都是酶，只是具有催化活性的蛋白質(zhì)才稱酶。（二）酶的化學(xué)組成從化學(xué)本質(zhì)來看，酶可以分為：1.單純蛋白質(zhì)（simpleprotein）2.綴合蛋白質(zhì)（conjugatedprotein）三、酶的化學(xué)本質(zhì)及其組成綴合蛋白質(zhì)（全酶）=蛋白質(zhì)（脫輔酶，apoenzyme或apoprotein）+輔助因子（cofactor）輔助因子是指一些對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)小分子物質(zhì)或金屬離子，包括：（1）輔酶（coenzyme）：與脫

5、輔酶結(jié)合比較松弛的小分子有機(jī)化合物，通過透析方法即可出去，如輔酶Ⅰ等。（2）輔基（cofactor）：以共價(jià)鍵和脫輔酶結(jié)合，不能通過透析出去。（三）單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體根據(jù)酶蛋白分子的特點(diǎn)，可將酶分為以下幾類：1.單體酶（monomericenzyme）：一般由一條多肽鏈組成，如溶菌酶；但有的單體酶是由多條肽鏈組成，肽鏈間二硫鍵相連構(gòu)成一整體。2.寡聚酶（oligomericenzyme）：是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成的酶，這些亞基可以是相同的，也可以是不同的。3.多酶復(fù)合體（multienzymecomplex）：是由幾種酶非共價(jià)鍵彼此

6、嵌合而成。（四）根據(jù)酶的存在狀態(tài)分為：胞內(nèi)酶、胞外酶1.胞內(nèi)酶：在合成分泌后定位于細(xì)胞內(nèi)發(fā)生作用的酶，大多數(shù)的酶屬于此類。2.胞外酶：在合成后分泌到細(xì)胞外發(fā)生作用的酶，主要為水解酶。（一）習(xí)慣命名法1961年以前使用的酶的名稱都是習(xí)慣沿用的，稱為習(xí)慣名。主要依據(jù)兩個(gè)原則：1.根據(jù)酶作用的底物命名；2.根據(jù)酶催化反應(yīng)的性質(zhì)及類型命名；有的酶結(jié)合上述兩個(gè)原則來命名。習(xí)慣命名比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，盡管缺乏系統(tǒng)性，但現(xiàn)在還被人們使用。四、酶的命名和分類（二）國(guó)際系統(tǒng)命名法國(guó)際系統(tǒng)命名法原則是以酶的整體反應(yīng)為基礎(chǔ)的，規(guī)定每種酶的名稱應(yīng)當(dāng)明確標(biāo)明酶的底物

7、及催化反應(yīng)的性質(zhì)。如果一種酶催化兩個(gè)底物起反應(yīng)，應(yīng)在它們系統(tǒng)名稱中包括兩個(gè)底物的名稱，并以“：”號(hào)將它們隔開。若底物之一是水時(shí)，可將水略去不寫。（三）國(guó)際系統(tǒng)分類法及酶的編號(hào)國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)，根據(jù)各種酶所催化反應(yīng)的類型，把酶分為6大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和連接酶類。分別用1、2、3、4、5、6來表示。再根據(jù)底物中被作用的基團(tuán)或鍵的特點(diǎn)將每一大類分為若干個(gè)亞類，每一個(gè)亞類又按順序編成1、2、3、4……等數(shù)字。每一個(gè)亞類可再分為亞亞類，仍用1、2、3、4……編號(hào)。每一個(gè)酶的分類編號(hào)由4個(gè)數(shù)字組成，數(shù)字間由“·”隔開

8、，編號(hào)之前冠以EC（EnzymeCommision)。1.氧化還原酶類（Oxidoreductases）：Anyenzymewhichcatalyze