食品生物化學(xué)酶

1、會計學(xué)1食品生物化學(xué)酶食品生物化學(xué)酶EC 1. 1. 1. 27 大類大類 亞類亞類 亞亞類亞亞類 序號序號如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶4、裂解酶類 由其底物移去一個基團(tuán)而使共價鍵裂解的酶，如脫羧酶、醛縮酶和脫水酶等。5、異構(gòu)酶類 促進(jìn)異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶，如消旋酶、順反異構(gòu)酶等。如：6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。6、合成酶類 促進(jìn)兩分子化合物互相結(jié)合，同時使ATP分子中的高能磷酸鍵斷裂的酶，如谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽合成酶等。分析酶的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)它們主要是蛋白性成分。根據(jù)其化學(xué)組成可將酶分為： 簡單蛋白酶 即那些只需要其蛋白質(zhì)部分就具有催化功能的酶。復(fù)合蛋白酶 即那些發(fā)揮其催化活性還需要有非蛋

2、白成分協(xié)助的酶， 也稱“結(jié)合蛋白質(zhì)酶”。 復(fù)合蛋白酶的非蛋白成分稱為輔因子或輔基，一些金屬酶需要Mg2+、Fe2+ 、Zn2+等金屬作輔基輔基。其它一些酶則需要小分子有機(jī)化合物如B族維生素作為輔因子，稱為輔酶輔酶。酶的蛋白質(zhì)部分稱酶蛋白，酶蛋白與其輔因子一起合稱為全酶全酶。根據(jù)組成酶蛋白分子的肽鏈數(shù)量及其組裝特點，又可將酶分為三類： 單體酶單體酶 單體酶只有一條多肽鏈，屬于這一類的酶很少，一般都 是催化水解的酶，分子量在13 00035 000之間，如溶菌 酶、胰蛋白酶等 寡聚酶寡聚酶 寡聚酶由幾個甚至幾十個亞基組成，這些亞基可以是相 同的多肽鏈，也可以是不同的多肽鏈。亞基之間不是共價 結(jié)合，

3、彼此很容易分開。 多酶體系多酶體系 多酶體系是由幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體。它有利 于一系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。如脂肪酸合成酶體系、呼 吸鏈酶系等。 * 谷氨酸谷氨酸35和天和天冬氨酸冬氨酸52是催化是催化基團(tuán)；基團(tuán)；* 色氨酸色氨酸62和和63、天冬氨酸、天冬氨酸101和色氨酸和色氨酸108是是結(jié)合基團(tuán)；結(jié)合基團(tuán)；* AF為底物多為底物多糖鏈的糖基，位糖鏈的糖基，位于酶的活性中心于酶的活性中心形成的裂隙中。形成的裂隙中。專一性專一性絕對專一性絕對專一性：除一種底物以外，其它任何物質(zhì)它都不起 催化作用。 相對專一性相對專一性立體專一性立體專一性 ：只能對一種立體異構(gòu)體起催化作用，對其 對體則全無作

4、用。基團(tuán)專一性基團(tuán)專一性：除了要求A和B之間的鍵合適外，還對其所作用鍵兩端的基團(tuán)具有不同的專一性 。 鍵專一性鍵專一性：只要求底物分子上有適合的化學(xué)鍵就可以起催化作用 。這種這種專一性催化作用，對于其在食品、化工領(lǐng)域的應(yīng)用具有重專一性催化作用，對于其在食品、化工領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要實踐意義。要實踐意義。1、在酶濃度，pH，溫度等條件不變的情況下研究底物濃度和反應(yīng)速度的關(guān)系。如右圖所示： RNase-底物復(fù)合物底物復(fù)合物 2、米氏方程 1913年，德國化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說對酶促反應(yīng)的動力學(xué)進(jìn)行研究，基于平衡假設(shè)推導(dǎo)出了表示整個反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式

5、，稱為米米氏方程，氏方程，式中式中KmKm稱為稱為米氏常數(shù)米氏常數(shù)。 SKSVvmmax恒態(tài)假說，即假設(shè)酶催化反應(yīng)過程中ES濃度基本保持恒定不變，推導(dǎo)出修正后的米氏方程，形式上與上述公式完全相同。它體現(xiàn)了各種因素對于酶促反應(yīng)速度的綜合影響。E + SE SK-1K1K2 E + P產(chǎn)物酶底物酶底物復(fù)合物酶二、酶濃度的影響 在一定條件下酶反應(yīng)的速度與酶的濃度成正比。因為酶催化反應(yīng)時，首先要與底物形成所謂中間物，即酶底物復(fù)合物ES。當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度時，反應(yīng)達(dá)到最大速度Vm，如果此時增加酶的濃度，可增加反應(yīng)速度，酶反應(yīng)速度與酶濃度成正比關(guān)系。 三、溫度的影響溫度對酶反應(yīng)的影響是雙重的：（1）

6、隨著溫度的增加，反應(yīng)速度也增加，直至最大速度為止。（2）隨溫度升高而使酶逐步變性。 故酶總有一個最適反應(yīng)溫度，在這個溫度時，酶的活力最高。 在10-80常溫范圍內(nèi)，酶活力隨著反應(yīng)溫度的變化趨勢一般可表示如右圖。 酶酶活活性性0.51.02.01.50 10 20 30 40 50 60 溫度溫度 C 溫度對淀粉酶活性的影響溫度對淀粉酶活性的影響 四、pH的影響 在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常稱此pH為最適pH。但是需指出，所謂“最適pH”實際上是一個操作參數(shù)。 在不同pH時活性發(fā)生變化的原因主要在于：（1）pH能影響酶分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（2）pH能影響酶分子的解離狀態(tài) 。五、酶原

7、酶原的激活和激活劑激活劑 有的酶在分泌時是無活性的酶原，需要經(jīng)某種酶或酸將其分子作適當(dāng)?shù)母淖兓蚯腥ヒ徊糠植拍艹尸F(xiàn)活性。這種激活過程又稱酶原致活作用或酶原激活作用。 凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。 酶的激活劑多為無機(jī)離子或簡單有機(jī)化合物。 六、酶的抑制作用和抑制劑 非專一性不可逆抑制不可逆抑制 專一性不可逆抑制 競爭性抑制可逆抑制 非競爭性抑制 反競爭性抑制競爭性抑制競爭性抑制定義定義抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙酶底物復(fù)合物，從而阻礙酶底物復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競

8、爭性抑這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。制作用。請大家思考：如果酶催化反應(yīng)體系中存在某種競爭性抑制劑請大家思考：如果酶催化反應(yīng)體系中存在某種競爭性抑制劑，那么你所測定得到的米氏常數(shù)將發(fā)生什么樣的變化？，那么你所測定得到的米氏常數(shù)將發(fā)生什么樣的變化？競爭性抑制曲線 1、 鄰近與定向效應(yīng)； 2、 誘導(dǎo)契合與底物扭曲變形； 3、 共價催化； 4、 酸堿催化； 5、 微環(huán)境效應(yīng)。 酶的幾個重要概念酶的幾個重要概念 細(xì)胞中的許多酶常常是在一個連續(xù)的反應(yīng)鏈中起作用，即前一個反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個反應(yīng)的底物，在完整細(xì)胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應(yīng)體系，稱為多酶體系。 如果體系中幾種酶彼此有機(jī)地組合在一起

9、。精巧地鑲嵌成一定的結(jié)構(gòu)，即形成多酶復(fù)合體。這種結(jié)構(gòu)既能提高反應(yīng)途徑的效率，又能增強(qiáng)調(diào)控的準(zhǔn)確性。a-非調(diào)節(jié)酶非調(diào)節(jié)酶 b-正協(xié)同別構(gòu)酶正協(xié)同別構(gòu)酶 的的S形曲線形曲線 蛋白激酶蛋白激酶ATPADP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Pn蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶nPiH2O O C A. 酯酶的底酯酶的底物物酯酯B.酯的羧基碳酯的羧基碳原子受到親核原子受到親核攻擊形成四面攻擊形成四面體過渡態(tài)體過渡態(tài)C.設(shè)計的磷酸設(shè)計的磷酸酯類似物酯類似物,作作為抗原去免疫為抗原去免疫實驗動物實驗動物磷酸酯類似物磷酸酯類似物(半抗原半抗原)對酯水解反應(yīng)有催化對酯水解反應(yīng)有催化作用的單克隆作用的單克隆抗體抗體免疫免疫免疫反應(yīng)免疫

10、反應(yīng)動物免疫動物免疫接種接種化學(xué)酶工程天然酶固定化酶化學(xué)修飾酶人工模擬酶生物酶工程克隆酶突變酶新酶 將酶學(xué)和工程學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生了酶工程(enzyme engineering)這樣一個新的領(lǐng)域。它主要研究酶的生產(chǎn)、純化、固定化技術(shù)、酶分子結(jié)構(gòu)的修飾和改造以及在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和理論研究等方面的應(yīng)用。 將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理，固定于高分子支持物將水溶性酶用物理或化學(xué)方法處理，固定于高分子支持物(或載體或載體)上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形上而成為不溶于水，但仍有酶活性的一種酶制劑形式，稱固定化酶式，稱固定化酶(immobilized enzyme)。包埋法包埋法 吸附法吸附法

11、共價偶聯(lián)法共價偶聯(lián)法交聯(lián)法交聯(lián)法以固定化酶、固定化細(xì)胞為重要內(nèi)容的酶工程技術(shù)是當(dāng)今生物工程的重要組成部分。生物工程是屬于高新技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程，酶工程也是一樣，其整個過程包括上游工程（Up stream process，縮寫USP）和下游工程（Down stream process，縮寫DSP），前者包括酶學(xué)基本理論、產(chǎn)酶動植物和微生物種的改良，采用基因重組或細(xì)胞融合改造產(chǎn)酶菌株，以及研究開發(fā)新的酶源，為開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。而后者屬整個系統(tǒng)工程的后處理工藝技術(shù)，解決如何提高酶和最終產(chǎn)物回收率和純度質(zhì)量問題，及其應(yīng)用問題。 活力單位活力單位（active unit） 習(xí)慣單位（習(xí)慣單位（U）:

12、 底物底物(或產(chǎn)物或產(chǎn)物)變化量變化量 / 單位時間單位時間 國際單位（國際單位（IU）: 1moL變化量變化量 / 分鐘分鐘 Katal（Kat）：）：1moL變化量變化量 / 秒秒比活力比活力=總活力單位總活力單位總蛋白總蛋白mg數(shù)數(shù)= U(或或IU) mg蛋白蛋白量度酶催化能力大小量度酶催化能力大小轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)（Kcat） 底物（底物（ moL）/ 秒秒每個酶分子每個酶分子量度酶純度量度酶純度比活力比活力（specific activity）量度轉(zhuǎn)換效率量度轉(zhuǎn)換效率EC 1. 1. 1. 27 大類大類 亞類亞類 亞亞類亞亞類 序號序號如乙醇脫氫酶如乙醇脫氫酶分析酶的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)它

13、們主要是蛋白性成分。根據(jù)其化學(xué)組成可將酶分為： 簡單蛋白酶 即那些只需要其蛋白質(zhì)部分就具有催化功能的酶。復(fù)合蛋白酶 即那些發(fā)揮其催化活性還需要有非蛋白成分協(xié)助的酶， 也稱“結(jié)合蛋白質(zhì)酶”。 復(fù)合蛋白酶的非蛋白成分稱為輔因子或輔基，一些金屬酶需要Mg2+、Fe2+ 、Zn2+等金屬作輔基輔基。其它一些酶則需要小分子有機(jī)化合物如B族維生素作為輔因子，稱為輔酶輔酶。酶的蛋白質(zhì)部分稱酶蛋白，酶蛋白與其輔因子一起合稱為全酶全酶。四、pH的影響 在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性，通常稱此pH為最適pH。但是需指出，所謂“最適pH”實際上是一個操作參數(shù)。 在不同pH時活性發(fā)生變化的原因主要在于：（1）pH能影響酶分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定