2酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用講解課件

1第2講酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用1第2講酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用2/441酶學(xué)研究基礎(chǔ)酶是生物體內(nèi)一切生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，是生命活動的重要組成1878年，Kunne提出酶的名稱－enzyme1896年，Buchner發(fā)現(xiàn)發(fā)酵是酶的作用的化學(xué)本質(zhì)1894年，F(xiàn)isher提出鎖匙模型，解釋酶的專一性1913年，Michaelis和Menten提出米氏方程1926年，Sumner確立了酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶：具有生物催化活性的特殊蛋白質(zhì)2/441酶學(xué)研究基礎(chǔ)酶是生物體內(nèi)一切生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑3/44酶學(xué)研究基礎(chǔ)1958年，Koshland提出“誘導(dǎo)契合”理論，以解釋酶的催化理論和專一性1961年，Monod提出“變構(gòu)模型”，用以定量解釋酶活性的調(diào)節(jié)1969年，由氨基酸單體化學(xué)合成牛胰核糖核酸酶重組DNA技術(shù)用于酶學(xué)研究，能夠通過定點突變法改變酶的催化活性和專一性3/44酶學(xué)研究基礎(chǔ)1958年，Koshland提出“誘導(dǎo)契4/44酶學(xué)研究進(jìn)展酶并不一定就是蛋白質(zhì)：某些RNA也具有催化活性——酶是特殊的催化劑抗體酶：把抗體的高度選擇性與酶的高效催化性進(jìn)行結(jié)合酶的應(yīng)用：從現(xiàn)成的動植物或微生物的組織或細(xì)胞中進(jìn)行提取→發(fā)酵法生產(chǎn)（酶工業(yè)）酶工程：利用酶的催化作用進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，將酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合；研究領(lǐng)域涉及酶的生產(chǎn)、酶的分離純化、酶固定化、酶反應(yīng)動力學(xué)、酶反應(yīng)器、酶的應(yīng)用等4/44酶學(xué)研究進(jìn)展酶并不一定就是蛋白質(zhì)：某些RNA也具有催5/44酶的催化特性酶是催化劑：改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但不改變化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，即不改變反應(yīng)的方向和平衡點；反應(yīng)前后酶的組成和質(zhì)量不發(fā)生變化酶是特殊的催化劑：高效率/高度專一性/活性可調(diào)節(jié)/反應(yīng)條件溫和/產(chǎn)物易純化非酶催化反應(yīng)的速度可能相差1016倍，但酶催化反應(yīng)相差無幾酶可以極大地降低反應(yīng)所需的活化能多種催化因素協(xié)同作用5/44酶的催化特性酶是催化劑：改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但不改變6/44酶的專一性/活性可調(diào)節(jié)一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種類型的反應(yīng)高度的選擇性絕對專一vs.相對專一酶的活性可調(diào)控，其是代謝調(diào)控的基本方式酶濃度的調(diào)節(jié)生理調(diào)節(jié)或激素調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)酶原的活化抑制劑的調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)金屬離子和其他小分子化合物調(diào)節(jié)6/44酶的專一性/活性可調(diào)節(jié)一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相7/44酶催化反應(yīng)的影響因素最適pH：一定范圍，一定條件A：最適pH6.8，反應(yīng)速率最大B：穩(wěn)定pH5～87/44酶催化反應(yīng)的影響因素最適pH：一定范圍，一定條件A8/44最適溫度：一定范圍，多種因素8/44最適溫度：一定范圍，多種因素9/44酶催化反應(yīng)動力學(xué)－酶/底物濃度的影響研究內(nèi)容包括酶催化反應(yīng)速度以及影響此速度的各種因素酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系9/44酶催化反應(yīng)動力學(xué)－酶/底物濃度的影響研究內(nèi)容包括酶催10/44中間產(chǎn)物假說1913年，依據(jù)快速平衡法推導(dǎo)出米氏方程1925年，依據(jù)擬穩(wěn)態(tài)方法推導(dǎo)出Briggs-Haldane方程10/44中間產(chǎn)物假說11/44米氏常數(shù)的意義Km值的物理意義：其是酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位與底物濃度一致Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無關(guān)同一種酶對不同底物的Km值不同Km值受到pH和溫度的影響對同一種酶而言，Km值最小的底物是其最適底物Km不同于Ks11/44米氏常數(shù)的意義Km值的物理意義：其是酶促反應(yīng)速度達(dá)12/44酶的抑制作用分為可逆抑制與不可逆抑制競爭性抑制，抑制劑與底物競爭和酶活性中心結(jié)合：vmax不變，Km增大非競爭性抑制，酶可同時與底物和抑制劑結(jié)合，兩者無競爭作用：vmax減小，Km不變反競爭性抑制，酶只有與底物結(jié)合后，才可和抑制劑結(jié)合：vmax減小，Km減小底物抑制作用：底物抑制時的速度曲線12/44酶的抑制作用分為可逆抑制與不可逆抑制底物抑制時的13/44酶的生產(chǎn)及分離純化微生物是主要的酶源：酶源廣泛、產(chǎn)量高、生長周期短、成本低、易管理、易提取酶必須經(jīng)過純化才可使用，一般認(rèn)為黑曲霉、酵母、枯草芽孢桿菌等是安全的酶生產(chǎn)菌株酶生產(chǎn)菌的選擇：不是致病菌/不產(chǎn)生毒素不易退化/不易感染噬菌體產(chǎn)量高/胞外酶原料廉價/發(fā)酵周期短/易培養(yǎng)13/44酶的生產(chǎn)及分離純化微生物是主要的酶源：酶源廣泛、產(chǎn)14/44酶的分離純化一般包括預(yù)處理與酶抽提、粗分離、細(xì)分離、結(jié)晶等14/44酶的分離純化一般包括預(yù)處理與酶抽提、粗分離、細(xì)分離15/44酶分離純化的常用方法15/44酶分離純化的常用方法16/44酶提取生物材料的破碎：機械法、物理法、化學(xué)法、酶解法酶的提取：相似相溶，酸、堿、鹽溶液，有機溶劑沉淀：鹽析法、PEG沉淀法、有機溶劑沉淀法、等電點沉淀法、熱處理沉淀法等層析：利用混合物中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)不同，使各組分在兩相中的分布程度不同而達(dá)到分離。包括凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析、高效液相色譜層析等電泳：由于蛋白質(zhì)分子表面電荷的差異，可用電泳方法將其分離開來。常用的區(qū)帶電泳有聚丙烯酰胺凝膠電泳和等電點聚焦等16/44酶提取生物材料的破碎：機械法、物理法、化學(xué)法、酶解17/44酶固定化游離酶的穩(wěn)定性差，且不利于其和目標(biāo)產(chǎn)物分離和回收利用，固定化技術(shù)應(yīng)運而生固定化酶是指固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶，其既保持了酶的活性，又可反復(fù)使用，且易于分離固定化方法包括吸附法、結(jié)合法和包埋法固定化方法17/44酶固定化游離酶的穩(wěn)定性差，且不利于其和目標(biāo)產(chǎn)物分離18/44

酶反應(yīng)器以酶為催化劑進(jìn)行反應(yīng)所需要的設(shè)備稱為酶反應(yīng)器根據(jù)反應(yīng)類型、動力學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)器類型和流體流動狀態(tài)、熱傳遞及溫度的影響、生產(chǎn)量和工藝流程、操作穩(wěn)定性等選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計目標(biāo)應(yīng)該達(dá)到：容積生產(chǎn)率高、條件易控制、耗能低、污染少、反應(yīng)器加工簡便酶反應(yīng)器的類型18/44酶反應(yīng)器以酶為催化劑進(jìn)19/442酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用腈化物降解酶氨氧化酶酶在廢水處理中的應(yīng)用含芳香族化合物廢水處理造紙廢水處理含氰（腈）廢水處理食品加工廢水處理酶在土壤修復(fù)中的應(yīng)用19/442酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用腈化物降解酶20/442.1腈化物降解酶腈化物是指含有腈基的有機化合物（R-CN），是重要的化工原料，但其也具有強烈的生物毒性、致癌性和致突變性，因此是一種急需治理的有機污染物腈化物酶催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物R和R‘分別代表烷基和芳基20/442.1腈化物降解酶腈化物是指含有腈基的有機化合物21/44腈化物降解酶的分布及應(yīng)用包括腈化物水解酶、腈化物水合酶和酰胺酶，細(xì)菌中常見，植物和真菌中少見，其可利用腈化物為唯一碳源和氮源進(jìn)行代謝，微生物代謝機理尚不完全清楚已應(yīng)用于植物激素吲哚乙酸的生物合成、腈化物的生物轉(zhuǎn)化以及腈化物污染環(huán)境的生物修復(fù)等領(lǐng)域21/44腈化物降解酶的分布及應(yīng)用包括腈化物水解酶、腈化物水22/44腈化物的酶水解途徑腈化物的酶水解通過兩條途徑進(jìn)行腈化物水解酶直接水解腈化物，形成相應(yīng)的有機酸和氨腈化物水合酶催化有機腈水合，形成中間產(chǎn)物酰胺，然后在酰胺酶的作用下轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的有機酸和氨22/44腈化物的酶水解途徑腈化物的酶水解通過兩條途徑進(jìn)行23/44腈化物水解酶可將腈化物直接水解成有機酸和氨是一個可溶性的金屬酶，在催化活性部位含有一個非血紅素鐵原子或非類可啉鈷原子，此外還含有相對分子質(zhì)量約為23000的兩個亞基，幾乎都以雜四聚體形式存在一些鐵類的腈化物水解酶的活性受光調(diào)節(jié)——“光復(fù)活”的作用機制根據(jù)底物專一性可分為：芳香腈水解酶、雜環(huán)腈水解酶和脂肪腈水解酶23/44腈化物水解酶可將腈化物直接水解成有機酸和氨24/44腈化物水合酶可將腈化物轉(zhuǎn)化為酰胺是含有鈷和鐵的金屬酶可能的反應(yīng)機理腈化物接近與金屬結(jié)合的氫氧根離子，該離子作為親核試劑進(jìn)攻腈化物的碳原子與金屬結(jié)合的氫氧根離子作為一般的堿，激活水分子，然后進(jìn)攻腈化物中的碳原子，形成酰亞胺，最終重排成酰胺24/44腈化物水合酶可將腈化物轉(zhuǎn)化為酰胺25/44腈化物水合酶的光激活和酶催化機理25/44腈化物水合酶的光激活和酶催化機理26/44酰胺酶能夠水解酰胺形成有機酸和氨少量微生物的酰胺酶與金屬結(jié)合酰胺酶催化反應(yīng)機理26/44酰胺酶能夠水解酰胺形成有機酸和氨酰胺酶催化反應(yīng)機27/442.2氨氧化酶硝化反應(yīng)是氮循環(huán)的重要步驟，氨氧化過程是其限速步驟氨氧化細(xì)菌屬于專性化能自養(yǎng)菌，從氧化NH4+為NO2-的過程獲得能量，利用CO2為碳源進(jìn)行細(xì)胞合成NH4+氧化為NO2-的過程經(jīng)過兩個步驟氨單氧合酶（AMO）催化的反應(yīng)：2H++NH4++2e-+O2→NH2OH+H2O+2H+羥胺氧化還原酶（HAO）催化的反應(yīng)：NH2OH+H2O→HONO+4e-+4H+

27/442.2氨氧化酶硝化反應(yīng)是氮循環(huán)的重要步驟，氨氧化28/44氨氧化途徑及其相關(guān)基因28/44氨氧化途徑及其相關(guān)基因29/442.3酶在廢水處理中的應(yīng)用酶法處理污染物與生物法相比的優(yōu)勢：可以處理生物難降解化合物可以處理各種濃度污染物，尤其是低濃度有機污染物可以在各種pH/溫度/鹽度環(huán)境下使用不存在沖擊負(fù)荷效應(yīng)不存在與生物生長及其適應(yīng)相關(guān)的滯后效應(yīng)不產(chǎn)生污泥過程控制簡易29/442.3酶在廢水處理中的應(yīng)用酶法處理污染物與生物法30/44含芳香族化合物廢水處理芳香族化合物，包括酚和芳香胺，屬于優(yōu)先控制污染物很多酶可用于芳香族化合物廢水處理酶具有高度選擇性，能處理低濃度廢水不易被有生物毒性的物質(zhì)所抑制可在較大濃度范圍內(nèi)發(fā)揮作用停留時間較短30/44含芳香族化合物廢水處理芳香族化合物，包括酚和芳香胺31/44過氧化物酶是微生物或植物產(chǎn)生的一類氧化還原酶，在過氧化物的激活下，才可用于氧化底物辣根過氧化物酶（HRP）：是酶處理廢水領(lǐng)域中應(yīng)用最多的一種酶，可催化多種芳香族化合物，包括酚/苯胺/聯(lián)苯胺/及其異構(gòu)體等，反應(yīng)產(chǎn)物是沉淀，易去除，pH值和溫度范圍較廣木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）：可處理很多難降解芳香族化合物和多環(huán)芳烴、酚類物質(zhì)，穩(wěn)定性是其應(yīng)用的關(guān)鍵，固定化是有效方法植物來源的酶31/44過氧化物酶是微生物或植物產(chǎn)生的一類氧化還原酶，在過32/44聚酚氧化酶屬于另一類能夠催化酚類物質(zhì)氧化的氧化還原酶酪氨酸酶，也叫酚酶或兒茶酚酶，催化兩個連續(xù)的反應(yīng)單分子酚與氧分子通過氧化還原反應(yīng)形成鄰苯二酚鄰苯二酚再脫氫形成苯醌，苯醌不穩(wěn)定，通過非酶催化聚合反應(yīng)形成沉淀

漆酶，由真菌產(chǎn)生，通過聚合反應(yīng)去除酚類，且能同時對多種酚類產(chǎn)生作用32/44聚酚氧化酶屬于另一類能夠催化酚類物質(zhì)氧化的氧化還原33/44造紙廢水處理廢水漂白過程中會產(chǎn)生黑褐色廢水，且含有有毒和致突變的氯化物辣根過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶均可用于造紙廢水脫色造紙制漿和脫墨操作中產(chǎn)生的污染，含有大量的纖維素，可由纖維素酶、纖維二糖水合酶、β-葡萄糖酶等組成的混合酶系脫除并產(chǎn)生乙醇等有用能源物質(zhì)33/44造紙廢水處理廢水漂白過程中會產(chǎn)生黑褐色廢水，且含有34/44含氰（腈）廢水處理氰化物是新陳代謝抑制劑，具有致命危害氰化物酶能夠把氰化物轉(zhuǎn)化成氨和甲酸鹽，一步反應(yīng)硫氰化物可以通過常規(guī)廢水處理工藝得到處理，但降解機理尚不完全清楚含腈廢水可以通過腈化物水解酶、腈化物水合酶和酰胺酶去除硫氰化物水解酶的可能作用機理34/44含氰（腈）廢水處理氰化物是新陳代謝抑制劑，具有致命35/44食品加工廢水處理易于分解或轉(zhuǎn)化為飼料等經(jīng)濟價值產(chǎn)品蛋白酶：水解酶，可水解蛋白質(zhì)得到營養(yǎng)飼料，在魚肉加工工業(yè)廢水中得以廣泛應(yīng)用淀粉酶：多糖水解酶，將多糖轉(zhuǎn)變?yōu)閱翁?，可用于發(fā)酵產(chǎn)酒精等，可用于大米加工等含淀粉廢水處理；淀粉酶和葡萄糖酶還可用于光降解和生物降解塑料的生產(chǎn)脂酶：用于脂類物質(zhì)（三酰甘油酯）的轉(zhuǎn)化，可用于水/有機兩相反應(yīng)，可用于被污染環(huán)境的生物修復(fù)及廢物處理，如石油泄漏、餐飲廢物等35/44食品加工廢水處理易于分解或轉(zhuǎn)化為飼料等經(jīng)濟價值產(chǎn)品36/44廢水酶處理的注意事項酶處理或預(yù)處理過程應(yīng)使其下一流程中污染物更易于去除，而且不能產(chǎn)生有毒物質(zhì)產(chǎn)生的沉淀物要妥善處理，燃燒處理時要控制有害氣體的產(chǎn)生高濃度污染物不適合采用酶法處理，低濃高毒的較適宜由于其價格較高，必須考慮酶的費用

36/44廢水酶處理的注意事項酶處理或預(yù)處理過程應(yīng)使其下一流37/442.4酶在土壤修復(fù)中的應(yīng)用生物修復(fù)主要利用微生物、植物以及微生物-植物的聯(lián)合作用，特別是其強大的酶系統(tǒng)催化功能，改變有機污染物的結(jié)構(gòu)和毒性，或者使它們完全礦化，形成無害的無機終端產(chǎn)物生物修復(fù)在環(huán)境中有害化學(xué)物質(zhì)的清除方面發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)的主要內(nèi)容37/442.4酶在土壤修復(fù)中的應(yīng)用生物修復(fù)主要利用微生物38/44污染物的生物轉(zhuǎn)化過程常見污染物可分為：易生物降解的化合物：簡單的碳?xì)浠衔?、醇類、酚類、胺類、酸類、脂類、酰胺類等難生物降解的化合物：多氯聯(lián)苯，多環(huán)芳烴以及農(nóng)藥等污染物的細(xì)胞轉(zhuǎn)化可以劃分為：細(xì)胞釋放的胞外酶作用，使大分子化合物降解為可以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的小分子化合物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，在細(xì)胞的新陳代謝作用下進(jìn)行進(jìn)一步降解38/44污染物的生物轉(zhuǎn)化過程常見污染物可分為：39/44污染物必須與微生物的酶系統(tǒng)接觸才能發(fā)生降解，不溶性的物質(zhì)通常先由胞外酶進(jìn)行催化，速率較慢胞外酶在細(xì)胞代謝中的作用39/44污染物必須與微生物的酶系統(tǒng)接觸才能發(fā)生降解，不溶性40/44胞外酶胞外酶包括大量的氧化還原酶和水解酶植物根區(qū)胞外酶，通常與細(xì)胞壁有關(guān)，可將污染物轉(zhuǎn)化為更易被植物根部或根際微生物吸收的中間產(chǎn)物，如過氧化物酶、漆酶、單酚單氧合酶、脂酶等微生物胞外酶，白腐真菌產(chǎn)生木質(zhì)素降解酶系，包括木質(zhì)素過氧化物酶、依賴錳的過氧化物酶、含銅的酚氧化酶-漆酶等，可與纖維素酶、半纖維素酶等協(xié)同降解木材水解酶，蛋白酶，纖維素酶等40/44胞外酶胞外酶包括大量的氧化還原酶和水解酶41/44污染物的無細(xì)胞酶生物降解41/44污染物的無細(xì)胞酶生物降解42/44可以用無細(xì)胞酶轉(zhuǎn)化的部分難降解污染物42/44可以用無細(xì)胞酶轉(zhuǎn)化的部分難降解污染物43/44胞外酶用于土壤修復(fù)的要求有充足的酶源，可大量獲得，遺傳穩(wěn)定，非致病性性能好，可利用靜止細(xì)胞或提純的酶，活性高，專一性靈活，不發(fā)生副反應(yīng)穩(wěn)定性好，能夠進(jìn)行固定化無細(xì)胞酶降解土壤中的污染物，轉(zhuǎn)化效率不高，尚無實際應(yīng)用43/44胞外酶用于土壤修復(fù)的要求有充足的酶源，可大量獲得，44/44酶法土壤修復(fù)的局限性污染物的局限：污染物不單一，其他污染物對酶的轉(zhuǎn)化效率的影響可能是正面的，但一般是負(fù)面的酶本身的局限：污染物轉(zhuǎn)化過程中可能發(fā)生酶的失活，如酶被土壤“天然包埋”土壤結(jié)合的酶44/44酶法土壤修復(fù)的局限性污染物的局限：污染物不單一，其45第2講酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用1第2講酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用46/441酶學(xué)研究基礎(chǔ)酶是生物體內(nèi)一切生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，是生命活動的重要組成1878年，Kunne提出酶的名稱－enzyme1896年，Buchner發(fā)現(xiàn)發(fā)酵是酶的作用的化學(xué)本質(zhì)1894年，F(xiàn)isher提出鎖匙模型，解釋酶的專一性1913年，Michaelis和Menten提出米氏方程1926年，Sumner確立了酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)酶：具有生物催化活性的特殊蛋白質(zhì)2/441酶學(xué)研究基礎(chǔ)酶是生物體內(nèi)一切生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑47/44酶學(xué)研究基礎(chǔ)1958年，Koshland提出“誘導(dǎo)契合”理論，以解釋酶的催化理論和專一性1961年，Monod提出“變構(gòu)模型”，用以定量解釋酶活性的調(diào)節(jié)1969年，由氨基酸單體化學(xué)合成牛胰核糖核酸酶重組DNA技術(shù)用于酶學(xué)研究，能夠通過定點突變法改變酶的催化活性和專一性3/44酶學(xué)研究基礎(chǔ)1958年，Koshland提出“誘導(dǎo)契48/44酶學(xué)研究進(jìn)展酶并不一定就是蛋白質(zhì)：某些RNA也具有催化活性——酶是特殊的催化劑抗體酶：把抗體的高度選擇性與酶的高效催化性進(jìn)行結(jié)合酶的應(yīng)用：從現(xiàn)成的動植物或微生物的組織或細(xì)胞中進(jìn)行提取→發(fā)酵法生產(chǎn)（酶工業(yè)）酶工程：利用酶的催化作用進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化，將酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合；研究領(lǐng)域涉及酶的生產(chǎn)、酶的分離純化、酶固定化、酶反應(yīng)動力學(xué)、酶反應(yīng)器、酶的應(yīng)用等4/44酶學(xué)研究進(jìn)展酶并不一定就是蛋白質(zhì)：某些RNA也具有催49/44酶的催化特性酶是催化劑：改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但不改變化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，即不改變反應(yīng)的方向和平衡點；反應(yīng)前后酶的組成和質(zhì)量不發(fā)生變化酶是特殊的催化劑：高效率/高度專一性/活性可調(diào)節(jié)/反應(yīng)條件溫和/產(chǎn)物易純化非酶催化反應(yīng)的速度可能相差1016倍，但酶催化反應(yīng)相差無幾酶可以極大地降低反應(yīng)所需的活化能多種催化因素協(xié)同作用5/44酶的催化特性酶是催化劑：改變化學(xué)反應(yīng)的速度，但不改變50/44酶的專一性/活性可調(diào)節(jié)一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種類型的反應(yīng)高度的選擇性絕對專一vs.相對專一酶的活性可調(diào)控，其是代謝調(diào)控的基本方式酶濃度的調(diào)節(jié)生理調(diào)節(jié)或激素調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)酶原的活化抑制劑的調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)金屬離子和其他小分子化合物調(diào)節(jié)6/44酶的專一性/活性可調(diào)節(jié)一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相51/44酶催化反應(yīng)的影響因素最適pH：一定范圍，一定條件A：最適pH6.8，反應(yīng)速率最大B：穩(wěn)定pH5～87/44酶催化反應(yīng)的影響因素最適pH：一定范圍，一定條件A52/44最適溫度：一定范圍，多種因素8/44最適溫度：一定范圍，多種因素53/44酶催化反應(yīng)動力學(xué)－酶/底物濃度的影響研究內(nèi)容包括酶催化反應(yīng)速度以及影響此速度的各種因素酶反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系9/44酶催化反應(yīng)動力學(xué)－酶/底物濃度的影響研究內(nèi)容包括酶催54/44中間產(chǎn)物假說1913年，依據(jù)快速平衡法推導(dǎo)出米氏方程1925年，依據(jù)擬穩(wěn)態(tài)方法推導(dǎo)出Briggs-Haldane方程10/44中間產(chǎn)物假說55/44米氏常數(shù)的意義Km值的物理意義：其是酶促反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位與底物濃度一致Km值是酶的特征常數(shù)之一，只與酶的性質(zhì)有關(guān)，而與酶的濃度無關(guān)同一種酶對不同底物的Km值不同Km值受到pH和溫度的影響對同一種酶而言，Km值最小的底物是其最適底物Km不同于Ks11/44米氏常數(shù)的意義Km值的物理意義：其是酶促反應(yīng)速度達(dá)56/44酶的抑制作用分為可逆抑制與不可逆抑制競爭性抑制，抑制劑與底物競爭和酶活性中心結(jié)合：vmax不變，Km增大非競爭性抑制，酶可同時與底物和抑制劑結(jié)合，兩者無競爭作用：vmax減小，Km不變反競爭性抑制，酶只有與底物結(jié)合后，才可和抑制劑結(jié)合：vmax減小，Km減小底物抑制作用：底物抑制時的速度曲線12/44酶的抑制作用分為可逆抑制與不可逆抑制底物抑制時的57/44酶的生產(chǎn)及分離純化微生物是主要的酶源：酶源廣泛、產(chǎn)量高、生長周期短、成本低、易管理、易提取酶必須經(jīng)過純化才可使用，一般認(rèn)為黑曲霉、酵母、枯草芽孢桿菌等是安全的酶生產(chǎn)菌株酶生產(chǎn)菌的選擇：不是致病菌/不產(chǎn)生毒素不易退化/不易感染噬菌體產(chǎn)量高/胞外酶原料廉價/發(fā)酵周期短/易培養(yǎng)13/44酶的生產(chǎn)及分離純化微生物是主要的酶源：酶源廣泛、產(chǎn)58/44酶的分離純化一般包括預(yù)處理與酶抽提、粗分離、細(xì)分離、結(jié)晶等14/44酶的分離純化一般包括預(yù)處理與酶抽提、粗分離、細(xì)分離59/44酶分離純化的常用方法15/44酶分離純化的常用方法60/44酶提取生物材料的破碎：機械法、物理法、化學(xué)法、酶解法酶的提?。合嗨葡嗳埽?、堿、鹽溶液，有機溶劑沉淀：鹽析法、PEG沉淀法、有機溶劑沉淀法、等電點沉淀法、熱處理沉淀法等層析：利用混合物中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)不同，使各組分在兩相中的分布程度不同而達(dá)到分離。包括凝膠過濾層析、離子交換層析、親和層析、高效液相色譜層析等電泳：由于蛋白質(zhì)分子表面電荷的差異，可用電泳方法將其分離開來。常用的區(qū)帶電泳有聚丙烯酰胺凝膠電泳和等電點聚焦等16/44酶提取生物材料的破碎：機械法、物理法、化學(xué)法、酶解61/44酶固定化游離酶的穩(wěn)定性差，且不利于其和目標(biāo)產(chǎn)物分離和回收利用，固定化技術(shù)應(yīng)運而生固定化酶是指固定在載體上并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)的酶，其既保持了酶的活性，又可反復(fù)使用，且易于分離固定化方法包括吸附法、結(jié)合法和包埋法固定化方法17/44酶固定化游離酶的穩(wěn)定性差，且不利于其和目標(biāo)產(chǎn)物分離62/44

酶反應(yīng)器以酶為催化劑進(jìn)行反應(yīng)所需要的設(shè)備稱為酶反應(yīng)器根據(jù)反應(yīng)類型、動力學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)器類型和流體流動狀態(tài)、熱傳遞及溫度的影響、生產(chǎn)量和工藝流程、操作穩(wěn)定性等選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器反應(yīng)器的設(shè)計目標(biāo)應(yīng)該達(dá)到：容積生產(chǎn)率高、條件易控制、耗能低、污染少、反應(yīng)器加工簡便酶反應(yīng)器的類型18/44酶反應(yīng)器以酶為催化劑進(jìn)63/442酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用腈化物降解酶氨氧化酶酶在廢水處理中的應(yīng)用含芳香族化合物廢水處理造紙廢水處理含氰（腈）廢水處理食品加工廢水處理酶在土壤修復(fù)中的應(yīng)用19/442酶工程在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用腈化物降解酶64/442.1腈化物降解酶腈化物是指含有腈基的有機化合物（R-CN），是重要的化工原料，但其也具有強烈的生物毒性、致癌性和致突變性，因此是一種急需治理的有機污染物腈化物酶催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物R和R‘分別代表烷基和芳基20/442.1腈化物降解酶腈化物是指含有腈基的有機化合物65/44腈化物降解酶的分布及應(yīng)用包括腈化物水解酶、腈化物水合酶和酰胺酶，細(xì)菌中常見，植物和真菌中少見，其可利用腈化物為唯一碳源和氮源進(jìn)行代謝，微生物代謝機理尚不完全清楚已應(yīng)用于植物激素吲哚乙酸的生物合成、腈化物的生物轉(zhuǎn)化以及腈化物污染環(huán)境的生物修復(fù)等領(lǐng)域21/44腈化物降解酶的分布及應(yīng)用包括腈化物水解酶、腈化物水66/44腈化物的酶水解途徑腈化物的酶水解通過兩條途徑進(jìn)行腈化物水解酶直接水解腈化物，形成相應(yīng)的有機酸和氨腈化物水合酶催化有機腈水合，形成中間產(chǎn)物酰胺，然后在酰胺酶的作用下轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的有機酸和氨22/44腈化物的酶水解途徑腈化物的酶水解通過兩條途徑進(jìn)行67/44腈化物水解酶可將腈化物直接水解成有機酸和氨是一個可溶性的金屬酶，在催化活性部位含有一個非血紅素鐵原子或非類可啉鈷原子，此外還含有相對分子質(zhì)量約為23000的兩個亞基，幾乎都以雜四聚體形式存在一些鐵類的腈化物水解酶的活性受光調(diào)節(jié)——“光復(fù)活”的作用機制根據(jù)底物專一性可分為：芳香腈水解酶、雜環(huán)腈水解酶和脂肪腈水解酶23/44腈化物水解酶可將腈化物直接水解成有機酸和氨68/44腈化物水合酶可將腈化物轉(zhuǎn)化為酰胺是含有鈷和鐵的金屬酶可能的反應(yīng)機理腈化物接近與金屬結(jié)合的氫氧根離子，該離子作為親核試劑進(jìn)攻腈化物的碳原子與金屬結(jié)合的氫氧根離子作為一般的堿，激活水分子，然后進(jìn)攻腈化物中的碳原子，形成酰亞胺，最終重排成酰胺24/44腈化物水合酶可將腈化物轉(zhuǎn)化為酰胺69/44腈化物水合酶的光激活和酶催化機理25/44腈化物水合酶的光激活和酶催化機理70/44酰胺酶能夠水解酰胺形成有機酸和氨少量微生物的酰胺酶與金屬結(jié)合酰胺酶催化反應(yīng)機理26/44酰胺酶能夠水解酰胺形成有機酸和氨酰胺酶催化反應(yīng)機71/442.2氨氧化酶硝化反應(yīng)是氮循環(huán)的重要步驟，氨氧化過程是其限速步驟氨氧化細(xì)菌屬于專性化能自養(yǎng)菌，從氧化NH4+為NO2-的過程獲得能量，利用CO2為碳源進(jìn)行細(xì)胞合成NH4+氧化為NO2-的過程經(jīng)過兩個步驟氨單氧合酶（AMO）催化的反應(yīng)：2H++NH4++2e-+O2→NH2OH+H2O+2H+羥胺氧化還原酶（HAO）催化的反應(yīng)：NH2OH+H2O→HONO+4e-+4H+

27/442.2氨氧化酶硝化反應(yīng)是氮循環(huán)的重要步驟，氨氧化72/44氨氧化途徑及其相關(guān)基因28/44氨氧化途徑及其相關(guān)基因73/442.3酶在廢水處理中的應(yīng)用酶法處理污染物與生物法相比的優(yōu)勢：可以處理生物難降解化合物可以處理各種濃度污染物，尤其是低濃度有機污染物可以在各種pH/溫度/鹽度環(huán)境下使用不存在沖擊負(fù)荷效應(yīng)不存在與生物生長及其適應(yīng)相關(guān)的滯后效應(yīng)不產(chǎn)生污泥過程控制簡易29/442.3酶在廢水處理中的應(yīng)用酶法處理污染物與生物法74/44含芳香族化合物廢水處理芳香族化合物，包括酚和芳香胺，屬于優(yōu)先控制污染物很多酶可用于芳香族化合物廢水處理酶具有高度選擇性，能處理低濃度廢水不易被有生物毒性的物質(zhì)所抑制可在較大濃度范圍內(nèi)發(fā)揮作用停留時間較短30/44含芳香族化合物廢水處理芳香族化合物，包括酚和芳香胺75/44過氧化物酶是微生物或植物產(chǎn)生的一類氧化還原酶，在過氧化物的激活下，才可用于氧化底物辣根過氧化物酶（HRP）：是酶處理廢水領(lǐng)域中應(yīng)用最多的一種酶，可催化多種芳香族化合物，包括酚/苯胺/聯(lián)苯胺/及其異構(gòu)體等，反應(yīng)產(chǎn)物是沉淀，易去除，pH值和溫度范圍較廣木質(zhì)素過氧化物酶（LiP）：可處理很多難降解芳香族化合物和多環(huán)芳烴、酚類物質(zhì)，穩(wěn)定性是其應(yīng)用的關(guān)鍵，固定化是有效方法植物來源的酶31/44過氧化物酶是微生物或植物產(chǎn)生的一類氧化還原酶，在過76/44聚酚氧化酶屬于另一類能夠催化酚類物質(zhì)氧化的氧化還原酶酪氨酸酶，也叫酚酶或兒茶酚酶，催化兩個連續(xù)的反應(yīng)單分子酚與氧分子通過氧化還原反應(yīng)形成鄰苯二酚鄰苯二酚再脫氫形成苯醌，苯醌不穩(wěn)定，通過非酶催化聚合反應(yīng)形成沉淀

漆酶，由真菌產(chǎn)生，通過聚合反應(yīng)去除酚類，且能同時對多種酚類產(chǎn)生作用32/44聚酚氧化酶屬于另一類能夠催化酚類物質(zhì)氧化的氧化還原77/44造紙廢水處理廢水漂白過程中會產(chǎn)生黑褐色廢水，且含有有毒和致突變的氯化物辣根過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶均可用于造紙廢水脫色造紙制漿和脫墨操作中產(chǎn)生的污染，含有大量的纖維素，可由纖維素酶、纖維二糖水合酶、β-葡萄糖酶等組成的混合酶系脫除并產(chǎn)生乙醇等有用能源物質(zhì)33/44造紙廢水處理廢水漂白過程中會產(chǎn)生黑褐色廢水，且含有78/44含氰（腈）廢水處理氰化物是新陳代謝抑制劑，具有致命危害氰化物酶能夠把氰化物轉(zhuǎn)化成氨和甲酸鹽，一步反應(yīng)硫氰化物可以通過常規(guī)廢水處理工藝得到處理，但降解機理尚不完全清楚含腈廢水可以通過腈化物水解酶、腈化物水合酶和酰胺酶去除硫氰化物水解酶的可能作用機理34/44含氰（腈）廢水處理氰化物是新陳代謝抑制劑，具有致命79/44食品加工廢水處理易于分解或轉(zhuǎn)化為飼料等經(jīng)濟價值產(chǎn)品蛋白酶：水解酶，可水解蛋白質(zhì)得到營養(yǎng)飼料，在魚肉加工工業(yè)廢水中得以廣泛應(yīng)用淀粉酶：多糖水解酶，將多糖轉(zhuǎn)變?yōu)閱翁牵捎糜诎l(fā)酵產(chǎn)酒精等，可用于大米加工等含淀粉廢水處理