華北理工水處理生物學(xué)課件02細菌的生理特性-2酶及其作用

第二節(jié)

酶及其作用微生物的新陳代謝都是在各種酶的作用下完成的，因此細菌的生長與繁殖與酶密切相關(guān)。在水處理中，有機物的降解與微生物的種類和數(shù)量相關(guān)，而微生物的生長又與酶密切相關(guān)。酶及其命名和分類酶是生物細胞內(nèi)自己制成的催化劑（生物催化劑）。酶的基本成分是蛋白質(zhì)，催化效率比一般的無機催化劑高達千、萬、乃至千萬倍。編號：根據(jù)酶催化的反應(yīng)類型及所處的亞類可以對其進行編號，如EC1.1.1.27——乳酸脫氫酶命名：每一種酶都有系統(tǒng)名和慣用名。系統(tǒng)名：底物名稱：反應(yīng)類型L-乳糖：NAD氧化還原酶酶的組成根據(jù)酶的組成可以分為兩類：一類是只含蛋白質(zhì)的叫做單成分酶；單成分酶=酶蛋白如水解酶類另一類是全酶，由蛋白質(zhì)和不含氮的小分子有機物組成，或由蛋白質(zhì)和不含氮的小分子有機物加上金屬離子組成。全酶中的各種成分缺一不可，否則全酶會喪失催化活性。全酶=酶蛋白+有機物如各種脫氫酶類全酶=酶蛋白+有機物+金屬離子

如丙酮酸脫氫酶全酶=酶蛋白+金屬離子

如細胞色素氧化酶酶各種組分的功能：酶蛋白起加速生物、化學(xué)反應(yīng)的作用；輔基和輔酶起傳遞電子、原子、化學(xué)基團的作用，金屬離子除傳遞電子外，還起激活劑的作用。酶的分類根據(jù)酶促反應(yīng)性質(zhì)可以區(qū)分為以下六大類1.水解酶類水解酶類是催化大分子有機物水解反應(yīng)的酶。2.氧化還原酶類脫氫酶：能活化基質(zhì)上的氫并轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)，使基質(zhì)因脫氫而氧化。氧化酶：能活化分子氧（空氣中的氧）作為電子受體而形成水，或使氧轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)，前者還原后者氧化。酶的分類3.轉(zhuǎn)移酶：能催化一種化合物分子上的基團轉(zhuǎn)移到另一種化合物分子上。4.同分異構(gòu)酶：能推動化合物分子內(nèi)的變化，形成同分異構(gòu)體。5.裂解酶：能催化有機物碳鏈的斷裂，產(chǎn)生碳鏈較短的產(chǎn)物。6.合成酶：能催化合成反應(yīng)。酶的催化特性1.高效催化作用——催化劑的共性酶積極參加生化反應(yīng)，加快反應(yīng)速度，但不改變反應(yīng)平衡點，酶反應(yīng)前后的性質(zhì)和數(shù)量不變。酶的催化效率比一般催化劑高幾千至上百億倍。催化原理——降低反應(yīng)活化能H2O2分解反應(yīng)的活化能催化劑反應(yīng)活化能（kJ/mol)過氧化氫酶8.36膠態(tài)鈀48.94無催化劑75.24

在一個酶催化的具體反應(yīng)中，往往是多種催化因素的協(xié)同作用，從而表現(xiàn)出酶催化功能的高效性。這是一般化學(xué)催化劑所無法比擬的。酶的催化特性2.酶催化作用的專一性一種酶只能作用于一種物質(zhì)或一類物質(zhì)，如淀粉酶催化淀粉水解反應(yīng)生成糖，蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解生成氨基酸等。3.酶催化作用的可逆性酶的催化特性4.酶催化作用的溫和性酶的催化作用只需在常溫常壓和近中性的水中即可反應(yīng)，一般的催化劑需要在高溫高壓強酸等條件下發(fā)揮作用。5.酶的不耐熱性酶是蛋白質(zhì)，高溫可使之喪失活性，強酸強堿也可以破壞酶的活性。酶的催化特性6.酶活力的可調(diào)節(jié)性酶的活力（催化活性）受許多因素（抑制劑、激活劑等）影響，可以調(diào)節(jié)。酶的活力酶的活力（活性）：在一定條件下，酶所催化反應(yīng)的反應(yīng)速度，稱為酶的活力。酶的活力單位：在25℃，最適宜pH值，最適宜的緩沖溶液和最佳底物濃度等條件下，每分鐘能使1μmol底物轉(zhuǎn)化的酶量定為一個酶活力單位。酶的活力與酶的種類及含量有關(guān)。酶的活性中心：指酶蛋白分子中與底物結(jié)合，并直接起催化作用的小部分氨基酸區(qū)域（或微區(qū)）。影響酶促反應(yīng)的因素

1.[E]對酶促反應(yīng)的影響理論：酶促反應(yīng)速度與[E]成正比，即當(dāng)[S]足夠大時，[E]越大，酶促反應(yīng)速度越快。實際：當(dāng)[E]達到一定濃度時，酶促反應(yīng)速度就趨于平緩。[E]v酶濃度與v的關(guān)系[S]v2.[S]對酶促反應(yīng)的影響當(dāng)[E]為定值，且[S]從零逐漸增大時，酶促反應(yīng)與[S]成正比。但當(dāng)所有的E變成了EP后，即使再增加[S]，酶促反應(yīng)速度也不會增加。當(dāng)[S]為定值時，酶促反應(yīng)速度與初始[E0]成正比。底物濃度與v的關(guān)系酶0.004酶0.003酶0.002酶0.001影響酶促反應(yīng)的因素3.溫度對酶促反應(yīng)的影響酶在最佳適應(yīng)范圍內(nèi)，它的活性最高，酶促反應(yīng)速度最大。溫度升高10℃，酶促反應(yīng)速度提高1～2倍。過高過低溫度都會影響酶促反應(yīng)，但也有很大不同：高溫時，酶會受到破壞，發(fā)生不可逆變性，甚至完全失去活性。低溫時，可降低酶的活性，但不會失去活性，當(dāng)溫度恢復(fù)時，活性即恢復(fù)。溫度與v的關(guān)系Tv影響酶促反應(yīng)的因素4.pH對酶促反應(yīng)的影響酶在最適pH值范圍內(nèi)才表現(xiàn)出正?；钚?，過高過低的pH值都會降低酶的活性。pH對酶活性的影響：a.改變底物與酶的帶電狀態(tài)，影響二者結(jié)合；b.過高、過低pH值都會影響酶的穩(wěn)定性，使酶受到不可逆破壞。影響酶促反應(yīng)的因素pH值酶促反應(yīng)速度5.激活劑對酶促反應(yīng)的影響能夠?qū)γ钙浼せ钭饔玫奈镔|(zhì)稱為激活劑。如：Fe2+、Cu2+、Br－、SO42-、維生素等。某些酶必須在加入激活劑后才會真正表現(xiàn)出催化性能或增強催化性能。微生物體內(nèi)有的酶雖然形成了，但并不起催化作用，稱為酶原。當(dāng)加入了催化劑后才會表現(xiàn)為催化作用。影響酶促反應(yīng)的因素6.抑制劑對酶促反應(yīng)的影響有些物質(zhì)可減弱、抑制、破壞酶活性，稱為抑制劑。如：重金屬離子Ag+、Hg2+、CO、H2S等。抑制劑作用機理：a.競爭性抑制b.非競爭性抑制影響酶促反應(yīng)的因素酶催化作用的基本原理中間產(chǎn)物學(xué)說誘導(dǎo)契合學(xué)說酶的活性中心結(jié)構(gòu)與底物近似吻合，在酶與底物相接觸時，可誘導(dǎo)酶的活性中心結(jié)構(gòu)發(fā)生構(gòu)象改變，從而與底物結(jié)構(gòu)吻合，結(jié)合成中間產(chǎn)物，引起底物發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生產(chǎn)物。酶的催化作用與分子活化能酶能夠降低底物分子的活化能，從而加快反應(yīng)速度。底物濃度對酶促反應(yīng)速度影響的動力學(xué)（米門公式）酶促反應(yīng)的中間產(chǎn)物學(xué)說酶在催化某一反應(yīng)時，首先酶與底物相結(jié)合成一個不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，然后再分解生成產(chǎn)物與酶。底物濃度對酶促反應(yīng)速度影響的動力學(xué)（米門公式）幾點常識：后一步反應(yīng)必然受前一步達平衡時的速度所制約，亦后一步速度小于前一步速度。由于酶的催化活性很高，它的濃度往往是足量的當(dāng)整個反應(yīng)達平衡時，中間產(chǎn)物ES濃度不變，其生成速度與分解速度相等。米門公式推導(dǎo)（酶促反應(yīng)速度與基質(zhì)濃度的關(guān)系）3.關(guān)于km的討論km近似表示酶對底物親和力的大小km小，說明ES生成趨勢大于分解趨勢，即酶與底物的親和力高，反應(yīng)越趨完全km大，說明ES分解趨勢大于生成趨勢，即酶與底物的親和力低，反應(yīng)越趨不完全km是酶的特性常數(shù)，至于酶種類性質(zhì)有關(guān)，與酶的濃度無關(guān)，受pH、T影響，如果同一種酶有幾種底物，就有幾個km，km值最小的稱為最適底物。4.米門公式的討論酶促反應(yīng)速度vmaxvmax/2km[S]ABCO4.米門公式的討論5.未知參數(shù)的求解1/vkm/vmax1/vmax1/[S]6.Monod方程-基質(zhì)濃度與微生物比增長速率的關(guān)系7.Lawrence-McCarty公式

反應(yīng)器中有機物降解與微生物量、有機物濃度