食品化學06第六章酶

1、n 第六章第六章 酶酶n Chapter 6：Enzyme1n一、概述一、概述n1、概念、概念2大分子大分子（蛋白質、碳水化合物、脂類、核酸）的合成和分解小分子小分子（氨基酸、糖、脂肪和維生素）的合成和分解。在生物體內，酶控制有的是有害的有的是有害的，例如番茄中的果膠酶在番茄醬加工中能催化果膠物質的降解而使番茄醬產品的粘度下降。食品加工中的原料部分含有種類繁多的內源酶內源酶有的對食品加工是有益的有的對食品加工是有益的；例如牛乳中的蛋白酶，在奶酪成熟過程中能催化酪蛋白水解而賦予奶酪以特殊風味 酶是由生物活細胞所產生的，具有高效的催化活酶是由生物活細胞所產生的，具有高效的催化活性和高度特異性（專一

2、性）的蛋白質。性和高度特異性（專一性）的蛋白質。3例如使用淀粉酶和葡萄糖異構酶生產高果糖漿在牛乳中加入乳糖酶，將乳糖轉化成葡萄糖和半乳糖，制備適合于有乳糖缺乏癥的人群飲用的牛乳。在食品加工和保藏過程中還使用不同的外源酶外源酶，用以提高產品的產量和質量。 因此，酶對食品工業(yè)的重要性是顯而易見的。 如何有效地使用和控制外源酶和內源酶，需要我們掌握酶的基本知識，包括酶的本質，酶是怎樣作用于底物和如何控制酶的作用等。4n一、概述一、概述2、酶在食品原料中的分布、酶在食品原料中的分布1、概念、概念食品加工中常用破壞動植物細胞的方法使酶釋放出來以產生作用，或使酶失活以中斷它的方法來控制加工過程與改善品質，

3、 例如，細胞破碎時多酚氧化酶被釋放，使氧氣與多酚化合物作用產生酶促褐變，即能生成紅茶所需宜的色素。 但有些變化對于水果和蔬菜（如香蕉和土豆）來說則是非需宜的變化，會引起產品品質的下降。5部 位酶細胞核DNA依賴性RNA聚合酶，多聚腺嘌呤合成酶線粒體琥珀酸鹽脫氫酶，細胞色素氧化酶，谷氨酸鹽脫氫酶，蘋果酸鹽脫氫酶， -酮戊二酸鹽脫氫鹽，丙酮酸鹽脫羧酶溶酶體組織蛋白酶A、B、C、D、E，膠原酶，酸性核糖核酸酶，酸性磷酸酶， 乳糖酶，唾液酸酶，溶解酵素，甘油三酯脂肪酶過氧化物體過氧化氫酶，尿酸鹽過氧化酶，D-氨基酸氧化酶內質網、高爾基復合體葡萄糖-6-磷酸酶，核苷二磷酸化酶，核苷磷酸化酶可溶性酶乳酸脫

4、氫酶，磷酸果糖激酶，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，轉酮醇酶胰腺酶原顆粒胰凝乳蛋白酶源，脂肪酶，淀粉酶，核糖核酸酶動物細胞中不同部位所含的酶動物細胞中不同部位所含的酶6二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類 酶（enzyme）是由活生命機體產生的具有催化活性的蛋白質，催化活性的蛋白質，只要不是處于變性狀態(tài)，無論是在細胞內還是在細胞外，酶都可發(fā)揮其催化作用。 從上述可知，酶是生物大分子，有許多實驗證明，酶在催化反應中并不是整個酶分子在起作用，起作用的只是其中的某一部分，如，溶菌酶肽鏈的第一至三十四個氨基酸殘基切除后，其催化活性并不受影響，這說明了酶催化底物發(fā)生反應時，確實只有酶的某一特定部位在起作

5、用。因此，把酶分子中能與底物直接起作用的特殊部分，稱為酶的活性中心酶的活性中心。與反應底物結合的稱結合基團結合基團，一般由一個或幾個氨基酸殘基組成；促進底物發(fā)生化學變化的稱催化基團催化基團，一般由23個氨基酸殘基組成。根據與它們與底物作用時的功能分為兩類：酶的本質酶的本質7二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的催化特性酶的催化特性具有很高的催化效率，但酶本身在反應前后并無變化。酶與一般催化劑一樣，用量少，催化效率高；不改變化學反應的平衡常數。酶對一個正向反應和其逆向反應速度的影響是相同的，即反應的平衡常數在有酶和無酶的情況下是相同的，酶的作用僅是縮短反應達到平衡所需的時間；降低反應的

6、活化能。酶作為催化劑能降低反應所需的活化能，因為酶與底物結合形成復合物后改變了反應歷程，而在新的反應歷程中過渡態(tài)所需要的自由能低于非酶反應的能量，增加反應中活化分子數，促進了由底物到產物的轉變，從而加快了反應速度。酶與一般催化劑相比，具有下面幾個共性共性：8二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的催化特性酶的催化特性（1）專一性（specificity） 酶與化學催化劑之間最大的區(qū)別就是酶具有專一性，即酶只能催化一種化學反應或一類相似的化學反應，酶對底物有嚴格的選擇。根據專一程度的不同可分為以下4種類型。鍵專一性（鍵專一性（bond specificity） 這種酶只要求底物分子上有合

7、適的化學鍵就可以起催化作用，而對鍵兩端的基團結構要求不嚴?；鶊F專一性（基團專一性（group specificity） 有些酶除了要求有合適的化學鍵外，而且對作用鍵兩端的基團也具有不同專一性要求。如胰蛋白酶僅對精氨酸或賴氨酸的的羧基形成的肽鍵起作用。絕對專一性（絕對專一性（absolute specificity） 這類酶只能對一種底物起催化作用，如脲酶，它只能作用于底物尿素。大多數酶屬于這一類。立體化學專一性（立體化學專一性（stereochemical specificity） 很多酶只對某種特殊的旋光或立體異構物起催化作用，而對其對映體則完全沒有作用。如D-氨基酸氧化酶與dl-氨基酸作用

8、時，只有一半的底物（D型）被分解，因此，可以此法來分離消旋化合物。利用酶的專一性還能進行食品分析。酶的專一性在食品加工上極為重要。9二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的催化特性酶的催化特性（1）專一性（專一性（specificity） 酶與化學催化劑之間最大的區(qū)別就是酶具有專一性，即酶只能催化一種化學反應或一類相似的化學反應，酶對底物有嚴格的選擇。根據專一程度的不同可分為以下4種類型。（2）活性容易喪失活性容易喪失 大多數酶的本質是蛋白質大多數酶的本質是蛋白質。由蛋白質的性質所決定，酶的作用條件一般應在溫和的條件下，如中性pH、常溫和常壓下進行。強酸、強堿或高溫等條件都能使酶的活性

9、部分或全部喪失。（3）酶的催化活性是可調控的酶的催化活性是可調控的 酶作為生物催化劑，它的活性受到嚴格的調控。調控的方式的許多種，包括反饋抑制、別構調節(jié)、共價修飾調節(jié)、激活劑和抑制劑的作用。10酶催化專一性的兩種學說酶催化專一性的兩種學說二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶為什么具有很高的催化效率呢？酶為什么具有很高的催化效率呢？ 一般認為是酶降低了化學反應所需的活化能。所謂活化能，就是指一般分子成為能參加化學反應的活化分子所需的能量。然而在一個化學反應中并不是所有的底物分子都能參加反應的，因為它們并不一定都是活化分子?；罨肿邮侵改切┚邆渥銐蚰芰磕軌騾⒓踊瘜W反應的分子。要使化學反應

10、迅速進行，就要想辦法增加活化分子。一是外加能量一是外加能量，對進行中的反應加熱或光照，增加底物分子的能量，從而達到增加活化分子的目的；第二是降低活化能第二是降低活化能，使本來不具活化水平的分子成為活化分子，從而增加了反應的活化分子數目。增加活化分子的途徑有兩條：11 酶降低活化能的原因是酶參加了反應而形成了酶酶降低活化能的原因是酶參加了反應而形成了酶-底物復底物復合物（合物（enzyme-substrate complex）。）。 這個中間產物不但容易生成（也就是只要較少的活化能就可生成），而且容易分解出產物，釋放出原來的酶，這樣就把原來一步反應變成了兩步反應。由于活化能降低，所以活化分子大大

11、增加，反應速度因此迅速提高。如，以E表示酶，S表示底物，ES表示中間產物，P表示反應終產物，其反應過程可表示如下：PEESES酶催化專一性的兩種學說酶催化專一性的兩種學說二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類12鎖和鑰匙學說（鎖和鑰匙學說（lock-and-key model theory）酶催化專一性的兩種學說酶催化專一性的兩種學說二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類 已經提出了兩種模型解釋酶如何結合它的底物。1984年Emil Fischer提出鎖和鑰匙模型（lock-and-key model）。該模型認為，底物的形狀和酶的活性部位被認為是彼此相適合，像鑰匙插入鎖孔中認為兩

12、種形狀是剛性的（rigid）和固定的（fixed），當正確組合在一起時，正好互相補充。13酶催化專一性的兩種學說酶催化專一性的兩種學說二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類誘導契合學說（誘導契合學說（induced-fit theory） 但后來許多化學家發(fā)現，許多酶的催化反應并不符合經典的鎖和鑰匙模型。1958年Daniel E. Koshland Jr. 提出了誘導契合模型（induced-fit model），底物的結合在酶的活性部位誘導出構象的變化。該模型的要點是：當底物與酶的活性部位結合，酶蛋白的幾何形狀有相當大的改變；催化基團的精確定向對于底物轉變成產物是必需的；底物誘導酶蛋

13、白幾何形狀的改變使得催化基團能精確地定向結合到酶的活性部位上去。14二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類習慣命名法 多年來普遍使用的酶的習慣名稱是根據以下三種原則來命名的：一是根據酶作用的性質，例如水解酶、氧化酶、轉移酶等；二是根據作用的底物并兼顧作用的性質，例如淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等；三是結合以上兩種情況并根據酶的來源而命名，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。習慣命名法一般采用底物加反應類型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脫氫酶、磷酸己糖異構酶等。對水解酶類，只要底物名稱即可，如蔗糖酶、膽堿酯酶、蛋白酶等。有時在底物名稱前冠以酶的來源，如血清谷氨酸丙酮酸轉氨酶、唾液淀

14、粉酶等。 習慣命名法簡單，應用歷史長，但缺乏系統(tǒng)性，有時出現一酶數名或一名數酶的現象。15二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類主要根據催化反應的類型將酶分成6大類：氧化還原酶類（氧化還原酶類（oxidoreductases）指催化底物進行氧化還原反應的酶類。例如，乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶等。轉移酶類（轉移酶類（transferases） 指催化底物之間進行某些基團的轉移或交換的酶類。如轉甲基酶、轉氨酸、己糖激酶、磷酸化酶等。水解酶類（水解酶類（hydrolases）指催化底物發(fā)生水解反應的酶類。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶

15、等。16二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類主要根據催化反應的類型將酶分成6大類：裂解酶類（裂解酶類（lyases）指催化一個底物分解為兩個化合物，催化C-C、C-O、C-N的裂解或消去某一小的原子團形成雙鍵，或加入某原子團而消去雙鍵的反應。例如，半乳糖醛酸裂解酶、天冬氨酸酶等。異構酶類（異構酶類（isomerases）指催化各種同分異構體之間相互轉化的酶類。例如，磷酸丙糖異構酶、消旋酶等。連接酶類（連接酶類（ligases）指催化兩分子底物合成為一分子化合物，同時還必須偶聯有ATP的磷酸鍵斷裂的酶類。例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸-tRNA連接酶等。17二、

16、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類系統(tǒng)命名法 鑒于新酶的不斷發(fā)現和過去文獻中對酶命名的混亂，國際酶學委員會規(guī)定了一套系統(tǒng)的命名法，使一種酶只有一種名稱。系統(tǒng)命名法以4個阿拉伯數字來代表一種酶。 例如-淀粉酶（習慣命名）的系統(tǒng)命名為 - l,4 - 葡萄糖-4葡萄糖水解酶，標示為：EC 3.2.1.1。18二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類EC代表國際酶學委員會，其中的第一個數字第一個數字分別代表酶的大類，以1，2，3，4，5，6來分別代表，1為氧化還原酶類，3為水解酶類，其余類推。（見酶的分類）。第二個數字第二個數字為酶的

17、亞類，酶的每一大類下有若干個亞類：如在氧化還原酶中的亞類按供電子體的基團分類，如以CH-OH為電子供體標為1，醛基為電子供體標為2，余類推；轉移酶中以轉移的基團為亞類；水解酶中以水解鍵連接的形式為亞類；裂解酶中以裂解鍵的形式為亞類；亞類一般較多，達數十個。19標示中的第三個數字第三個數字是屬酶的次亞類，是在亞類的基礎上再細分的類型，該次亞類中，氧化還原酶按電子受體基團分類，如都以CH-OH為電子供體的反應，可以有不同的電子受體，如以NAD+或NADP+為受體標為1，余類推；轉移酶的次亞類也按接受基團分類，如以-OH接受轉移基團，該次亞類標為1?？傊?，酶的系統(tǒng)名稱中前三個數字表示酶作用的方式。第

18、四個數字第四個數字則表示對相同作用的酶的流水編號。二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的命名與分類酶的命名與分類 從酶的組成來看，有些酶僅由蛋白質或核糖核酸組成，這種酶稱為單成分酶。而有些酶除了蛋白質或核糖核酸以外，還需要有其他非生物大分子成分，這種酶稱為雙成分酶。蛋白類酶中的純蛋白質部分稱為酶蛋白。核酸類酶中的核糖核酸部分稱為酶RNA。其他非生物大分子部分稱為酶的輔助因子。 即：酶的非蛋白質組分稱為酶的輔助因子。20二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的輔助因子酶的輔助因子 雙成分酶需要有輔助因子存在才具有催化功能。單純的酶蛋白或酶RNA不呈現酶活力，單純的輔助因子也不呈

19、現酶活力，只有兩者結合在一起形成全酶（holoenzyme）才能顯示出酶活力。全酶=酶蛋白（或酶RNA）+輔助因子21二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的輔助因子酶的輔助因子無機輔助因子主要是指各種金屬離子，尤其是各種二價金屬離子。（1）鎂離子 鎂離子是多種酶的輔助因子，在酶的催化中起重要作用。例如，各種激酶、檸檬酸裂合酶、異檸檬酸脫氫酶、堿性磷酸酶、酸性磷酸酶、各種自我剪接的核酸類酶等都需要鎂離子作為輔助因子。（2）鋅離子 鋅離子是各種金屬蛋白酶，如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、中性蛋白酶等的輔助因子，也是銅鋅-超氧化物歧化酶（Cu，Zn-SOD）、碳酸酐酶、羧肽酶、醇脫氫酶、膠原酶等

20、的輔助因子。（3）鐵離子 鐵離子與卟啉環(huán)結合成鐵卟啉，是過氧化物酶、過氧化氫酶、色氨酸雙加氧酶、細胞色素B等的輔助因子。鐵離子也是鐵-超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、固氮酶、黃嘌呤氧化酶、琥珀酸脫氫酶、脯氨酸羧化酶的輔助因子。（4）銅離子 銅離子是銅鋅-超氧化物歧化酶、抗壞血酸氧化酶、細胞色素氧化酶、賴氨酸氧化酶、酪氨酸酶等的輔助因子。（5）錳離子 錳離子是錳-超氧化物歧化酶（MnSOD）、丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等的輔助因子。（6）鈣離子 鈣離子是-淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等的輔助因子。22二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的輔助因子酶的輔助因子有機輔助因子是指雙成分

21、酶中相對分子質量較小的有機化合物。它們在酶催化過程中起著傳遞電子、原子或基團的作用。（1）煙酰胺核苷酸（NAD+和NADP+） 煙酰胺是B族維生素的一員，煙酰胺核苷酸是許多脫氫酶的輔助因子，如乳酸脫氫酶、醇脫氫酶、谷氨酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶等。（2）黃素核苷酸（FMN和 FAD） 黃素核苷酸為維生素B2（核黃素）的衍生物，是各種黃素酶（氨基酸氧化酶、琥珀酸脫氫酶等）的輔助因子，主要有黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。 在酶的催化過程中，FMN和FAD的主要作用是傳遞氫。其氧化還原體系主要體現在異咯嗪基團的第1位和第10位N原子的加氫和脫氧。（3）鐵卟啉 鐵卟啉是一些氧化酶

22、，如過氧化氫酶、過氧化物酶等的輔助因子。它通過共價鍵與酶蛋白牢固結合。 （4）硫辛酸（6，8-二硫辛酸） 硫辛酸全稱為6，8-二硫辛酸。它在氧化還原酶的催化作用過程中，通過氧化型和還原型的互相轉變，起傳遞氫的作用。此外，硫辛酸在酮酸的氧化脫羧反應中，也作為輔酶起?；鶄鬟f作用。23 在酶學和酶工程的生產和研究中，經常需要進行酶活力的測定，以確定酶量的多少以及變化情況。酶活力測定是在一定條件下測定酶所催化的反應速度。在外界條件相同的情況下，反應速度越大，意味著酶的活力越高。二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的純化與活力測定酶的純化與活力測定24二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分

23、類酶的純化與活力測定酶的純化與活力測定酶活力測定的方法酶活力測定的方法 酶活力測定的方法很多，如化學測定法、光學測定法、氣體測定法等。酶活力測定均包括兩個階段：首先是在一定條件下，酶與底物反應一段時間，然后再測定反應體系中底物或產物的變化量。一般經過以下幾個步驟：（1）根據酶催化的專一性，選擇適宜的底物，并配制成一定濃度的底物溶液。所用的底物必須均勻一致，達到酶催化反應所要求的純度。（2）根據酶的動力學性質，確定酶催化反應的pH值、溫度、底物濃度、激活劑濃度等反應條件，底物濃度應該大于5Km（Km見本章7.3.1.1）（3）在一定條件下，將一定量的酶液和底物溶液混合均勻，適時記錄反應開始的時間

24、。（4）反應到一定的時間，取出適量的反應液，運用各種檢測技術，測定產物的生成量或底物的減少量。25二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的純化與活力測定酶的純化與活力測定酶的活力單位酶的活力單位 酶活力的高低，是以酶活力的單位數來表示。（1）國際單位 1961年國際生物化學與分子生物學聯合會規(guī)定：在特定條件下（溫度可采用25或其他選用的溫度，pH值等條件均采用最適條件），每1min催化1mol的底物轉化為產物的酶量定義為1個酶活力單位。（2）比活力 是酶純度的一個指標，是指在特定的條件下，每mg蛋白或RNA所具有的酶活力單位數。即：酶比活力酶活力（單位）mg（蛋白或RNA）26二、酶的

25、化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的純化與活力測定酶的純化與活力測定（3）酶的轉換數與催化周期 酶的轉換數Kcat是指每個酶分子每分鐘催化底物轉化的分子數，即是每摩爾酶每分鐘催化底物轉變?yōu)楫a物的摩爾數，是酶的一個指標。一般酶的轉換數在103 min-1。轉換數的倒數稱為酶的催化周期。催化周期是指酶進行一次催化所需的時間，單位為毫秒（ms）或微秒（s）。molIUmolmolKcat酶微摩爾數酶活力單位分鐘酶摩爾數底物轉變摩爾數min27二、酶的化學本質與分類二、酶的化學本質與分類酶的純化與活力測定酶的純化與活力測定 在酶純化中采用的分離技術包括：使用高濃度鹽或有機溶劑的選擇性沉淀技術，根據

26、分子大?。z過濾層析）、電荷密度（離子交換層析）和酶對一個特定的化合物或基團的親和力（親和層析）所設計的層析技術以及膜分離技術。并非所有這些技術都適合于在工業(yè)化規(guī)模上應用。 但由于經濟上的原因總是盡可能地避免將酶“純化”，因為從微生物和其他來源得到的粗酶提取物中含有許多不同的酶，將它們完全分離是非常困難和代價昂貴的。 在食品加工過程中使用的酶究竟要達到怎樣的純度主要取決于這樣的考慮：一種酶制劑是否含有其他的酶或組分。一種食品級酶制劑必須符合食品法規(guī)，但不要求是純酶，它可以含有其他的雜酶，當然還含有各種非酶的組分。28三、酶催化反應動力學三、酶催化反應動力學影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速

27、度的因素 許多因素影響著酶的活力，這些因素除了酶和底物的本質以及它們的濃度外，還包括其他一系列環(huán)境條件?？刂七@些因素對于在食品加工和保藏過程中控制酶的活力是非常重要的。下面將討論影響酶活力的因素，它們包括底物的濃度、酶的濃度、pH值、溫度、水分活度、抑制劑和其他重要的環(huán)境條件。291 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素 所有的酶反應，如果其他條件恒定，則反應速度取決于酶濃度和底物濃度；如果酶的濃度保持不變，當底物濃度增加時，反應速度隨著增加，并以雙曲線形式達到最大速度，見圖。 從圖可以看出，隨著底物濃度的增加，酶反應速度并不是直線增加，而是在高濃度時達到一個極限

28、速度。這時所有的酶分子已被底物所飽和，即酶分子與底物結合的部位已被占據，速度不再增加。 這種曲線很難研究。這種曲線很難研究。 反應速度反應速度-底物濃度關系曲線底物濃度關系曲線s301 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素 以1/v為縱坐標，1/S為橫坐標作圖，則得一直線，其斜率為Km/vmax，將直線延長，在1/S及1/v的截距為 -1/Km及1/vmax，這樣，Km就可以從直線的截距上計算出來。最常用的是Lineweaver-Burk的雙倒數作圖法。 這就是Michaelis-Menten方程，Km為米氏常數（Michaelis constant），它是酶的一

29、個重要參數。 米氏常數Km為反應速度達到最大反應速度一半時的底物濃度（mol/L）。 反應速率如何計算？反應速率如何計算？311 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素2 酶濃度的影響 對大多數的酶促催化反應來說，在適宜的溫度、pH值和底物濃度一定的條件下，反應速度至少在初始階段反應速度至少在初始階段與酶的濃度成正比與酶的濃度成正比，這個關系是測定未知試樣中酶濃度的基礎。 圖7-4表明乳脂中脂肪酸的形成速度是乳脂酶濃度的函數。如果令反應繼續(xù)下去，則速度將下降。 圖 7-5所示用霉菌脂酶水解橄攬油時，在 40 h的反應過程中底物的轉變率與時間的關系。隨著反應的進行，反

30、應速度下降的原因可能很多，其中最重要的是底物濃度下降和終產物對酶的抑制。脂肪酸的生成速度（109mol/min）酶液量/L圖圖7-4 乳脂水解速度與酶濃度的函數關系乳脂水解速度與酶濃度的函數關系7-5 橄欖油被霉菌脂酶水解的量與時間的函數關系橄欖油被霉菌脂酶水解的量與時間的函數關系水解/%反應時間/h321 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素2 酶濃度的影響3 溫度的影響溫度對酶反應的影響是雙重的：溫度對酶反應的影響是雙重的：隨著溫度的上升，反應速度也增加，直至最大速度為止。在酶促反應達到最大速度時再升溫，反應速度隨溫度的增高而減小，高溫時酶反應速度減小，這是酶

31、本身變性所致。 在一定條件下每一種酶在某一溫度下才表現出最大的活力，這個溫度稱為該酶的最適溫度（optimum temperature）。一般來說，動物細胞的酶的最適溫度通常在3750，而植物細胞的酶的最適溫度較高，在 5060以上。331 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素2 酶濃度的影響3 溫度的影響4 pH的影響 pH值的變化對酶的反應速度則影響較大，即酶的活性隨著介質的pH值變化而變化。每一種酶只能在一定pH值范圍內表現出它的活性。使酶的活性達到最高pH值稱為最適 pH值（optimum pH）。在最適pH值的兩側酶活性都驟然下降，所以一般酶促反應速度的

32、pH值曲線呈鐘形（圖7-6）。圖圖7-6 pH值對酶促反應速度的影響值對酶促反應速度的影響341 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素2 酶濃度的影響3 溫度的影響4 pH的影響 在酶的研究和使用時，必須先了解其最適pH值范圍，酶促反應混合液必須用緩沖液來控制pH值的穩(wěn)定。由于食品中成分多且復雜，在食品的加工與貯藏過程中，對pH值的控制很重要。 如果某種酶的作用是必需的，則可將pH值調節(jié)至某酶的最適pH值處， 使其活性達到最高； 反之，如果要避免某種酶的作用，也可以改變pH值而抑制此酶的活性。 例如，酚酶能產生酶褐變，其最適pH值為6.5，若將pH值降低到3.0時

33、就可防止褐變產生。如，在水果加工時常添加酸化劑（acidlants），如檸檬酸、蘋果酸和磷酸等防止褐變，就是基于上述原理。351 底物濃度對酶活力的影響影響酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素2 酶濃度的影響3 溫度的影響4 pH的影響5水分活度的影響 酶在含水量相當低的條件下仍具有活性。例如，脫水蔬菜要在干燥前進行熱燙，否則將會很快產生干草味而不宜貯藏。干燥的燕麥食品，如果不用加熱法使酶失活，則經過貯藏后會產生苦味。面粉在低水分（14以下）時，脂酶能很快使脂肪分解成脂肪酸和醇類。水分活度對酶促反應的影響是不一致的，不同的反應，其影響也不相同36三、酶催化反應動力學三、酶催化反應動力學影響

34、酶促反應速度的因素影響酶促反應速度的因素酶的抑制作用和抑制劑酶的抑制作用和抑制劑競爭性抑制非競爭性抑制反競爭性抑制 許多化合物能與一定的酶進行可逆或不可逆的結合，而使酶的催化作用受到抑制，這種化合物稱為抑制劑（inhibitor），如藥物、抗生素、毒物、抗代謝物等都是酶的抑制劑。酶的抑制作用可以分為兩大類可逆抑制不可逆抑制37酶的抑制作用和抑制劑酶的抑制作用和抑制劑 不可逆抑制劑是靠共價鍵與酶的活性部位相結合而抑制酶的作用。1 不可逆抑制 有機磷化合物是活性中心含有絲氨酸殘基的酶的不可逆抑制劑，例如，二異丙基氟磷酸（diisopropyl flurophosphate，DIFP），它能抑制乙酰

35、膽堿酯酶。38酶的抑制作用和抑制劑酶的抑制作用和抑制劑1 不可逆抑制2 可逆抑制 有些化合物特別是那些在結構上與底物相似的化合物可以與酶的活性中心可逆地結合，所以在反應中抑制劑可與底物競爭同一部位。 在酶反應中，酶與底物形成酶底物復合物ES，再由ES分解生成產物與酶。PEESSEEIIE抑制劑則與酶結合成酶抑制劑復合物：式中I為抑制劑，EI為酶抑制劑復合物。競爭性抑制競爭性抑制392 可逆抑制競爭性抑制競爭性抑制 競爭性抑制作用的典型例子為琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase）的催化作用。當有適當的氫受體（A）時，此酶催化下此酶催化下列反應列反應：還原性受體反丁烯二酸受

36、體琥珀酸 許多結構與琥珀酸結構相似的化合物都能與琥珀酸脫氫酶結合，但不脫氫，這些化合物阻塞了酶的活性中心，因而抑制正常反應的進行。抑制琥珀脫氫酶的化合物有乙二酸、丙二酸、戊二酸等，其中最強的是丙二酸，當抑制劑和底物的濃度比為1 50時，酶被抑制50。402 可逆抑制競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制 有些化合物既能與酶結合，也能與酶一底物復合物結合，稱為非競爭性抑制劑。 非競爭性抑制劑與競爭性抑制劑不同之處在于非競爭性抑制劑能與ES結合，而S又能與EI結合，都形成EIS。重金屬離子與酶的巰基（-SH）形成硫醇鹽：HAgSEAgSHE 因為巰基對酶的活性是必需的，故形成硫醇鹽后即失去酶

37、的活性。由于硫醇鹽形成的可逆性，這種抑制作用可以用加適當的巰基化合物（如半胱氨酸、谷胱甘肽）的辦法去掉重金屬而得到解除。412 可逆抑制競爭性抑制競爭性抑制非競爭性抑制非競爭性抑制 反競爭性抑劑不能與酶直接結合，而只能與ES可逆結合成EIS，其抑制原因是由于EIS不能分解成產物。 反競爭抑制劑對酶促反應的抑制程度隨底物濃度的增加而增加。反競爭抑制劑不是一種完全意義上的抑制劑，它之所以造成對酶促反應的抑制作用，完全是因為它使max降低而引起。反競爭性抑制反競爭性抑制42四、固定化酶四、固定化酶 固定化酶，是指在一定空間內呈閉鎖狀態(tài)存在的酶，能連續(xù)地進行反應，反應后的酶可以回收重復使用。固定化酶與

38、游離酶相比，具有下列優(yōu)點：固定化酶與游離酶相比，具有下列優(yōu)點：極易將固定化酶與底物、產物分開；可以在較長時間內進行反復分批反應和裝柱連續(xù)反應；在大多數情況下，能夠提高酶的穩(wěn)定性；酶反應過程能夠加以嚴格控制；產物溶液中沒有酶的殘留，簡化了提純工藝；較游離酶更適合于多酶反應；可以增加產物的收率，提高產物的質量；酶的使用效率提高，成本降低。43固定化酶也存在一些缺點：固定化酶也存在一些缺點：許多酶在固定化時，需利用有毒的化學試劑使酶與支持物結合，這些試劑若殘留于食品中對人類健康有很大的影響；連續(xù)操作時，反應體系中常滋生一些微生物，后者利用食品的養(yǎng)分進行生長代謝，污染食品；固定化時，酶活力有損失；增加

39、了生產的成本，工廠初始投資大；只能用于可溶性底物，而且較適用于小分子底物，對大分子底物不適宜；四、固定化酶四、固定化酶441.3.1.1 吸附法吸附法(adsorption) 吸附法主要是利用離子鍵、疏水相互作用、范德華力和氫鍵等相互作用將酶固定在載體上的一種方法。 吸附法的優(yōu)點優(yōu)點是在溫和條件下操作，較好的保持了酶的活力，載體可以反復利用；(缺點缺點)但此方法制得的固定化酶，由于酶和載體間的作用力較弱，使得酶容易從載體中泄露。因此為提高其性能，一般將此法與其他方法聯合使用。1.3.1.2 共價結合法共價結合法(covalent binding) 共價結合法是借助酶蛋白分子上的官能團和載體表面

40、上的反應基團之間形成共價化學鍵而實現酶的固定化的一種方法。 共價結合法的優(yōu)點優(yōu)點是，酶與載體之間的結合較為牢固，制備的固定化酶有較好的穩(wěn)定性和重復實用性； (缺點缺點)然而，這種方法的反應條件較為劇烈，酶的結構容易發(fā)生變化，導致酶的活力有所下降，同時制備過程較繁瑣。四、固定化酶四、固定化酶固定化方法固定化方法45四、固定化酶四、固定化酶固定化方法固定化方法1.3.1.3 交聯法（cross-linking） 交聯法是采用雙官能團或多官能團試劑作為交聯劑使酶分子之間發(fā)生交聯而實現固定化的一種方法。 交聯法的優(yōu)點優(yōu)點是酶與載體結合牢固，不易脫落，穩(wěn)定性較高， (缺點缺點)但價格昂貴，此法也很少單獨

41、使用，科研工作者一般都將其作為其他固定化方法的輔助手段，以達到更好的固定效果。1.3.1.4 包埋法(entrapment) 包埋固定化法是將酶包裹在凝膠高聚物網格中或高分子半透膜中的一種固定化方法。這樣可以防止酶蛋白釋放，而底物仍能滲入格子或微囊內與酶相接觸。 包埋法中，酶分子僅僅是被包埋起來， (優(yōu)點優(yōu)點)生物活性受到影響的程度低，可以應用于大多數生物活性大分子的固定化。 (缺點缺點)反應過程容易受傳質阻力影響，不適合大分子底物。46固定化酶可以用于兩種基本的反應系統(tǒng)反應系統(tǒng)中： 第一種是將固定化酶與底物溶液一起置于反應槽中攪拌，當反應結束后合固定化酶與產物分開； 第二種是利用柱層析方法，

42、將固定有酶蛋白的惰性載體裝在柱中或類似裝置中，當底物液流經時，酶即催化底物發(fā)生反應。四、固定化酶四、固定化酶固定化方法固定化方法47五、酶的修飾五、酶的修飾 酶在工業(yè)生產中的應用并不十分普遍，主要是因為酶對熱、酸、堿、氧化劑、有機溶劑和重金屬離子的穩(wěn)定性差和易失活等，從而極大的限制了酶的使用。而酶的人工修飾就是試圖克服以上一些問題，利用新的方法改變或提高酶的原有性質，克服天然酶的缺陷，以適應各種不同的需求。 目前對于酶的修飾方法主要有化學修飾和遺傳修飾48 定義：定義：就是利用化學手段在分子水平對酶的側鏈基團的修飾，將某些化學物質或基團結合到酶分子上或者將酶分子的部分刪除或置換，改變酶的理化性質，達到改變酶的催化性質的目的。 修飾后特點：修飾后特點：利用大分子或小分子修飾劑對酶分子的側鏈進行改造，以獲得具有臨床和工業(yè)應用價值的酶蛋白，是目前應用最廣泛的酶化學修飾技術。目前大分子側鏈修飾可以較好的提高生物活性，包括某些在修飾后反應性能的改變，增強在不良環(huán)境中的穩(wěn)定性，針對異體反應，降低生物識別能力。五、酶的修飾五、酶的修飾酶的化學修飾酶的化學修飾49化學修飾劑聚乙二醇化學修飾劑聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）具有修飾功能的原因：具有修飾功能的原因：化學修飾劑聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）是以-CH2CH2O-為基礎結構的