酶的人工模擬課件

第五章酶的人工模擬

第五章酶的人工模擬1

第一節(jié)模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略一、模擬酶的概念模擬酶又稱人工酶或酶模型，它是生物有機(jī)化學(xué)的一個(gè)分支。模擬酶是在分子水平上模擬酶活性部位的形狀、大小及其微環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征，以及酶的作用機(jī)理和立體化學(xué)等特性的一門科學(xué)。可見，模擬酶是從分子水平上模擬生物功能的一門邊緣科學(xué)。

第一節(jié)模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略一、模擬酶的概念2二、模擬酶的理論基礎(chǔ)1．模擬酶的酶學(xué)基礎(chǔ)酶的催化機(jī)制：酶先與底物結(jié)合，進(jìn)而選擇性穩(wěn)定某一特定反應(yīng)的過渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能．從而加快反應(yīng)速度。設(shè)計(jì)模擬酶一方面要基于酶的作用機(jī)制，另一方面則基于對簡化的人工體系中識別、結(jié)合和催化的研究。要想得到一個(gè)真正有效的模擬酶，這兩方面就必須統(tǒng)一結(jié)合。在設(shè)計(jì)模擬酶時(shí)除具備催化基團(tuán)之外．還要考慮到與底物定向結(jié)合的能力。二、模擬酶的理論基礎(chǔ)1．模擬酶的酶學(xué)基礎(chǔ)3二、模擬酶的理論基礎(chǔ)2.超分子化學(xué)（1）“主—客體”化學(xué)Cram把主體與客體通過配位鍵或其他次級鎂形成穩(wěn)定復(fù)合物的化學(xué)領(lǐng)域稱為“主—客體”化學(xué)，主客體化學(xué)的基本意義來源于酶和底物的相互作用，體現(xiàn)為主體和客體在結(jié)合部位的空間及電子排列的互補(bǔ)，這種主—客體互補(bǔ)與酶和它所識別的底物結(jié)合情況近似。二、模擬酶的理論基礎(chǔ)2.超分子化學(xué)4（2）超分子化學(xué)超分子的形成源于底物和受體的結(jié)合，這種結(jié)合基于非共價(jià)鍵相互作用，如靜電作用、氫鍵和范德華力等。當(dāng)接受體與絡(luò)合離子或分子結(jié)合成穩(wěn)定的，具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的實(shí)體，即形成了“超分子”，它兼具分子識別、催化和選擇性輸出的功能。（2）超分子化學(xué)5主—客體化學(xué)和超分子化學(xué)已成為酶人工模擬的重要理論基礎(chǔ)，是人工模擬酶研究的重要理論武器。主—客體化學(xué)和超分子化學(xué)已成為酶人工模擬的重要理論基6在設(shè)計(jì)模擬酶之前．應(yīng)當(dāng)對酶的結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)有深入的了解；①酶活性中心—底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)；②酶的專一性及其同底物結(jié)合的方式與能力；③反應(yīng)的動力學(xué)及各中間物的知識。在設(shè)計(jì)模擬酶之前．應(yīng)當(dāng)對酶的結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)有深入的了7設(shè)計(jì)人工酶模型應(yīng)考慮如下因素：（1）非共價(jià)鍵相互作用；（2）反應(yīng)定向發(fā)生；（3）模型應(yīng)具有足夠的水溶性，并在接近生理?xiàng)l件下保持其催化活性。設(shè)計(jì)人工酶模型應(yīng)考慮如下因素：8第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可分為：①單純酶模型，即以化學(xué)方法通過天然酶活性的模擬來重建和改造酶活性；②機(jī)理酶模型，即通過對酶作用機(jī)制諸如識別、結(jié)合和過渡態(tài)穩(wěn)定化的認(rèn)識，來指導(dǎo)酶模型的設(shè)計(jì)和合成；③單純合成的酶樣化合物，即一些化學(xué)合成的具有酶樣催化活性的簡單分子。第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可9按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：①主—客體酶模型，包括環(huán)糊精、冠醚、穴醚、雜環(huán)大環(huán)化合物和卟啉類等；②膠束酶模型；③肽酶；④抗體酶；⑤分子印跡酶模型；⑥半合成酶等；近年來又出現(xiàn)了雜化酶和進(jìn)化酶。按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：10一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：環(huán)糊精(cyclodextrin，簡稱CD)是由多個(gè)D—葡萄糖以1，4—糖苷鍵結(jié)合而成的一類環(huán)狀低聚糖，CD分子外側(cè)是親水的，其羥基可與多種客體形成氫鍵，其內(nèi)側(cè)是C3，C5上的氫原子和糖苷氧原子組成的空腔，故具有疏水性，因而能包結(jié)多種客體分子，很類似酶對底物的識別。一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：11酶的人工模擬課件12環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作用進(jìn)行了模擬。在水解酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、氧化還原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和經(jīng)羥醛縮合酶等方面都取得了很大的進(jìn)展。環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作13合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型用合成的冠醚、穴醚、環(huán)番、環(huán)芳烴等大環(huán)多齒配體用來構(gòu)筑酶模型。合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型14二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似于酶的結(jié)合部位)，可以對底物束縛。如果將催化基團(tuán)如咪唑、硫醇、羥基和一些輔酶共價(jià)或非共價(jià)地連接或吸附在膠束上，就有可能提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力或部分酶活力的膠束模擬酶。二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似15模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的活性中心必需的催化基團(tuán)。如將表面活性劑分子上連接上組氨酸殘基或咪唑基團(tuán)上，就有可能形成模擬水解酶的膠束。模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的16單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)在一起，制備出單分子膠束酶模型，這種酶模型比一般膠束酶優(yōu)越，它既具備酶的疏水特性，同時(shí)又可以使催化基團(tuán)引人疏水空腔，催化效率提高了105倍。單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)在一起，制備出單17三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多18四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學(xué)或生物學(xué)方法引進(jìn)適當(dāng)?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F(tuán)，或改變其結(jié)構(gòu)從而形成一種新的“人工酶”。如將枯草桿菌蛋白酶活性部位的絲織酸(Ser)殘基，經(jīng)苯甲基磺酰氟特異性活化后，再用巰基化合物取代，將絲氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。雖然產(chǎn)生的巰基化枯草桿菌蛋白酶對肽或酯沒有水解活力，但能水解高度活化的底物(如硝基苯酯等)。四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學(xué)19第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術(shù)概述如果以一種分子充當(dāng)模板，其周圍用聚合物交聯(lián)，當(dāng)模板分子除去后，此聚合物就留下了與此分子相匹配的空穴。如果構(gòu)建合適，這種聚合物就橡“鎖”一樣對鑰匙具有選擇性識別作用，這種技術(shù)被稱為分子印跡。第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術(shù)概述20分子印跡技術(shù)所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性的聚合物的過程。這個(gè)化合物叫印跡分子，也叫做模板分子。此技術(shù)包括如下內(nèi)容：①選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補(bǔ)反應(yīng)；②在印跡分子—單體復(fù)合物周圍發(fā)生聚合反應(yīng)；③用抽提法從聚合物中除掉印跡分子。結(jié)果，形成的聚合物內(nèi)保留有與印跡分子的形狀、大小完全一樣的孔穴。該聚合物能以高選擇性重新結(jié)合印跡分子。分子印跡技術(shù)所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性21分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：①選定印跡分子和單體，讓他們之間充分作用；②在印跡分子周圍發(fā)生聚合反應(yīng)；③將印跡分子從聚合物中抽提出去。于是，此聚合物就產(chǎn)生了恰似印跡分子的空間，并對印跡分子產(chǎn)生識別能力。分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：22分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基酸、碳水化合物、核酸、激素、輔酶等)，它們均已成功地用于分子印跡的制備中。分子印跡聚合中應(yīng)用最廣泛的聚合單體是羧酸類(如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸)、磺酸類以及雜環(huán)弱減類(如乙烯基吡啶、乙烯基咪唑)，其中最常用的體系為聚丙烯酸和聚丙烯酞胺體系。若要產(chǎn)生對金屬的配合作用則應(yīng)用氨基二乙酸衍生物。分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基23二、分子印跡酶通過分子印跡技術(shù)可以產(chǎn)生類似于酶的活性中心的空腔，對底物產(chǎn)生有效的結(jié)合作用，更重要的是利用此技術(shù)可以在結(jié)合部位的空腔內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生催化基團(tuán)．并與底物定向排列。二、分子印跡酶通過分子印跡技術(shù)可以產(chǎn)生類似于酶的活性中241.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應(yīng)用分子印跡法制備具有催化二肽合成能力的分子印跡酶。所合成的二肽為Z-L-天冬氨酸與L—苯丙氨酸甲酯縮合產(chǎn)物，它們分別以底物混合物(Z—L—天冬氨酸與L—苯丙氨酸為1：1混合)以及產(chǎn)物二肽為印跡分子，以甲基丙烯酸甲酯為聚合單體，二亞乙基甲基丙烯酸甲酯為交聯(lián)劑，經(jīng)聚合產(chǎn)生了具有催化二肽合成能力的二肽合成酶。研究表明以產(chǎn)物為印跡分子的印跡聚合物表現(xiàn)出最高的酶催化效率，在反應(yīng)進(jìn)行48h后，其二肽產(chǎn)率達(dá)到63％．而以反應(yīng)物為印跡分子的印跡聚合物催化相同的反應(yīng)時(shí)二肽產(chǎn)率卻較低。1.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應(yīng)用分252．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印跡聚合物也能結(jié)合反應(yīng)過渡態(tài)，降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)。如用對—硝基苯乙酸酯水解反應(yīng)的過渡態(tài)類似物對—硝基苯甲基磷酸酯作印跡分子制備聚合物，制得的MIP證明能優(yōu)先結(jié)合過渡態(tài)類似物，并能加速對硝基苯乙酸酯水解成對硝基酚和乙酸。2．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印26第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：催化抗體是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，本質(zhì)上是一類具有催化活力的免疫球蛋白，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性，因此，催化抗體也叫抗體酶。第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：27酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應(yīng)過渡態(tài)選擇結(jié)合的催化性物質(zhì)．而抗體是和基態(tài)分子結(jié)合的催化性物質(zhì)。抗體酶的發(fā)現(xiàn)不僅提供了研究生物催化過程的新途徑，而且能為生物學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)提供具有高度特異性的人工生物催化劑，并可以根據(jù)需要使人們獲得具有某些不能被酶催化或較難催化的化學(xué)反應(yīng)催化劑。酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應(yīng)過渡態(tài)選擇28二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設(shè)計(jì)合適的與反應(yīng)過渡態(tài)類似的小分于作為半抗原，然后讓動物免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對半抗原的抗體來獲得的。由于以反應(yīng)的過渡態(tài)類似物為半抗原誘導(dǎo)的抗體在幾何形狀和電學(xué)性質(zhì)上與反應(yīng)過渡態(tài)互補(bǔ)，因而穩(wěn)定了過渡態(tài)，從而加速反應(yīng)。二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設(shè)計(jì)291．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為指導(dǎo)，即利用反應(yīng)的過渡態(tài)類似物作為半抗原產(chǎn)生抗體酶。Shultz小組利用與底物扭曲構(gòu)象相似的扭曲卟啉作半抗原制備的抗體可催化卟啉金屬螯合反應(yīng)。亞鐵螯合酶是血紅素生物合成途徑中的末端酶，可催化亞鐵離子插入原卟啉的生物合成。N—甲基原卟啉由于內(nèi)部甲基取代而呈扭曲結(jié)構(gòu)，它是此酶的有效抑制劑，也與酶催化的卟啉金屬螯合反應(yīng)的過渡態(tài)類似。由于甲基卟啉的抗體可催化平面結(jié)構(gòu)原卟啉的金屬螯合，這就為該反應(yīng)過渡態(tài)扭曲結(jié)構(gòu)的作用提供了證據(jù)。1．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為302．抗體與半抗原互補(bǔ)法抗體常含有與配體功能互補(bǔ)的特殊功能基。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)帶正電的配體常能誘導(dǎo)出結(jié)合部位帶負(fù)電殘基的配體，反之亦然?？贵w與半抗原之間的電荷互補(bǔ)對抗體所具有的高親和力以及選擇性識別能力起著關(guān)鍵作用。2．抗體與半抗原互補(bǔ)法抗體常含有與配體功能互補(bǔ)的特殊31Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補(bǔ)性，制備了針對帶正電半抗原的抗體，結(jié)果在抗體結(jié)合部位上產(chǎn)生帶負(fù)電的羧基，可作為一般堿基催化β－消除反應(yīng)。Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補(bǔ)性，制備32三、抗體酶的應(yīng)用1抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用:各類精細(xì)化工產(chǎn)品和合成材料的工業(yè)生產(chǎn)需要具有精確底物專一性和立體專一性的催化劑，而這正是催化抗體的突出特點(diǎn)。特別是那些天然酶不能催化的反應(yīng)，可通過設(shè)計(jì)定做抗體酶來彌補(bǔ)天然酶的不足。三、抗體酶的應(yīng)用1抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用:332.用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制2.用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制343.抗體在醫(yī)療上的應(yīng)用:Landry等用可卡因降解的過渡態(tài)類似物磷酸單酯產(chǎn)生的單克隆抗體3B9催化可卡因降解，此抗體酶的催化活性比血液中分解可卡因的丁酰膽堿酯酶要高，水解后的可卡因片斷失去了刺激功能，因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能提供阻斷可卡因上癮的治療．從而達(dá)到戒毒的目的。3.抗體在醫(yī)療上的應(yīng)用:35四、抗體酶的研究進(jìn)展1．反應(yīng)性免疫2．抗體酶的化學(xué)篩選3.抗體酶催化的化學(xué)轉(zhuǎn)化四、抗體酶的研究進(jìn)展1．反應(yīng)性免疫36第六章酶制劑的應(yīng)用第六章酶制劑的應(yīng)用37第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展2.我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題3.工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)4.選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素5.酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展38我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太?。?.酶制劑品種少，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極不合理；3.對酶制劑的開發(fā)熱情不高，主要依賴于各大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)，經(jīng)費(fèi)投入不足；4.酶制劑生產(chǎn)成本太高；5.生產(chǎn)裝備落后；6.酶制劑應(yīng)用領(lǐng)域十分狹窄，主要集中于洗滌劑、淀粉加工、乙醇和酒類生產(chǎn)。我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太??；39

工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、植物和微生物，尤其是微生物，因微生物繁殖速度快；種類繁多，品種齊全；培養(yǎng)方法簡單，易于大批量生產(chǎn)。工業(yè)酶制劑的特點(diǎn)：一般而言，含雜蛋白的酶制劑比純品穩(wěn)定，干燥品比液體制劑穩(wěn)定。酶是通過催化活性而不是一般質(zhì)量來識別和出售的。

工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、40選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）底物特異性（2）pH（3）溫度（4）激活劑和抑制劑（5）價(jià)格因素選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）底物特異性41酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)（1）食品加工用酶，（2）飼料用酶，特別是植酸酶，（3）紡織用酶（4）洗滌劑用酶（5）臨床診斷用酶、治療用酶、化妝品用酶酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)（1）食品加工用酶，42酶的人工模擬課件43酶的人工模擬課件44酶的人工模擬課件45第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用46

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α－淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法47淀粉的液化

淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿，pH值一般調(diào)至6.0～6．5，添加一定量的α－淀粉酶后，在85～90℃的溫度下保溫45min左右，使淀粉液化成糊精。液化反應(yīng)一般以碘反應(yīng)顏色正好消失時(shí)為終點(diǎn)。淀粉的液化淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿48淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—6049葡萄糖生產(chǎn)應(yīng)注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要求達(dá)到一定的純度。尤其是糖化酶中應(yīng)不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。因?yàn)槠咸烟擒辙D(zhuǎn)移酶會催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，會嚴(yán)重影響葡萄糖的收率。去除葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶的最簡單的方法之一是將糖化酶配成酶液后，加酸調(diào)節(jié)pH值至2.0～2.5，室溫下靜置一段時(shí)間，可以選擇性地破壞葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。葡萄糖生產(chǎn)應(yīng)注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要50二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的混合糖漿。二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖51方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構(gòu)酶催化生成果葡糖漿。異構(gòu)化率一般為42—45％。鎂離子和鈷離子是葡萄糖異構(gòu)酶的激活劑，所以葡萄糖液中需加入0.01mol/L左右的硫酸鎂。方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加52三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個(gè)階段需使用酶制劑。在浸泡麥芽漿時(shí)，需使用蛋白酶、α－淀粉酶和糖化酶。在發(fā)酵完畢后，啤酒需要進(jìn)一步酶處理。木瓜蛋白酶、波蘿蛋白酶可以降解使啤酒渾濁的蛋白質(zhì)組分，延長啤酒的儲存期。三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個(gè)階段需使53四、在蛋白制品加工方面的應(yīng)用酶在蛋白制品加工中的主要用途是改善組織，嫩化肉類，轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)成為供人類使用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮液，因而可以增加蛋白質(zhì)的價(jià)值和可利用性。用木瓜蛋白水解酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口。用蛋白酶生成明膠。用溶菌酶處理肉類，則微生物不能繁殖，因此肉類制品可以保鮮和防腐等。葡萄糖氧化酶在食品工業(yè)上主要用來去糖和脫氧，保持食品的色、香、味，延長保存時(shí)間。四、在蛋白制品加工方面的應(yīng)用酶在蛋白制品加工中的主要54五、在水果、蔬菜加工方面的應(yīng)用用果膠酶處理潰碎果實(shí)，可加速果汁過濾，促進(jìn)澄清。主要依靠降低粘度．使懸濁物質(zhì)失去保護(hù)膠體而沉降。葡萄糖氧化酶可除去果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，以延長食品保存期，也可用葡萄糖氧化酶保鮮。溶菌酶可防止細(xì)菌污染，起食品保鮮作用等。五、在水果、蔬菜加工方面的應(yīng)用用果膠酶處理潰碎果實(shí)，55六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；過氧化氫酶－牛奶消毒；溶菌酶－添加在嬰兒奶粉；人奶與牛奶的區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同，奶粉中添加卵清溶菌酶可防止嬰兒腸道感染。乳糖酶－分解乳糖；脂肪酶－黃油增香。六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；56七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個(gè)用途是改善組織、激化肉類，及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)使其成為供人類食用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮物。蛋白酶還用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等來提高產(chǎn)品收率。七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個(gè)用途是改善組織、激57八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是酶在蛋品加工中的一項(xiàng)重要用途。葡萄糖氧化酶的作用是催化葡萄糖脫氫，氧化成為葡萄糖酸．同時(shí)產(chǎn)生過氧化氫，后者被共存的過氧化氫酶催化分解為水和氧，一分子葡萄糖氧化酶在1min內(nèi)可催化34000個(gè)葡萄糖分子。八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是58第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用十分廣泛。概括起來主要有3個(gè)方面的用途。(1)用酶進(jìn)行原料處理，(2)用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品，(3)用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果。第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用十分廣泛。59

一、酶在原料處理方面的應(yīng)用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵工業(yè)大多數(shù)以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。例如，酒精、酒類、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細(xì)菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵。淀粉原料的處理，一般是采用α－淀粉酶進(jìn)行液化，然后再經(jīng)糖化酶進(jìn)行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>

一、酶在原料處理方面的應(yīng)用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵60(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光滑性，便于紡織，需要先行上漿。將淀粉用α—淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘度達(dá)到一定程度就可用作上漿的漿料。(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)61(3)造紙?jiān)系闹茲{造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會嚴(yán)重影響紙的質(zhì)量。用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕。(3)造紙?jiān)系闹茲{造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，62(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進(jìn)行生絲脫膠。(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的63二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：在青桔柑中合有10％一20％的橙皮苷，經(jīng)抽提后用黑曲霉桔皮苷酶水解除去分子中的鼠李糖，在堿性下水解和還原，可得到一種甜味強(qiáng)烈的橙皮素－葡萄糖苷二氫查耳酮。它的甜度是蔗糖的70一100倍，是一種安全、低熱的甜味劑，可是它的溶解度很低，僅0.1％，故無實(shí)用價(jià)值，若將此物與淀粉溶液混合，利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的偶聯(lián)反應(yīng)使其葡萄糖分子接上兩個(gè)葡萄糖分子．于是使溶解度提高10倍而不影響甜度。二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：64二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸3．酶法生產(chǎn)核苷酸4.酶法生產(chǎn)有機(jī)酸5．丙烯酰胺的生產(chǎn)6．鄰苯二酚的生物合成7．用于明膠、膠原纖維生產(chǎn)二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸65三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:洗滌用的酶制劑需要滿足下列條件：①堿性條件(pH9－10)下能夠有效洗滌；②表面活性劑存在下，很少失活：③在熒光染料、漂白劑、香料等洗滌劑輔助成分存在下不失活；④在洗滌溫度下能有效地發(fā)揮作用。三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:66三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑3．加酶牙膏、牙粉和漱口水4．加酶飼料5．加酶護(hù)膚品三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑67《酶工程》復(fù)習(xí)題《酶工程》復(fù)習(xí)題68一、名詞解釋1、酶的活性中心：2、Km：3、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：4、競爭性抑制：5、人工模擬酶：6、測糖試紙：7、親和標(biāo)記：8、變構(gòu)調(diào)節(jié)：9、同工酶：10、固定化酶：11、化學(xué)修飾：12、抗體酶：一、名詞解釋1、酶的活性中心：7、親和標(biāo)記：69二、填空題：1、酶工程主要指___________________，由四個(gè)部分____，______，_____及______組成，酶的改造是指改變酶蛋白的___級結(jié)構(gòu)的過程，酶的修飾是指酶蛋白側(cè)鏈基團(tuán)的_____變化。2、_____決定反應(yīng)的特異性，_____決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)，根據(jù)酶對其底物結(jié)構(gòu)選擇的嚴(yán)格程度不同，酶的特異性可大致分為3種類型：其中作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵的為___________。只作用于D型或L型的屬于___________。3、EC3.5.1.3是屬于______類型的酶，EC1.4.2.3是屬于______類型的酶，第2個(gè)數(shù)5代表_____。二、填空題：1、酶工程主要指_______________704、酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究各種因素對___________的影響，并加以定量的闡述，在其他因素不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度的影響呈__________________。反競爭性抑制動力學(xué)特點(diǎn)是：Vmax_______，表觀Km_______。5、Km可近似表示酶對底物的親和力大小，Km值越大，表示酶對底物的親和力越_______。欲使酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度的90％，此時(shí)底物濃度應(yīng)是此酶Km值的________倍。6、固定化酶的缺點(diǎn)：固定化時(shí)，___________有損失；只能用于________底物（較適用于小分子底物）；不適宜于________反應(yīng)。7、酶蛋白在載體上的吸附程度主要取決于_______；________；________；________；________；________等幾個(gè)因素。8、第一個(gè)離子結(jié)合法固定化酶是固定化__________，第一個(gè)工業(yè)化的固定化酶(1969年)是固定化__________。共價(jià)交聯(lián)法常用的雙功能試劑是________。9、輔基的固定化，首先,應(yīng)選擇合適的________，其次，______的選擇也非常重要。4、酶促反應(yīng)動力學(xué)是研究各種因素對___________的影7110、固定化酶和固定化細(xì)胞的表征評估指標(biāo)為：固定化酶（細(xì)胞）的________，________，固定化酶（細(xì)胞）的_________。11、化學(xué)修飾酶熱穩(wěn)定性提高的原因可能是由于修飾劑________連接于酶分子后，使酶________產(chǎn)生一定的“剛性”，不易伸展失活，并減少了酶分子內(nèi)部基團(tuán)的熱振動。12、Ellman試劑是定量測定_______的最常用試劑，TNBS是一種非常有效的_______修飾劑，PLP是一種專一性強(qiáng)的_______修飾劑，DPC對________有較好的專一性，其產(chǎn)物在240nm有最大吸收，NBS主要用來修飾_________。13、影響酶蛋白功能基反應(yīng)性的主要因素有________，_____，__________，__________。14、酶的作用機(jī)制_______________________。酶的制備主要包括_________，_________，________等三個(gè)基本步驟。10、固定化酶和固定化細(xì)胞的表征評估指標(biāo)為：固定化酶（細(xì)胞）7215、細(xì)胞色素C是含_________的結(jié)合蛋白質(zhì)，是細(xì)胞呼吸中重要的_______傳遞體；尿激酶是一種______蛋白酶；SOD是一種重要的_______清除劑。16、人奶與牛奶的區(qū)別之一在于_____________酶含量不同。17、工業(yè)酶制劑主要來源于_______，_______，________，選擇使用酶制劑時(shí)主要應(yīng)考慮________，_________，_______，________，_________等因素。18、_________和_________是模擬酶的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人工模擬酶模型時(shí)主要應(yīng)考慮_____________、_________________、_______________。19、模擬酶又稱為_____或酶模型，它是生物有機(jī)化學(xué)的一個(gè)分支，它可分為_______，________，_______三種類型。20、酶的大規(guī)模分離純化是指使用___________的起始材料，酶的濃縮技術(shù)主要采用________法和_________法。15、細(xì)胞色素C是含_________的結(jié)合蛋白質(zhì)，是細(xì)胞呼73簡答題及問答題（一）

1、請簡要介紹鹵化氰法制備固定化酶的技術(shù)。2、請簡要介紹重氮法制備固定化酶的技術(shù)。3、請用固定化酶的技術(shù)簡述生產(chǎn)L-氨基酸的原理和方法。4、胰酶生產(chǎn)中，為什么采用低濃度的乙醇提?。可a(chǎn)工藝中哪些因素是影響胰酶收率和含量的關(guān)鍵因素？5、請簡要介紹從淀粉酶法生產(chǎn)葡萄糖的過程和所使用酶的作用？簡答題及問答題（一）1、請簡要介紹鹵化氰法制備固定化酶的技74簡答題及問答題（二）6、酶化學(xué)修飾后有什么變化，使用PEG(MPEG)修飾酶有何優(yōu)勢，請舉例說明。7、模擬酶的理論基礎(chǔ)是什么？在設(shè)計(jì)模擬酶之前．應(yīng)當(dāng)了解酶的哪些性質(zhì)？設(shè)計(jì)人工模擬酶模型時(shí)主要應(yīng)考慮哪些因素？8、請用固定化酶技術(shù)簡述測糖試紙的基本原理與方法。簡答題及問答題（二）6、酶化學(xué)修飾后有什么變化，使用PEG75簡答題及問答題（三）9、請比較酶與催化抗體的異同？10、請比較酶作為催化劑與一般催化劑的異同？11、什么是分子印跡？此技術(shù)包括一些什么主要內(nèi)容？其制備方法怎樣？12、請簡要介紹啤酒生產(chǎn)中所使用酶的作用13、固定化細(xì)胞有哪些優(yōu)越性？簡答題及問答題（三）9、請比較酶與催化抗體的異同？76簡答題及問答題（四）14、請寫出維生素B1、B2的名稱及它們的輔酶形式，它們是什么酶的輔酶？一碳單位轉(zhuǎn)移酶的輔酶是什么？轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是什么？含有金屬元素的維生素是什么？15、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等電點(diǎn)約為1，遠(yuǎn)比其它蛋白質(zhì)低。試問等電點(diǎn)如此低的胃蛋白酶必須存在有大量的什么樣的官能團(tuán)？什么樣的氨基酸才能提供這樣的基團(tuán)？簡答題及問答題（四）14、請寫出維生素B1、B2的名稱及它們77

第五章酶的人工模擬

第五章酶的人工模擬78

第一節(jié)模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略一、模擬酶的概念模擬酶又稱人工酶或酶模型，它是生物有機(jī)化學(xué)的一個(gè)分支。模擬酶是在分子水平上模擬酶活性部位的形狀、大小及其微環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征，以及酶的作用機(jī)理和立體化學(xué)等特性的一門科學(xué)?？梢?，模擬酶是從分子水平上模擬生物功能的一門邊緣科學(xué)。

第一節(jié)模擬酶的理論基礎(chǔ)和策略一、模擬酶的概念79二、模擬酶的理論基礎(chǔ)1．模擬酶的酶學(xué)基礎(chǔ)酶的催化機(jī)制：酶先與底物結(jié)合，進(jìn)而選擇性穩(wěn)定某一特定反應(yīng)的過渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能．從而加快反應(yīng)速度。設(shè)計(jì)模擬酶一方面要基于酶的作用機(jī)制，另一方面則基于對簡化的人工體系中識別、結(jié)合和催化的研究。要想得到一個(gè)真正有效的模擬酶，這兩方面就必須統(tǒng)一結(jié)合。在設(shè)計(jì)模擬酶時(shí)除具備催化基團(tuán)之外．還要考慮到與底物定向結(jié)合的能力。二、模擬酶的理論基礎(chǔ)1．模擬酶的酶學(xué)基礎(chǔ)80二、模擬酶的理論基礎(chǔ)2.超分子化學(xué)（1）“主—客體”化學(xué)Cram把主體與客體通過配位鍵或其他次級鎂形成穩(wěn)定復(fù)合物的化學(xué)領(lǐng)域稱為“主—客體”化學(xué)，主客體化學(xué)的基本意義來源于酶和底物的相互作用，體現(xiàn)為主體和客體在結(jié)合部位的空間及電子排列的互補(bǔ)，這種主—客體互補(bǔ)與酶和它所識別的底物結(jié)合情況近似。二、模擬酶的理論基礎(chǔ)2.超分子化學(xué)81（2）超分子化學(xué)超分子的形成源于底物和受體的結(jié)合，這種結(jié)合基于非共價(jià)鍵相互作用，如靜電作用、氫鍵和范德華力等。當(dāng)接受體與絡(luò)合離子或分子結(jié)合成穩(wěn)定的，具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的實(shí)體，即形成了“超分子”，它兼具分子識別、催化和選擇性輸出的功能。（2）超分子化學(xué)82主—客體化學(xué)和超分子化學(xué)已成為酶人工模擬的重要理論基礎(chǔ)，是人工模擬酶研究的重要理論武器。主—客體化學(xué)和超分子化學(xué)已成為酶人工模擬的重要理論基83在設(shè)計(jì)模擬酶之前．應(yīng)當(dāng)對酶的結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)有深入的了解；①酶活性中心—底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)；②酶的專一性及其同底物結(jié)合的方式與能力；③反應(yīng)的動力學(xué)及各中間物的知識。在設(shè)計(jì)模擬酶之前．應(yīng)當(dāng)對酶的結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)有深入的了84設(shè)計(jì)人工酶模型應(yīng)考慮如下因素：（1）非共價(jià)鍵相互作用；（2）反應(yīng)定向發(fā)生；（3）模型應(yīng)具有足夠的水溶性，并在接近生理?xiàng)l件下保持其催化活性。設(shè)計(jì)人工酶模型應(yīng)考慮如下因素：85第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可分為：①單純酶模型，即以化學(xué)方法通過天然酶活性的模擬來重建和改造酶活性；②機(jī)理酶模型，即通過對酶作用機(jī)制諸如識別、結(jié)合和過渡態(tài)穩(wěn)定化的認(rèn)識，來指導(dǎo)酶模型的設(shè)計(jì)和合成；③單純合成的酶樣化合物，即一些化學(xué)合成的具有酶樣催化活性的簡單分子。第二節(jié)模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法，模擬酶可86按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：①主—客體酶模型，包括環(huán)糊精、冠醚、穴醚、雜環(huán)大環(huán)化合物和卟啉類等；②膠束酶模型；③肽酶；④抗體酶；⑤分子印跡酶模型；⑥半合成酶等；近年來又出現(xiàn)了雜化酶和進(jìn)化酶。按照模擬酶的屬性，模擬酶可分為：87一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：環(huán)糊精(cyclodextrin，簡稱CD)是由多個(gè)D—葡萄糖以1，4—糖苷鍵結(jié)合而成的一類環(huán)狀低聚糖，CD分子外側(cè)是親水的，其羥基可與多種客體形成氫鍵，其內(nèi)側(cè)是C3，C5上的氫原子和糖苷氧原子組成的空腔，故具有疏水性，因而能包結(jié)多種客體分子，很類似酶對底物的識別。一、主—客體酶模型（一）環(huán)糊精酶模型：88酶的人工模擬課件89環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作用進(jìn)行了模擬。在水解酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、氧化還原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和經(jīng)羥醛縮合酶等方面都取得了很大的進(jìn)展。環(huán)糊精作為酶模型利用環(huán)糊精為酶模型已對多種酶的催化作90合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型用合成的冠醚、穴醚、環(huán)番、環(huán)芳烴等大環(huán)多齒配體用來構(gòu)筑酶模型。合成的主—客體酶模型

(二)合成的主—客體酶模型91二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似于酶的結(jié)合部位)，可以對底物束縛。如果將催化基團(tuán)如咪唑、硫醇、羥基和一些輔酶共價(jià)或非共價(jià)地連接或吸附在膠束上，就有可能提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力或部分酶活力的膠束模擬酶。二、膠束模擬酶

膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似92模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的活性中心必需的催化基團(tuán)。如將表面活性劑分子上連接上組氨酸殘基或咪唑基團(tuán)上，就有可能形成模擬水解酶的膠束。模擬水解酶的膠束酶模型：組氨酸的咪唑基常常是水解酶的93單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)在一起，制備出單分子膠束酶模型，這種酶模型比一般膠束酶優(yōu)越，它既具備酶的疏水特性，同時(shí)又可以使催化基團(tuán)引人疏水空腔，催化效率提高了105倍。單分子膠束酶模型將表面活性劑利用化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)在一起，制備出單94三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。三、肽酶模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多95四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學(xué)或生物學(xué)方法引進(jìn)適當(dāng)?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F(tuán)，或改變其結(jié)構(gòu)從而形成一種新的“人工酶”。如將枯草桿菌蛋白酶活性部位的絲織酸(Ser)殘基，經(jīng)苯甲基磺酰氟特異性活化后，再用巰基化合物取代，將絲氨酸轉(zhuǎn)化為半胱氨酸。雖然產(chǎn)生的巰基化枯草桿菌蛋白酶對肽或酯沒有水解活力，但能水解高度活化的底物(如硝基苯酯等)。四、半合成酶半合成酶是以天然蛋白質(zhì)或酶為母體，用化學(xué)96第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術(shù)概述如果以一種分子充當(dāng)模板，其周圍用聚合物交聯(lián)，當(dāng)模板分子除去后，此聚合物就留下了與此分子相匹配的空穴。如果構(gòu)建合適，這種聚合物就橡“鎖”一樣對鑰匙具有選擇性識別作用，這種技術(shù)被稱為分子印跡。第三節(jié)印跡酶一、分子印跡技術(shù)概述97分子印跡技術(shù)所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性的聚合物的過程。這個(gè)化合物叫印跡分子，也叫做模板分子。此技術(shù)包括如下內(nèi)容：①選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補(bǔ)反應(yīng)；②在印跡分子—單體復(fù)合物周圍發(fā)生聚合反應(yīng)；③用抽提法從聚合物中除掉印跡分子。結(jié)果，形成的聚合物內(nèi)保留有與印跡分子的形狀、大小完全一樣的孔穴。該聚合物能以高選擇性重新結(jié)合印跡分子。分子印跡技術(shù)所謂分子印跡是制備對某一化合物具有選擇性98分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：①選定印跡分子和單體，讓他們之間充分作用；②在印跡分子周圍發(fā)生聚合反應(yīng)；③將印跡分子從聚合物中抽提出去。于是，此聚合物就產(chǎn)生了恰似印跡分子的空間，并對印跡分子產(chǎn)生識別能力。分子印跡聚合物的制備方法：分子印跡聚合物的制備方法：99分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基酸、碳水化合物、核酸、激素、輔酶等)，它們均已成功地用于分子印跡的制備中。分子印跡聚合中應(yīng)用最廣泛的聚合單體是羧酸類(如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸)、磺酸類以及雜環(huán)弱減類(如乙烯基吡啶、乙烯基咪唑)，其中最常用的體系為聚丙烯酸和聚丙烯酞胺體系。若要產(chǎn)生對金屬的配合作用則應(yīng)用氨基二乙酸衍生物。分子印跡分子可用于分子印跡的分子很廣泛(如藥物、氨基100二、分子印跡酶通過分子印跡技術(shù)可以產(chǎn)生類似于酶的活性中心的空腔，對底物產(chǎn)生有效的結(jié)合作用，更重要的是利用此技術(shù)可以在結(jié)合部位的空腔內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生催化基團(tuán)．并與底物定向排列。二、分子印跡酶通過分子印跡技術(shù)可以產(chǎn)生類似于酶的活性中1011.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應(yīng)用分子印跡法制備具有催化二肽合成能力的分子印跡酶。所合成的二肽為Z-L-天冬氨酸與L—苯丙氨酸甲酯縮合產(chǎn)物，它們分別以底物混合物(Z—L—天冬氨酸與L—苯丙氨酸為1：1混合)以及產(chǎn)物二肽為印跡分子，以甲基丙烯酸甲酯為聚合單體，二亞乙基甲基丙烯酸甲酯為交聯(lián)劑，經(jīng)聚合產(chǎn)生了具有催化二肽合成能力的二肽合成酶。研究表明以產(chǎn)物為印跡分子的印跡聚合物表現(xiàn)出最高的酶催化效率，在反應(yīng)進(jìn)行48h后，其二肽產(chǎn)率達(dá)到63％．而以反應(yīng)物為印跡分子的印跡聚合物催化相同的反應(yīng)時(shí)二肽產(chǎn)率卻較低。1.印跡底物及其類似物

如Mosbach等應(yīng)用分1022．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印跡聚合物也能結(jié)合反應(yīng)過渡態(tài)，降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)。如用對—硝基苯乙酸酯水解反應(yīng)的過渡態(tài)類似物對—硝基苯甲基磷酸酯作印跡分子制備聚合物，制得的MIP證明能優(yōu)先結(jié)合過渡態(tài)類似物，并能加速對硝基苯乙酸酯水解成對硝基酚和乙酸。2．印跡過渡態(tài)類似物用過渡態(tài)類似物作印跡分子制備的印103第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：催化抗體是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，本質(zhì)上是一類具有催化活力的免疫球蛋白，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性，因此，催化抗體也叫抗體酶。第四節(jié)抗體酶一、抗體酶概述：104酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應(yīng)過渡態(tài)選擇結(jié)合的催化性物質(zhì)．而抗體是和基態(tài)分子結(jié)合的催化性物質(zhì)?？贵w酶的發(fā)現(xiàn)不僅提供了研究生物催化過程的新途徑，而且能為生物學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)提供具有高度特異性的人工生物催化劑，并可以根據(jù)需要使人們獲得具有某些不能被酶催化或較難催化的化學(xué)反應(yīng)催化劑。酶和抗體的本質(zhì)差別在于：酶是能與反應(yīng)過渡態(tài)選擇105二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設(shè)計(jì)合適的與反應(yīng)過渡態(tài)類似的小分于作為半抗原，然后讓動物免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對半抗原的抗體來獲得的。由于以反應(yīng)的過渡態(tài)類似物為半抗原誘導(dǎo)的抗體在幾何形狀和電學(xué)性質(zhì)上與反應(yīng)過渡態(tài)互補(bǔ)，因而穩(wěn)定了過渡態(tài)，從而加速反應(yīng)。二、抗體酶的制備方法迄今，大多數(shù)抗體酶是通過理論設(shè)計(jì)1061．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為指導(dǎo)，即利用反應(yīng)的過渡態(tài)類似物作為半抗原產(chǎn)生抗體酶。Shultz小組利用與底物扭曲構(gòu)象相似的扭曲卟啉作半抗原制備的抗體可催化卟啉金屬螯合反應(yīng)。亞鐵螯合酶是血紅素生物合成途徑中的末端酶，可催化亞鐵離子插入原卟啉的生物合成。N—甲基原卟啉由于內(nèi)部甲基取代而呈扭曲結(jié)構(gòu)，它是此酶的有效抑制劑，也與酶催化的卟啉金屬螯合反應(yīng)的過渡態(tài)類似。由于甲基卟啉的抗體可催化平面結(jié)構(gòu)原卟啉的金屬螯合，這就為該反應(yīng)過渡態(tài)扭曲結(jié)構(gòu)的作用提供了證據(jù)。1．穩(wěn)定過渡態(tài)法：以Pauling的穩(wěn)定過渡態(tài)理論為1072．抗體與半抗原互補(bǔ)法抗體常含有與配體功能互補(bǔ)的特殊功能基。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)帶正電的配體常能誘導(dǎo)出結(jié)合部位帶負(fù)電殘基的配體，反之亦然?？贵w與半抗原之間的電荷互補(bǔ)對抗體所具有的高親和力以及選擇性識別能力起著關(guān)鍵作用。2．抗體與半抗原互補(bǔ)法抗體常含有與配體功能互補(bǔ)的特殊108Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補(bǔ)性，制備了針對帶正電半抗原的抗體，結(jié)果在抗體結(jié)合部位上產(chǎn)生帶負(fù)電的羧基，可作為一般堿基催化β－消除反應(yīng)。Shokat等利用抗體與半抗原之間的電荷互補(bǔ)性，制備109三、抗體酶的應(yīng)用1抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用:各類精細(xì)化工產(chǎn)品和合成材料的工業(yè)生產(chǎn)需要具有精確底物專一性和立體專一性的催化劑，而這正是催化抗體的突出特點(diǎn)。特別是那些天然酶不能催化的反應(yīng)，可通過設(shè)計(jì)定做抗體酶來彌補(bǔ)天然酶的不足。三、抗體酶的應(yīng)用1抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用:1102.用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制2.用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制1113.抗體在醫(yī)療上的應(yīng)用:Landry等用可卡因降解的過渡態(tài)類似物磷酸單酯產(chǎn)生的單克隆抗體3B9催化可卡因降解，此抗體酶的催化活性比血液中分解可卡因的丁酰膽堿酯酶要高，水解后的可卡因片斷失去了刺激功能，因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能提供阻斷可卡因上癮的治療．從而達(dá)到戒毒的目的。3.抗體在醫(yī)療上的應(yīng)用:112四、抗體酶的研究進(jìn)展1．反應(yīng)性免疫2．抗體酶的化學(xué)篩選3.抗體酶催化的化學(xué)轉(zhuǎn)化四、抗體酶的研究進(jìn)展1．反應(yīng)性免疫113第六章酶制劑的應(yīng)用第六章酶制劑的應(yīng)用114第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展2.我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題3.工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)4.選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素5.酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)第一節(jié)概論1.工業(yè)用酶制劑的市場和發(fā)展115我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太??；2.酶制劑品種少，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)極不合理；3.對酶制劑的開發(fā)熱情不高，主要依賴于各大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)，經(jīng)費(fèi)投入不足；4.酶制劑生產(chǎn)成本太高；5.生產(chǎn)裝備落后；6.酶制劑應(yīng)用領(lǐng)域十分狹窄，主要集中于洗滌劑、淀粉加工、乙醇和酒類生產(chǎn)。我國酶制劑應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和問題

1.酶制劑企業(yè)規(guī)模太??；116

工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、植物和微生物，尤其是微生物，因微生物繁殖速度快；種類繁多，品種齊全；培養(yǎng)方法簡單，易于大批量生產(chǎn)。工業(yè)酶制劑的特點(diǎn)：一般而言，含雜蛋白的酶制劑比純品穩(wěn)定，干燥品比液體制劑穩(wěn)定。酶是通過催化活性而不是一般質(zhì)量來識別和出售的。

工業(yè)酶制劑的來源與特點(diǎn)

工業(yè)酶制劑主要來源于動物、117選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）底物特異性（2）pH（3）溫度（4）激活劑和抑制劑（5）價(jià)格因素選擇使用酶制劑時(shí)應(yīng)考慮的因素（1）底物特異性118酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)（1）食品加工用酶，（2）飼料用酶，特別是植酸酶，（3）紡織用酶（4）洗滌劑用酶（5）臨床診斷用酶、治療用酶、化妝品用酶酶制劑產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)（1）食品加工用酶，119酶的人工模擬課件120酶的人工模擬課件121酶的人工模擬課件122第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用第二節(jié)酶在食品加工方面的應(yīng)用123

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法。酶法生產(chǎn)葡萄糖是以淀粉為原料，先經(jīng)α－淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。

一、酶法生產(chǎn)葡萄糖

國內(nèi)外萄萄糖的生產(chǎn)大都采用酶法124淀粉的液化

淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿，pH值一般調(diào)至6.0～6．5，添加一定量的α－淀粉酶后，在85～90℃的溫度下保溫45min左右，使淀粉液化成糊精。液化反應(yīng)一般以碘反應(yīng)顏色正好消失時(shí)為終點(diǎn)。淀粉的液化淀粉先加水配制成濃度為30一40％的淀粉漿125淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60℃，pH調(diào)至4.5～5.0，加入適量的糖化酶，保溫糖化48h左右，使糊精轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?。淀粉液的糖化液化完成后，將液化淀粉液冷卻至55—60126葡萄糖生產(chǎn)應(yīng)注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要求達(dá)到一定的純度。尤其是糖化酶中應(yīng)不含或盡量少含葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。因?yàn)槠咸烟擒辙D(zhuǎn)移酶會催化葡萄糖生成異麥芽糖等雜質(zhì)，會嚴(yán)重影響葡萄糖的收率。去除葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶的最簡單的方法之一是將糖化酶配成酶液后，加酸調(diào)節(jié)pH值至2.0～2.5，室溫下靜置一段時(shí)間，可以選擇性地破壞葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶。葡萄糖生產(chǎn)應(yīng)注意的問題所采用的α－淀粉酶和糖化酶都要127二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖異構(gòu)化生成部分果糖而得到的葡萄糖與果糖的混合糖漿。二、果葡糖漿的生產(chǎn)果葡糖漿是由葡萄糖異構(gòu)酶催化葡萄糖128方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加入0.01mol/L的硫酸鎂，在60～70℃的溫度條件下，由葡萄糖異構(gòu)酶催化生成果葡糖漿。異構(gòu)化率一般為42—45％。鎂離子和鈷離子是葡萄糖異構(gòu)酶的激活劑，所以葡萄糖液中需加入0.01mol/L左右的硫酸鎂。方法將精制葡萄糖溶液調(diào)節(jié)pH為6.5～7.0，加129三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個(gè)階段需使用酶制劑。在浸泡麥芽漿時(shí)，需使用蛋白酶、α－淀粉酶和糖化酶。在發(fā)酵完畢后，啤酒需要進(jìn)一步酶處理。木瓜蛋白酶、波蘿蛋白酶可以降解使啤酒渾濁的蛋白質(zhì)組分，延長啤酒的儲存期。三、啤酒發(fā)酵在啤酒生產(chǎn)過程中，制漿和調(diào)理兩個(gè)階段需使130四、在蛋白制品加工方面的應(yīng)用酶在蛋白制品加工中的主要用途是改善組織，嫩化肉類，轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)成為供人類使用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮液，因而可以增加蛋白質(zhì)的價(jià)值和可利用性。用木瓜蛋白水解酶制成嫩肉粉，使肉食嫩滑可口。用蛋白酶生成明膠。用溶菌酶處理肉類，則微生物不能繁殖，因此肉類制品可以保鮮和防腐等。葡萄糖氧化酶在食品工業(yè)上主要用來去糖和脫氧，保持食品的色、香、味，延長保存時(shí)間。四、在蛋白制品加工方面的應(yīng)用酶在蛋白制品加工中的主要131五、在水果、蔬菜加工方面的應(yīng)用用果膠酶處理潰碎果實(shí)，可加速果汁過濾，促進(jìn)澄清。主要依靠降低粘度．使懸濁物質(zhì)失去保護(hù)膠體而沉降。葡萄糖氧化酶可除去果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防止微生物生長，以延長食品保存期，也可用葡萄糖氧化酶保鮮。溶菌酶可防止細(xì)菌污染，起食品保鮮作用等。五、在水果、蔬菜加工方面的應(yīng)用用果膠酶處理潰碎果實(shí)，132六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；過氧化氫酶－牛奶消毒；溶菌酶－添加在嬰兒奶粉；人奶與牛奶的區(qū)別之一在于溶菌酶含量的不同，奶粉中添加卵清溶菌酶可防止嬰兒腸道感染。乳糖酶－分解乳糖；脂肪酶－黃油增香。六、乳品工業(yè)凝乳酶－制造干酪；133七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個(gè)用途是改善組織、激化肉類，及轉(zhuǎn)化廢棄蛋白質(zhì)使其成為供人類食用或作為飼料的蛋白質(zhì)濃縮物。蛋白酶還用于生產(chǎn)牛肉汁、雞汁等來提高產(chǎn)品收率。七、肉類和魚類加工酶在這方面的兩個(gè)用途是改善組織、激134八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是酶在蛋品加工中的一項(xiàng)重要用途。葡萄糖氧化酶的作用是催化葡萄糖脫氫，氧化成為葡萄糖酸．同時(shí)產(chǎn)生過氧化氫，后者被共存的過氧化氫酶催化分解為水和氧，一分子葡萄糖氧化酶在1min內(nèi)可催化34000個(gè)葡萄糖分子。八、蛋品加工用葡萄糖氧化酶去除蛋品中的微量葡萄糖，是135第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用十分廣泛。概括起來主要有3個(gè)方面的用途。(1)用酶進(jìn)行原料處理，(2)用酶生產(chǎn)各種產(chǎn)品，(3)用酶增強(qiáng)產(chǎn)品的使用效果。第三節(jié)酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用酶在輕工業(yè)方面的應(yīng)用十分廣泛。136

一、酶在原料處理方面的應(yīng)用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵工業(yè)大多數(shù)以淀粉為主要原料。有些微生物由于本身缺乏淀粉酶系，無法直接利用淀粉。故此必須先經(jīng)過原料處理，將淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的單糖或二糖，才能利用。例如，酒精、酒類、甘油、乳酸、氨基酸、核苷酸等發(fā)酵所使用的酵母或細(xì)菌等微生物，一般都不能直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵。淀粉原料的處理，一般是采用α－淀粉酶進(jìn)行液化，然后再經(jīng)糖化酶進(jìn)行糖化，將淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>

一、酶在原料處理方面的應(yīng)用

(1)發(fā)酵原料的處理：發(fā)酵137(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光滑性，便于紡織，需要先行上漿。將淀粉用α—淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘度達(dá)到一定程度就可用作上漿的漿料。(2)紡織原料的處理在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)138(3)造紙?jiān)系闹茲{造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，若不除去則會嚴(yán)重影響紙的質(zhì)量。用木質(zhì)素酶可以使木質(zhì)素水解而除去，不但可提高紙的質(zhì)量，而且使環(huán)境污染程度大為減輕。(3)造紙?jiān)系闹茲{造紙?jiān)系睦w維中含有大量木質(zhì)素，139(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的有光澤的絲蛋白。采用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶或微生物蛋白酶處理，可在比較溫和的條件下催化絲膠蛋白水解，進(jìn)行生絲脫膠。(4)生絲的脫膠處理天然蠶絲的主要成分是不溶于水的140二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：在青桔柑中合有10％一20％的橙皮苷，經(jīng)抽提后用黑曲霉桔皮苷酶水解除去分子中的鼠李糖，在堿性下水解和還原，可得到一種甜味強(qiáng)烈的橙皮素－葡萄糖苷二氫查耳酮。它的甜度是蔗糖的70一100倍，是一種安全、低熱的甜味劑，可是它的溶解度很低，僅0.1％，故無實(shí)用價(jià)值，若將此物與淀粉溶液混合，利用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的偶聯(lián)反應(yīng)使其葡萄糖分子接上兩個(gè)葡萄糖分子．于是使溶解度提高10倍而不影響甜度。二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用1.酶法生產(chǎn)甜味劑：141二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸3．酶法生產(chǎn)核苷酸4.酶法生產(chǎn)有機(jī)酸5．丙烯酰胺的生產(chǎn)6．鄰苯二酚的生物合成7．用于明膠、膠原纖維生產(chǎn)二、輕工產(chǎn)品方面的應(yīng)用2．酶法生產(chǎn)L－氨基酸142三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:洗滌用的酶制劑需要滿足下列條件：①堿性條件(pH9－10)下能夠有效洗滌；②表面活性劑存在下，很少失活：③在熒光染料、漂白劑、香料等洗滌劑輔助成分存在下不失活；④在洗滌溫度下能有效地發(fā)揮作用。三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果1．加酶洗滌劑:143三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑3．加酶牙膏、牙粉和漱口水4．加酶飼料5．加酶護(hù)膚品三、加酶增加產(chǎn)品的使用效果2．加酶清洗劑144《酶工程》復(fù)習(xí)題《酶工程》復(fù)習(xí)題145一、名詞解釋1、酶的活性中心：2、Km：3、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：4、競爭性抑制：5、人工模擬酶：6、測糖試紙：7、親和標(biāo)記：8、變構(gòu)調(diào)節(jié)：9、同工酶：10、固定化酶：11、化學(xué)修飾：12、抗體酶：一、名詞解釋1、酶的活性中心：7、親和標(biāo)記：146二、填空題：1、酶工程主要指___________________，由四個(gè)部分____，______，_____及______組成，酶的改造是指改變酶蛋白的___級結(jié)構(gòu)的過程，酶的修飾是指酶蛋白側(cè)鏈基團(tuán)的_____變化。2、_____決定反應(yīng)的特異性，_____決定反