酶工程酶和酶工程-文檔資料

1、Enzyme EngineeringEnzyme Engineering本課程講授酶學(xué)和酶工程的相關(guān)知識(shí)，包括酶的生產(chǎn)、酶的改性以及酶的應(yīng)用。課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課，48學(xué)時(shí)，3學(xué)分適用對(duì)象：生物工程專業(yè)先修課程有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)酵工程后續(xù)課程畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering教學(xué)目的和要求以酶學(xué)的內(nèi)容為基礎(chǔ)，酶的工程應(yīng)用為主，融入各章節(jié)內(nèi)容中。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求系統(tǒng)地掌握酶的生產(chǎn)、改性與應(yīng)用的技術(shù)過程。理解和掌握酶工程的主要理論、概念，掌握酶工程的研究方法，熟悉工程應(yīng)用。了解相關(guān)的新進(jìn)展?？己朔绞狡谀┕P試（閉卷）Enzyme

2、 EngineeringEnzyme Engineering課程主要內(nèi)容酶和酶工程概論（第一章）酶的生產(chǎn)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶（第二章）動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶（第三章）酶的提取與分離純化（第四章）酶的改性酶分子修飾（第五章）酶、細(xì)胞、原生質(zhì)體固定化（第六章）酶非水相催化（第七章）酶定向進(jìn)化（第八章）酶的應(yīng)用酶反應(yīng)器（第九章）酶的應(yīng)用（第十章）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering教材和教學(xué)參考書教材：，郭勇編著，科學(xué)出版社，2016.Enzyme EngineeringEnzyme Engineering教材和教學(xué)參考書參考：，郭勇編著，科學(xué)出版社，2009Enzyme

3、EngineeringEnzyme Engineering教材和教學(xué)參考書教學(xué)參考書，羅貴民主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2008，袁勤生主編，華東理工大學(xué)出版社，2001，周曉云主編，中國輕工業(yè)出版社，2007Enzyme EngineeringEnzyme EngineeringEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶（酶（enzyme）定義：定義：活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，又稱為生活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，又稱為生物催化劑。物催化劑。分類：分類：蛋白類酶（蛋白類酶（protein enzyme，P酶）酶）由蛋白質(zhì)構(gòu)成，部分含有金屬及輔

4、基，不含核酸成分。由蛋白質(zhì)構(gòu)成，部分含有金屬及輔基，不含核酸成分。核酸類酶（核酸類酶（RNA enzyme，R酶）酶）是具有催化能力的是具有催化能力的RNA分子內(nèi)催化和分子間催化分子內(nèi)催化和分子間催化Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶工程（酶工程（enzyme engineering）將酶或者微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器等在一定的將酶或者微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器等在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會(huì)生工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)

5、并應(yīng)用于社會(huì)生活的一門科學(xué)技術(shù)?；畹囊婚T科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)代酶學(xué)理論與化工技術(shù)的交叉?，F(xiàn)代酶學(xué)理論與化工技術(shù)的交叉。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：食品工業(yè)食品工業(yè)輕工業(yè)輕工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)Enzyme EngineeringEnzyme Engineering本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史酶催化作用特點(diǎn)酶催化作用特點(diǎn)影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素酶的分類與命名酶的分類與命名酶的活力測(cè)定酶的活力測(cè)定酶的生產(chǎn)方法酶的生產(chǎn)方法酶工程發(fā)展概況酶工程發(fā)展概況Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷

6、史遠(yuǎn)古時(shí)代遠(yuǎn)古時(shí)代 古老的古老的“食品工業(yè)食品工業(yè)”中國夏禹時(shí)代：釀酒、釀醋中國夏禹時(shí)代：釀酒、釀醋 粬粬醪、醴、麴醪、醴、麴(曲，粬曲，粬)兩周時(shí)代：飴糖、食醬、腌菜兩周時(shí)代：飴糖、食醬、腌菜豆豆：兩周時(shí)代的重要禮器和食器，盛放腌菜：兩周時(shí)代的重要禮器和食器，盛放腌菜公元十世紀(jì)：制豆醬公元十世紀(jì)：制豆醬 利用曲霉中的蛋白酶水解豆類蛋白得到利用曲霉中的蛋白酶水解豆類蛋白得到春秋戰(zhàn)國時(shí)代：春秋戰(zhàn)國時(shí)代：用麴治療消化不良的疾病用麴治療消化不良的疾病Enzyme EngineeringEnzyme EngineeringEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本

7、概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史遠(yuǎn)古時(shí)代遠(yuǎn)古時(shí)代 古老的古老的“食品工業(yè)食品工業(yè)”古埃及、古巴比倫時(shí)代：麥粉發(fā)酵古埃及、古巴比倫時(shí)代：麥粉發(fā)酵釀造啤酒釀造啤酒磨粉、去糠、打碎磨粉、去糠、打碎麥芽萌發(fā)、浸潤麥芽萌發(fā)、浸潤成酒發(fā)酵、裝瓶成酒發(fā)酵、裝瓶Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史近代近代 十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展18世紀(jì)中后期，法國科學(xué)家世紀(jì)中后期，法國科學(xué)家Raumur（雷默爾）（雷默爾）buzzard（禿鷹）的胃液對(duì)肉塊具有消化作用，這是一種化學(xué)變化（禿鷹）的胃液對(duì)

8、肉塊具有消化作用，這是一種化學(xué)變化而非物理變化過程（如溶解），而且這個(gè)化學(xué)變化是在很而非物理變化過程（如溶解），而且這個(gè)化學(xué)變化是在很“溫和溫和”的條件下實(shí)現(xiàn)的。的條件下實(shí)現(xiàn)的。1783年，年，Spallazani（斯帕拉扎尼）（斯帕拉扎尼）通過實(shí)驗(yàn)闡明了不僅鳥的胃液，其它動(dòng)物和人的胃液也有類似的消通過實(shí)驗(yàn)闡明了不僅鳥的胃液，其它動(dòng)物和人的胃液也有類似的消化作用，這個(gè)作用還與溫度、胃液加量有關(guān)，而且在體外是不穩(wěn)定化作用，這個(gè)作用還與溫度、胃液加量有關(guān)，而且在體外是不穩(wěn)定的，活性會(huì)逐漸喪失。的，活性會(huì)逐漸喪失。最早的酶學(xué)實(shí)驗(yàn)。最早的酶學(xué)實(shí)驗(yàn)。Enzyme EngineeringEnzyme En

9、gineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史近代近代 十八世紀(jì)始，酶學(xué)的十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展萌芽和初步發(fā)展19世紀(jì)中葉，世紀(jì)中葉，Pasteur認(rèn)為酵母中存在一種使葡萄糖轉(zhuǎn)認(rèn)為酵母中存在一種使葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的物質(zhì)，但他認(rèn)為只有化為酒精的物質(zhì)，但他認(rèn)為只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵?；畹慕湍讣?xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵。1878年，年，Khne（昆尼）（昆尼）“Enzyme” 的誕生：的誕生：En（在）（在）+ Zyme（酵母），表示酶在酵母中。（酵母），表示酶在酵母中。昆尼首次將酵母中進(jìn)行乙醇發(fā)酵昆尼首次將酵母中進(jìn)行乙醇發(fā)酵的物質(zhì)稱之為酶，來此希臘文，的物質(zhì)稱之為酶，來此希臘

10、文，意思是意思是“在酵母中在酵母中”Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史近代近代 十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展1894年，年，Takamine Joichi（高峰讓吉）（高峰讓吉）利用米霉菌固體培養(yǎng)法生產(chǎn)高峰淀粉酶（第一個(gè)商品酶制劑），其利用米霉菌固體培養(yǎng)法生產(chǎn)高峰淀粉酶（第一個(gè)商品酶制劑），其方法至今仍被采用。方法至今仍被采用。1896年（另一說年（另一說1897年），年），Buchner（巴克納）兄弟（巴克納）兄弟發(fā)現(xiàn)酵母粗提液也能將糖發(fā)酵成酒精；發(fā)現(xiàn)酵母粗提液也能將糖發(fā)酵成

11、酒精；表明起作用的非細(xì)胞本身，在細(xì)胞外也可以發(fā)生作用。表明起作用的非細(xì)胞本身，在細(xì)胞外也可以發(fā)生作用。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了酶的分離和對(duì)其理化性質(zhì)的研究，也促進(jìn)了生命過此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了酶的分離和對(duì)其理化性質(zhì)的研究，也促進(jìn)了生命過程中酶系統(tǒng)的研究。一般認(rèn)為酶學(xué)研究始于此。程中酶系統(tǒng)的研究。一般認(rèn)為酶學(xué)研究始于此。Buchner獲得了獲得了1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史近代近代 酶作用酶作用動(dòng)力學(xué)說動(dòng)力學(xué)說的提出的提出1902年，年，Henri （亨利）（亨利） 中間產(chǎn)物學(xué)說中間產(chǎn)物

12、學(xué)說 底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物之前，必須先與酶形成復(fù)合物底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物之前，必須先與酶形成復(fù)合物1913年，年，Michaelis（米徹利斯）和（米徹利斯）和Menten（曼吞）根據(jù)上述學(xué)說，推導(dǎo)出酶促反應(yīng)動(dòng)力（曼吞）根據(jù)上述學(xué)說，推導(dǎo)出酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程學(xué)方程 米氏方程米氏方程 maxmS=+ SVVKE + S ES E + Pk1k-1k2Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史近代近代 酶的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究酶的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究1926年，年，J. Sumner（薩姆納）（薩姆納）從從刀豆刀豆中提取脲酶（中提取脲酶（ureas

13、e），首），首次獲得酶的結(jié)晶體次獲得酶的結(jié)晶體1937年又獲得過氧化氫酶結(jié)晶年又獲得過氧化氫酶結(jié)晶證實(shí)了酶是蛋白質(zhì)證實(shí)了酶是蛋白質(zhì)獲得獲得1946年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)H2NNH2OH2OUrease2NH3CO2+Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)現(xiàn)代酶學(xué) 快速發(fā)展時(shí)期快速發(fā)展時(shí)期核酸類酶（核酸類酶（Ribozyme）的發(fā)現(xiàn)）的發(fā)現(xiàn)1982年，年，Cech（切克）發(fā)現(xiàn)四膜蟲的（切克）發(fā)現(xiàn)四膜蟲的26S rRNA前體在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行前體在完全沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，催化得成熟的自

14、我加工，催化得成熟的rRNA。1983年，年，Atman（阿爾特曼）等人發(fā)現(xiàn)核糖（阿爾特曼）等人發(fā)現(xiàn)核糖核酸酶核酸酶P中的中的RNA組分組分M1 RNA具有核糖核具有核糖核酸酶的催化活性，單獨(dú)催化酸酶的催化活性，單獨(dú)催化tRNA前體切除部前體切除部分核苷酸而成為成熟的分核苷酸而成為成熟的tRNA。Thomas CechEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶的基本概念和發(fā)展歷史酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)現(xiàn)代酶學(xué) 快速發(fā)展時(shí)期快速發(fā)展時(shí)期核酸類酶發(fā)現(xiàn)的核酸類酶發(fā)現(xiàn)的重大意義重大意義RNA具有酶的催化活性，向酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)這一傳統(tǒng)概具有酶的催化活性，向酶

15、的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)這一傳統(tǒng)概念提出了挑戰(zhàn)。念提出了挑戰(zhàn)。在理論上，對(duì)于生物起源和生命進(jìn)化的研究具有重要啟示。在理論上，對(duì)于生物起源和生命進(jìn)化的研究具有重要啟示。核酸類酶具有內(nèi)切酶活性，可核酸類酶具有內(nèi)切酶活性，可定點(diǎn)定點(diǎn)切割切割mRNA，破壞，破壞mRNA，抑制基因表達(dá)，為基因、病毒和腫瘤治療提供了可行途徑。抑制基因表達(dá)，為基因、病毒和腫瘤治療提供了可行途徑。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering給酶下一個(gè)新概念？給酶下一個(gè)新概念？酶是具有生物催化功能的生物大分子。酶是具有生物催化功能的生物大分子。酶的分類？酶的分類？蛋白類酶和核酸類酶。蛋白類酶和核酸類酶。蛋

16、白類酶分子中起催化作用的主要組分是（），核酸類酶蛋白類酶分子中起催化作用的主要組分是（），核酸類酶分子中起催化作用的主要組分是（）。分子中起催化作用的主要組分是（）。填空練習(xí)題：填空練習(xí)題：蛋白質(zhì)核糖核酸（RNA）Enzyme EngineeringEnzyme Engineering第二節(jié)第二節(jié) 酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用的特點(diǎn)催化劑的共性催化劑的共性用量少而催化效率高；用量少而催化效率高；能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡；能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡；降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行；降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行；一般要與反應(yīng)物形成過渡態(tài)。一

17、般要與反應(yīng)物形成過渡態(tài)。酶催化反應(yīng)的特性酶催化反應(yīng)的特性專一性強(qiáng)專一性強(qiáng)催化效率高催化效率高1.催化反應(yīng)的條件溫和催化反應(yīng)的條件溫和Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)一酶催化作用的特點(diǎn)一催化作用的專一性催化作用的專一性專一性：一定條件下，一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底專一性：一定條件下，一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種類型反應(yīng)的特性。物進(jìn)行某種類型反應(yīng)的特性。絕對(duì)專一性：絕對(duì)專一性：一種酶一種酶只能催化一種底物只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)。進(jìn)行一種反應(yīng)。相對(duì)專一性：相對(duì)專一性：一種酶催化一種酶催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物一類結(jié)

18、構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)。的反應(yīng)。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering絕對(duì)專一性：絕對(duì)專一性：一種酶一種酶只能催化一種底物只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)進(jìn)行一種反應(yīng)構(gòu)型專一性構(gòu)型專一性 立體異構(gòu)選擇性立體異構(gòu)選擇性如：乳酸脫氫酶催化丙酮酸進(jìn)行加氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物是如：乳酸脫氫酶催化丙酮酸進(jìn)行加氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物是L-乳酸。乳酸。而而D-乳酸脫氫酶催化丙酮酸生成的是乳酸脫氫酶催化丙酮酸生成的是D-乳酸。乳酸。專一底物專一底物 如脲酶催化尿素的分解反應(yīng)如脲酶催化尿素的分解反應(yīng)C H3COCOO HN A D HN A D+C H3CO HCO

19、O HH乳乳 酸酸 脫脫 氫氫 酶酶丙丙 酮酮 酸酸L -乳乳 酸酸C H3COCOO HN A D HN A D+C H3CHCOO HH OD D 乳乳 酸酸 脫脫 氫氫 酶酶丙丙 酮酮 酸酸D -乳乳 酸酸Enzyme EngineeringEnzyme Engineering相對(duì)專一性：相對(duì)專一性：一種酶催化一種酶催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)。的反應(yīng)。鍵專一性鍵專一性 作用于相同化學(xué)鍵的一類底物，如酯酶作用于相同化學(xué)鍵的一類底物，如酯酶基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性 作用于相同基團(tuán)的一類底物，如胰蛋白酶，水解含有賴氨?；蚓弊饔糜谙嗤鶊F(tuán)的一類底

20、物，如胰蛋白酶，水解含有賴氨?；蚓滨ｔ驶孽ｔ驶碾逆I肽鍵，如酰胺類、脂類、蛋白質(zhì)等等都可被胰蛋白酶水，如酰胺類、脂類、蛋白質(zhì)等等都可被胰蛋白酶水解。解。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering補(bǔ)充：為什么酶催化具有專一性？補(bǔ)充：為什么酶催化具有專一性？酶催化作用專一性的酶催化作用專一性的“三個(gè)學(xué)說三個(gè)學(xué)說”“三點(diǎn)結(jié)合三點(diǎn)結(jié)合”的催化理論的催化理論鎖鑰學(xué)說鎖鑰學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說1、“三點(diǎn)結(jié)合三點(diǎn)結(jié)合”的催化理論的催化理論酶與底物

21、的結(jié)合處至少有三個(gè)點(diǎn)，而且只有一種情況是完全結(jié)合的酶與底物的結(jié)合處至少有三個(gè)點(diǎn)，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，催化作用才能實(shí)現(xiàn)。形式。只有這種情況下，催化作用才能實(shí)現(xiàn)。EnzymeEnzymeEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用的特點(diǎn)專一性專一性酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說2、鎖鑰學(xué)說、鎖鑰學(xué)說整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是剛性的，酶表面具有特定的形狀整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是剛性的，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。酶與底物的結(jié)合，如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。EnzymeE

22、nzymeSubstrate do not matchthe binding siteSubstrate can matchthe binding siteEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說3、誘導(dǎo)契合學(xué)說、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)的固定形狀，而只是由于該學(xué)說認(rèn)為酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀。底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀。EnzymeEnzyme+SubstrateProduct-1Product-2Tra

23、nsition stateconformationEnzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)二酶催化作用的特點(diǎn)二酶催化作用效率高酶催化作用效率高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高1071013倍倍例如：例如：H2O2的分解反應(yīng)的分解反應(yīng)Fe3+催化，效率為催化，效率為610-4 mol/(mols)過氧化氫酶催化，效率為過氧化氫酶催化，效率為6106 mol/(mols)過氧化氫酶將過氧化氫酶將H2O2分解反應(yīng)的分解反應(yīng)的活化能活化能從從75.24 kJmol-1 降低到降低到8.36 kJmol-1非酶催化劑非酶催化劑鈀鈀，

24、將，將H2O2分解反應(yīng)的分解反應(yīng)的活化能活化能從從75.24 kJmol-1 降低到降低到48.94 kJmol-1 Catalyst122222H O H O + O活化能？Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用效率高酶催化作用效率高活化能活化能：在一定溫度條件下，：在一定溫度條件下，1mol的初態(tài)分子轉(zhuǎn)化為活化分的初態(tài)分子轉(zhuǎn)化為活化分子所需的自由能稱為活化能，子所需的自由能稱為活化能，單位單位J/mol。酶與非酶催化時(shí)所需的活化酶與非酶催化時(shí)所需的活化能示意圖能示意圖圖中酶催化反應(yīng)和非酶催化圖中酶催化反應(yīng)和非酶催化

25、反應(yīng)的活化能差異顯著反應(yīng)的活化能差異顯著非酶催化反應(yīng)非酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)活化能活化能反應(yīng)過程反應(yīng)過程Enzyme EngineeringEnzyme Engineering酶催化作用的特點(diǎn)三酶催化作用的特點(diǎn)三酶促反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在酶促反應(yīng)一般在pH 58水溶液中進(jìn)行，溫度范圍為水溶液中進(jìn)行，溫度范圍為2040 oC，即通常的生理?xiàng)l件；即通常的生理?xiàng)l件；高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活。原因：原因：酶催化所需活化能低。酶催化所需活化能低。酶是生物大分子，易變性而失活。酶是生物大分子，易變性而失活。E

26、nzyme EngineeringEnzyme Engineering第三節(jié)第三節(jié) 影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素底物濃度底物濃度酶濃度酶濃度溫度溫度反應(yīng)體系反應(yīng)體系pH值值抑制劑抑制劑激活劑激活劑Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的影響酶催化作用的因素因素一一底物濃度對(duì)酶活的影響底物濃度對(duì)酶活的影響米氏米氏方程（米徹利斯和曼吞）方程（米徹利斯和曼吞）當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，酶促反應(yīng)當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，酶促反應(yīng)速率與底物濃度成正比，符合速率與底物濃度成正比，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)，反應(yīng)速率當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)，反應(yīng)

27、速率不隨底物濃度的改變而變化，不隨底物濃度的改變而變化，符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。 maxmS=+ SVVKVS0VmaxEnzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的影響酶催化作用的因素二因素二酶濃度的影響酶濃度的影響在底物濃度足夠高的情況下，在底物濃度足夠高的情況下，酶催化反應(yīng)速率與酶濃度成酶催化反應(yīng)速率與酶濃度成正比：正比： Vk EVE0Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的影響酶催化作用的因素三因素三溫度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響表現(xiàn)：溫度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響表現(xiàn)：影響酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白

28、在過高溫度下將發(fā)生熱變性；影響酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白在過高溫度下將發(fā)生熱變性；影響最大反應(yīng)速率；影響最大反應(yīng)速率；影響酶和底物的結(jié)合；影響酶和底物的結(jié)合；影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)的影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)的pKa值。值。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素最適溫度最適溫度（optimum temparature）酶反應(yīng)速率隨著溫度的升高達(dá)到一酶反應(yīng)速率隨著溫度的升高達(dá)到一個(gè)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。個(gè)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時(shí)間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)用

29、時(shí)間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)的的pH等條件影響。等條件影響。溫度提高時(shí)，在反應(yīng)速率增加的同溫度提高時(shí)，在反應(yīng)速率增加的同時(shí)，酶蛋白變性失活的速率也迅速時(shí)，酶蛋白變性失活的速率也迅速增加，所謂的最適溫度，實(shí)際上是增加，所謂的最適溫度，實(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果。這兩種因素綜合影響的結(jié)果。VTemperature0OptimumtemparatureToptEnzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的影響酶催化作用的因素四因素四pH值對(duì)酶反應(yīng)速率的影響值對(duì)酶反應(yīng)速率的影響多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨pH的變化呈鐘罩形曲線。的變化

30、呈鐘罩形曲線。最適最適pH（optimum pH）酶反應(yīng)速率隨酶反應(yīng)速率隨pH變化達(dá)到最大變化達(dá)到最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的值時(shí)所對(duì)應(yīng)的pH值。值。不是常數(shù)，受許多因素影響。不是常數(shù)，受許多因素影響。pH optOptimum pHVpH0Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素pH對(duì)酶及其反應(yīng)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)：對(duì)酶及其反應(yīng)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)：1、改變酶空間構(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活、改變酶空間構(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活當(dāng)酶液的當(dāng)酶液的pH值恢復(fù)到最適值恢復(fù)到最適pH時(shí)，活力可完全恢復(fù)的稱為可逆失活，時(shí)，活力可完全恢復(fù)的稱為可逆失

31、活，反之，則稱為不可逆失活。反之，則稱為不可逆失活。2、改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分，主要是影響酶、底物和酶底物復(fù)、改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分，主要是影響酶、底物和酶底物復(fù)合物的結(jié)合合物的結(jié)合/解離狀態(tài)。解離狀態(tài)。影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物；影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物；影響酶分子中底物結(jié)合部位的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合；影響酶分子中底物結(jié)合部位的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合；影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合，或結(jié)合后不能生成影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合，或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物。產(chǎn)物。Enzyme EngineeringEnzyme E

32、ngineering影響酶催化作用的影響酶催化作用的因素五因素五抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速率的影響抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速率的影響凡能降低酶催化反應(yīng)速率的物質(zhì)都稱之為凡能降低酶催化反應(yīng)速率的物質(zhì)都稱之為抑制劑抑制劑抑制劑與酶的必需基團(tuán)（包括活性基團(tuán)及輔基）結(jié)合，改變其結(jié)抑制劑與酶的必需基團(tuán)（包括活性基團(tuán)及輔基）結(jié)合，改變其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶反應(yīng)速率下降。（抗壞血酸抑制蔗糖酶）構(gòu)與性質(zhì)，引起酶反應(yīng)速率下降。（抗壞血酸抑制蔗糖酶）抑制劑對(duì)酶有選擇性，不包括酶蛋白的水解及變性失活作用。抑制劑對(duì)酶有選擇性，不包括酶蛋白的水解及變性失活作用。酶抑制劑的特點(diǎn)酶抑制劑的特點(diǎn):在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似

33、在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合物能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合物Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素抑制劑抑制劑抑制類型抑制類型不可逆抑制不可逆抑制抑制劑與酶的活性中心發(fā)生了抑制劑與酶的活性中心發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，或，或共價(jià)共價(jià)地連接到酶分子的地連接到酶分子的必需基團(tuán)上，阻礙了底物的結(jié)合或破壞了酶的催化基團(tuán)。必需基團(tuán)上，阻礙了底物的結(jié)合或破壞了酶的催化基團(tuán)。不能用透析或稀釋的方法除去抑制劑，酶活性不能用透析或稀釋的

34、方法除去抑制劑，酶活性難以恢復(fù)難以恢復(fù)?？赡嬉种??？赡嬉种谱饔门c時(shí)間有關(guān)。作用與時(shí)間有關(guān)?？赡嬉种瓶赡嬉种埔种苿┡c酶蛋白以解離平衡為基礎(chǔ)，以抑制劑與酶蛋白以解離平衡為基礎(chǔ)，以非共非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性性暫時(shí)性喪失。暫時(shí)性喪失。抑制劑可以通過物理方法（如透析等）被除去，并且能部分或全部抑制劑可以通過物理方法（如透析等）被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性?？赡嬉种谱饔门c時(shí)間無關(guān)?；謴?fù)酶的活性?？赡嬉种谱饔门c時(shí)間無關(guān)。Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素可逆抑制作用的類型可逆抑制作用的類型競(jìng)爭(zhēng)性抑制

35、競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制非競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制反競(jìng)爭(zhēng)性抑制Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制：競(jìng)爭(zhēng)性抑制：是指抑制劑和底物競(jìng)爭(zhēng)是指抑制劑和底物競(jìng)爭(zhēng)與酶分子結(jié)合而引起的抑制作用。與酶分子結(jié)合而引起的抑制作用。抑制劑抑制劑In和底物和底物S對(duì)游離酶對(duì)游離酶E的結(jié)合有的結(jié)合有競(jìng)爭(zhēng)作用，互相排斥。競(jìng)爭(zhēng)作用，互相排斥。Active siteof enzymeSubstrateInhibitorSubstrate andinhibitor canbind to theactive siteProductsInhibit

36、or preventsbinding of substrateE + S ES E + P+InEInk1k-1k2k3k-3Enzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制的速率曲線競(jìng)爭(zhēng)性抑制的速率曲線KmVS0Km,app1/2 VmaxVmaxwith inhibitorwithoutinhibitor1/V1/S0-1/Km1/VmaxInEnzyme EngineeringEnzyme Engineering影響酶催化作用的因素影響酶催化作用的因素非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：非競(jìng)爭(zhēng)性抑制：是指抑制劑與底是指抑制劑與底物分別與酶分子上的不同位點(diǎn)結(jié)合物分別與酶分子上的不同位點(diǎn)結(jié)合而引起酶活性降低的抑制作用。而引起酶活性降低的抑制作用。酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起引起酶分子構(gòu)象酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶變化，并導(dǎo)致酶活性下降?；钚韵陆?。這類物質(zhì)并不是與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的這類物質(zhì)并不是與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，而是與活性中心，而是與非活性中心非活性中心結(jié)結(jié)合，所以稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。合，所以稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。Products formedin the absenceof inhibitorActive siteof enzymeInhibit