酶工程-01-酶和酶工程概論課件

酶工程

EnzymeEngineering趙珺華僑大學(xué)化工學(xué)院生物工程與技術(shù)系Cell-mail:zhaojun@酶工程

EnzymeEngineering趙珺課程簡(jiǎn)介本課程講授酶學(xué)和酶工程的相關(guān)知識(shí)，包括酶的生產(chǎn)、酶的改性以及酶的應(yīng)用課程性質(zhì)專業(yè)必修課，36學(xué)時(shí)，2學(xué)分適用對(duì)象：生物工程專業(yè)先修課程有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程課程簡(jiǎn)介本課程講授酶學(xué)和酶工程的相關(guān)知識(shí)，包括酶課程簡(jiǎn)介教材和教學(xué)參考書(shū)教材：《酶工程》（第三版），郭勇編著，科學(xué)出版社，2009課程簡(jiǎn)介教材和教學(xué)參考書(shū)課程簡(jiǎn)介教材和教學(xué)參考書(shū)教學(xué)參考書(shū)《酶工程》（第二版），羅貴民主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2008《現(xiàn)代酶學(xué)》（第二版），袁勤生主編，華東理工大學(xué)出版社，2001《酶學(xué)原理與酶工程》，周曉云主編，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007課程簡(jiǎn)介教材和教學(xué)參考書(shū)課程簡(jiǎn)介課程主要內(nèi)容酶和酶工程概論（第一章）酶的生產(chǎn)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶（第二章）動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶（第三章）酶的提取與分離純化（第四章）酶的改性酶分子修飾（第五章）酶、細(xì)胞、原生質(zhì)體固定化（第六章）酶非水相催化（第七章）人工酶（知識(shí)拓展）酶的應(yīng)用酶反應(yīng)器（第九章）酶的應(yīng)用（第十章）課程簡(jiǎn)介課程主要內(nèi)容課程簡(jiǎn)介教學(xué)目的和要求以酶學(xué)的內(nèi)容為基礎(chǔ)，酶的工程應(yīng)用為主，融入各章節(jié)內(nèi)容中通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求系統(tǒng)地掌握酶的生產(chǎn)、改性與應(yīng)用的技術(shù)過(guò)程理解和掌握酶工程的主要理論、概念，掌握酶工程的研究方法，熟悉工程應(yīng)用了解相關(guān)的新進(jìn)展考核方式期末筆試（閉卷）課程簡(jiǎn)介教學(xué)目的和要求酶工程

EnzymeEngineering第一課酶和酶工程概論酶工程

EnzymeEngineering第一酶和酶工程概論酶（enzyme）活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化功能的生物分子，又稱為生物催化劑（Biocatalysts）蛋白類酶（proteozyme，P酶）由蛋白質(zhì)構(gòu)成，部分含有金屬及輔基，不含核酸成分核酸類酶（ribozyme，R酶）是具有催化能力的RNA分子內(nèi)催化和分子間催化酶和酶工程概論酶（enzyme）酶和酶工程概論酶工程（enzymeengineering）將酶或者微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器等在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會(huì)生活的一門(mén)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代酶學(xué)理論與化工技術(shù)的交叉應(yīng)用領(lǐng)域食品工業(yè)輕工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)酶和酶工程概論酶工程（enzymeengine酶和酶工程概論本章主要內(nèi)容酶的基本概念和發(fā)展歷史酶催化作用特點(diǎn)影響酶催化作用的因素酶的分類與命名酶的活力測(cè)定酶的生產(chǎn)方法酶工程發(fā)展概況酶和酶工程概論本章主要內(nèi)容酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史遠(yuǎn)古時(shí)代——古老的“食品工業(yè)”中國(guó)夏禹時(shí)代：釀酒、釀醋——粬醪、醴、糵、麴(曲，粬)兩周時(shí)代：飴糖、食醬、腌菜豆：兩周時(shí)代的重要禮器和食器，盛放腌菜春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：用麴治療消化不良的疾病公元十世紀(jì)：制豆醬利用曲霉中的蛋白酶水解豆類蛋白得到酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史遠(yuǎn)古時(shí)代——古老的“食品工業(yè)”古埃及、古巴比倫時(shí)代：麥粉發(fā)酵釀造啤酒磨粉、去糠、打碎麥芽萌發(fā)、浸潤(rùn)成酒發(fā)酵、裝瓶酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展18世紀(jì)中后期，法國(guó)科學(xué)家Réaumurbuzzard（鵟，禿鷹）的胃液對(duì)肉塊具有消化作用，這是一種化學(xué)變化而非物理變化過(guò)程（如溶解），而且這個(gè)化學(xué)變化是在很“溫和”的條件下實(shí)現(xiàn)的1783年，Spallazani通過(guò)實(shí)驗(yàn)闡明了不僅鳥(niǎo)的胃液，其它動(dòng)物和人的胃液也有類似的消化作用，這個(gè)作用還與溫度、胃液加量有關(guān)，而且在體外是不穩(wěn)定的，活性會(huì)逐漸喪失最早的酶學(xué)實(shí)驗(yàn)酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展1810年，Planche的實(shí)驗(yàn)從植物根中分離出一種物質(zhì)，能使創(chuàng)木酯氧化變藍(lán)1814年，Kirchhoff發(fā)現(xiàn)某些谷物的種子在發(fā)酵時(shí)能生成還原糖1826年，Mitscherlich提出“酵素”的概念，這是酶最早的名稱1833年，Payen和Persoz用酒精處理麥芽水抽提液，得到白色無(wú)定形粉末，命名為diastase酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展19世紀(jì)中葉，Pasteur認(rèn)為酵母中存在一種使葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精的物質(zhì)，但他認(rèn)為只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵1878年，Kühne“Enzyme”的誕生：En（在）+Zyme（酵母），表示酶在酵母中1898年，Duelaux提出引用diastase的后三個(gè)字母“ase”作為酶命名的詞根酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——十八世紀(jì)始，酶學(xué)的萌芽和初步發(fā)展1894年，TakamineJoichi（高峰讓吉）利用米霉菌固體培養(yǎng)法生產(chǎn)Taka淀粉酶（第一個(gè)商品酶制劑），其方法至今仍被采用1896年（另一說(shuō)1897年），Buchner兄弟發(fā)現(xiàn)酵母粗提液也能將糖發(fā)酵成酒精表明起作用的非細(xì)胞本身，在細(xì)胞外也可以發(fā)生作用此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了酶的分離和對(duì)其理化性質(zhì)的研究，也促進(jìn)了生命過(guò)程中酶系統(tǒng)的研究。一般認(rèn)為酶學(xué)研究始于此Buchner獲得了1907年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶作用學(xué)說(shuō)的提出1902年，Henri——中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)

底物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物之前，必須先與酶形成復(fù)合物1913年，Michaelis和Menten——米氏方程

1925年，Briggs和Handane提出“擬穩(wěn)態(tài)”學(xué)說(shuō)，對(duì)米氏方程作重要修正酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶作用學(xué)說(shuō)的提出1894年，EmilFisher——鎖鑰學(xué)說(shuō)酶分子和底物在結(jié)構(gòu)上需有嚴(yán)格的互補(bǔ)關(guān)系底物須契合到酶的活性中心，如同鑰匙插入鎖中酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究1926年，J.Sumner從刀豆中提取脲酶（urease），首次獲得酶的結(jié)晶體1937年又獲得過(guò)氧化氫酶結(jié)晶證實(shí)了酶是蛋白質(zhì)獲得1946年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史近代——酶的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)研究1957年，Sanger報(bào)道了胰島素的氨基酸序列，這是第一次闡明一個(gè)蛋白質(zhì)的氨基酸全序列1963年，第一個(gè)酶的氨基酸系列被報(bào)道（核糖核酸酶）1969年，首次報(bào)道由氨基酸化學(xué)合成牛胰核糖核酸酶，定性證明酶和普通的生物催化劑沒(méi)有區(qū)別從此，酶的結(jié)構(gòu)與功能和它的氨基酸系列全面掛鉤。一級(jí)結(jié)構(gòu)決定三級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定其功能酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時(shí)期1958年，DanielE.Koshland ——誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)酶是具有柔性的大分子底物與酶分子互相碰撞時(shí)，可誘導(dǎo)酶的構(gòu)象與底物相吻合，才能形成中間絡(luò)合物1961年，Monod等人“變構(gòu)模型”，定量解釋某些酶活性可以通過(guò)與效應(yīng)物結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)，揭示了酶的調(diào)控作用DanielE.Koshland酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史Daniel酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時(shí)期核酸類酶（Ribozyme）的發(fā)現(xiàn)1982年，Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)（Tetrahymena）的26SrRNA前體在完全沒(méi)有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行自我加工，催化得成熟的rRNA1983年，Atman和Pace等人發(fā)現(xiàn)核糖核酸酶P中的RNA組分M1RNA具有核糖核酸酶的催化活性，單獨(dú)催化tRNA前體切除部分核苷酸而成為成熟的tRNAThomasCech酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史Thomas酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時(shí)期核酸類酶（Ribozyme）的發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)TetrahymenarRNA內(nèi)含子的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史四膜蟲(chóng)Tet酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史現(xiàn)代酶學(xué)——快速發(fā)展時(shí)期Ribozyme發(fā)現(xiàn)的重大意義RNA具有酶的催化活性，向酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)這一傳統(tǒng)概念提出了挑戰(zhàn)在理論上，對(duì)于生物起源和生命進(jìn)化的研究具有重要啟示Ribozyme具有內(nèi)切酶活性，可定點(diǎn)切割mRNA，破壞mRNA，抑制基因表達(dá)，為基因、病毒和腫瘤治療提供了可行途徑酶和酶工程概論酶的基本概念和發(fā)展歷史酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)催化劑的共性用量少而催化效率高能夠改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但是不能改變化學(xué)反應(yīng)平衡降低反應(yīng)的活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行一般要與反應(yīng)物形成過(guò)渡態(tài)酶催化反應(yīng)的特性專一性強(qiáng)催化效率高催化反應(yīng)的條件溫和酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)催化作用的專一性專一性：一定條件下，一種酶只能催化一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種類型反應(yīng)的特性絕對(duì)專一性：一種酶只能催化一種底物進(jìn)行一種反應(yīng)構(gòu)型專一性——立體異構(gòu)選擇性，順?lè)串悩?gòu)選擇性專一底物——如脲酶催化尿素的分解反應(yīng)相對(duì)專一性：一種酶催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物進(jìn)行某種相同類型的反應(yīng)鍵專一性——作用于相同化學(xué)鍵的一類底物，如酯酶基團(tuán)專一性——作用于相同基團(tuán)的一類底物，如胰蛋白酶酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的機(jī)制酶分子的活性中心，一般都含有多個(gè)具有催化活性的手性中心，這些手性中心對(duì)底物分子構(gòu)型取向起著誘導(dǎo)和定向的作用，使反應(yīng)可以按單一方向進(jìn)行酶能夠區(qū)分對(duì)稱分子中等價(jià)的潛手性基團(tuán)，即一個(gè)具有潛手性基團(tuán)的底物與酶結(jié)合后，將向著與酶結(jié)合位點(diǎn)構(gòu)象相匹配的構(gòu)型的方向發(fā)生轉(zhuǎn)化酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說(shuō)“三點(diǎn)結(jié)合”的催化理論酶與底物的結(jié)合處至少有三個(gè)點(diǎn)，而且只有一種情況是完全結(jié)合的形式。只有這種情況下，不對(duì)稱催化作用才能實(shí)現(xiàn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說(shuō)鎖－鑰學(xué)說(shuō)整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是剛性的，酶表面具有特定的形狀酶與底物的結(jié)合，如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說(shuō)誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為酶表面并沒(méi)有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用專一性的相關(guān)學(xué)說(shuō)結(jié)構(gòu)性質(zhì)互補(bǔ)假說(shuō)酶同底物結(jié)合的專一性，與底物結(jié)構(gòu)和酶的活性中心的空間結(jié)構(gòu)相關(guān)，二者的結(jié)構(gòu)是互補(bǔ)的如果底物是解離的，則酶的活性中心的空間結(jié)構(gòu)必然帶相反的電荷才能很好結(jié)合而且底物同酶活性中心的極性也必然相同酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用效率高酶的催化作用可使反應(yīng)速度提高107～1013倍例如：H2O2的分解反應(yīng)Fe3+催化，效率為6×10-4mol/(mol·s)過(guò)氧化氫酶催化，效率為6×106mol/(mol·s)過(guò)氧化氫酶將H2O2分解反應(yīng)的活化能從75.24kJ·mol-1降低到8.36kJ·mol-1酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶催化作用效率高酶與非酶催化時(shí)所需的活化能示意圖圖中酶催化反應(yīng)和非酶催化反應(yīng)的活化能差異顯著非酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)活化能反應(yīng)過(guò)程酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)非酶催化反應(yīng)酶催化酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶促反應(yīng)條件溫和酶促反應(yīng)一般在pH5～8水溶液中進(jìn)行，溫度范圍為20～40oC，即通常的生理?xiàng)l件高溫或其它苛刻的物理或化學(xué)條件，將引起酶的失活原因：酶催化所需活化能低酶是生物大分子，易變性而失活酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶活力可調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)：誘導(dǎo)與阻遏，如乳糖操縱子動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)：加入酶的激活劑或抑制劑控制酶促反應(yīng)速率修飾調(diào)節(jié)：對(duì)酶分子進(jìn)行修飾改造，改變其活性酶原激活：前體酶經(jīng)過(guò)一系列激活生成具有活性的酶某些酶催化活力與輔酶、輔基及金屬離子有關(guān)金屬離子能維持酶活性中心的構(gòu)型輔酶基團(tuán)可以傳遞質(zhì)子和電子基團(tuán)轉(zhuǎn)移功能酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)常見(jiàn)輔酶輔酶前體維生素功能全酶NAD(P)+(輔酶I、II)B5(煙酰胺)傳遞質(zhì)子和電子脫氫酶FAD、FMN(黃素輔酶)B2(核黃素)傳遞質(zhì)子和電子脫氫酶TPP(硫胺素焦磷酸酯)B1(硫胺素)基團(tuán)轉(zhuǎn)移脫羧酶THFA(四氫葉酸)B11(葉酸)C1基團(tuán)轉(zhuǎn)移合成酶輔酶AB3(泛酸)酰基轉(zhuǎn)移合成酶生物素B7(生物素)CO2轉(zhuǎn)移羧化酶磷酸吡哆素B6(吡哆醛/胺)轉(zhuǎn)氨基轉(zhuǎn)氨酶輔酶B12B12(鈷胺素)異構(gòu)化變位酶硫辛酸傳遞氫和乙?；D(zhuǎn)移丙酮酸脫氫酶系泛醌(輔酶Q)傳遞質(zhì)子和電子氧化還原酶、脫氫酶酶和酶工程概論酶催化作用的特點(diǎn)輔酶前體維生素功能酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素底物濃度酶濃度溫度反應(yīng)體系pH值抑制劑激活劑酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素底物濃度對(duì)酶活的影響Michaelis-Menten方程當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)，酶促反應(yīng)速率與底物濃度成正比，符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)?shù)孜餄舛群芨邥r(shí)，反應(yīng)速率不隨底物濃度的改變而變化，符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——快速平衡（rapidequilibrium）假設(shè)及其三個(gè)條件測(cè)定的速度為反應(yīng)初速度，底物消耗很少，產(chǎn)物P的生成極少，不考慮由P+E逆轉(zhuǎn)生成ES的可能性底物濃度[S]遠(yuǎn)大于酶濃度[E]，ES形成不會(huì)明顯降低[S]，[S]以起始濃度[S0]計(jì)酶和底物結(jié)合物ES合成速度顯著快于ES形成P+E速度，也就是說(shuō)E+S?ES的可逆反應(yīng)在測(cè)定初速度時(shí)已達(dá)到平衡，ES分解生成產(chǎn)物不足以破壞這個(gè)平衡酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——快速平衡假設(shè)設(shè)ES形成E+S的解離常數(shù)為Ks，則有平衡時(shí)，[S]不變（假設(shè)(2)），由式(1-1)和式(1-2)得(1-1)(1-2)(1-3)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-1)(1酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——快速平衡假設(shè)由假設(shè)(1)，由條件(2)，由此可得將式(1-4)、式(1-6)代入式(1-3)可得(1-4)(1-5)(1-6)(1-7)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-4)(1酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——擬穩(wěn)態(tài)（quasi-steady-state）假設(shè)及其條件在初速度范圍內(nèi)，酶濃度[E]遠(yuǎn)低于底物濃度[S]，則酶－底物復(fù)合物濃度[ES]也很低除了反應(yīng)初期的瞬間，[ES]的變化速率相對(duì)于產(chǎn)物濃度[P]而言可以忽略，即從復(fù)合物ES生成產(chǎn)物P是一個(gè)很快的過(guò)程。因此反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，復(fù)合物ES的積累不隨時(shí)間而變化酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)反應(yīng)速率可以表示為根據(jù)“擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)，定義(1-8)(1-9)(1-10)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-8)(1酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)可得又根據(jù)物料守恒，將式(1-11)代入式(1-12)得(1-11)(1-12)(1-13)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-11)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素Michaelis-Menten方程的推導(dǎo)——擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)將式(1-13)代入式(1-8)得Km和Ks的關(guān)系為可以說(shuō)，“快速平衡”假設(shè)的米氏方程只是“擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)方程中的一種特殊情況(1-14)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-14)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶濃度的影響在底物濃度足夠高的情況下，酶催化反應(yīng)速率與酶濃度成正比：酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素溫度對(duì)酶反應(yīng)速率的影響影響酶的穩(wěn)定程度，酶蛋白在過(guò)高溫度下將發(fā)生熱變性影響最大反應(yīng)速率，即影響k2影響酶和底物的結(jié)合，即影響Ks或k1和k-1影響酶和底物分子中某些解離基團(tuán)的pKa值酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素最適溫度（optimumtemparature）酶反應(yīng)速率隨著溫度的升高達(dá)到一個(gè)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度它不是酶催化反應(yīng)的特征值，受作用時(shí)間、底物濃度、酶濃度及反應(yīng)的pH等條件影響溫度提高時(shí)，在反應(yīng)速率增加的同時(shí)，酶蛋白變性失活的速率也迅速增加，所謂的最適溫度，實(shí)際上是這兩種因素綜合影響的結(jié)果酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素pH值對(duì)酶反應(yīng)速率的影響多數(shù)情況下，酶反應(yīng)速度隨pH的變化呈鐘罩形曲線最適pH（optimumpH）酶反應(yīng)速率隨pH變化達(dá)到最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的pH值不是常數(shù)，受許多因素影響酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素pH對(duì)酶及其反應(yīng)系統(tǒng)的影響改變酶空間構(gòu)象，使酶可逆或不可逆變性失活當(dāng)酶液的pH值回復(fù)到最適pH時(shí)，活力可完全恢復(fù)的稱為可逆失活，反之，則稱為不可逆失活改變反應(yīng)系統(tǒng)的組成成分，主要是影響酶、底物和酶－底物復(fù)合物的結(jié)合/解離狀態(tài)影響酶活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)，使底物不能分解為產(chǎn)物影響酶分子中底物結(jié)合部位的解離狀態(tài)，使其不能與底物結(jié)合影響底物的解離狀態(tài)，使底物不能與酶相結(jié)合，或結(jié)合后不能生成產(chǎn)物酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素抑制劑對(duì)酶反應(yīng)速率的影響凡能降低酶催化反應(yīng)速率的物質(zhì)都稱之為抑制劑抑制劑與酶的必需基團(tuán)（包括活性基團(tuán)及輔基）結(jié)合，改變其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶反應(yīng)速率下降抑制劑對(duì)酶有選擇性，不包括酶蛋白的水解及變性失活作用酶抑制劑的特點(diǎn):在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過(guò)渡狀態(tài)相似能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合物酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素抑制類型不可逆抑制抑制劑與酶的活性中心發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，或共價(jià)地連接到酶分子的必需基團(tuán)上，阻礙了底物的結(jié)合或破壞了酶的催化基團(tuán)不能用透析或稀釋的方法除去抑制劑，酶活性難以恢復(fù)。不可逆抑制作用與時(shí)間有關(guān)可逆抑制抑制劑與酶蛋白以解離平衡為基礎(chǔ)，以非共價(jià)方式結(jié)合，引起酶活性暫時(shí)性喪失抑制劑可以通過(guò)物理方法（如透析等）被除去，并且能部分或全部恢復(fù)酶的活性。可逆抑制作用與時(shí)間無(wú)關(guān)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素可逆抑制作用的類型競(jìng)爭(zhēng)性抑制（competitiveinhibition）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（noncompetitiveinhibition）反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（uncompetitiveinhibitor）酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制（competitiveinhibition）抑制劑In和底物S對(duì)游離酶E的結(jié)合有競(jìng)爭(zhēng)作用，互相排斥酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)反應(yīng)速率方程：采用“擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)，(1-15)(1-16)(1-17)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-15)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)由式(1-16)和式(1-17)分別有又根據(jù)物料守恒，定義解離常數(shù)Km和KIn：(1-18)(1-19)(1-20)(1-21)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-18)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)因此將式(1-22)代入式(1-15)得(1-22)(1-23)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-22)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)性抑制的分析KIn是EIn復(fù)合物的解離常數(shù)，KIn越小，表示抑制強(qiáng)度越大表觀米氏常數(shù)Km,app比米氏常數(shù)Km大，意味著酶與底物親和力減低Vmax不變，說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)性抑制不影響最大反應(yīng)速率(1-24)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-24)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素競(jìng)爭(zhēng)性抑制的速率曲線酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（noncompetitiveinhibition）酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)致酶活性下降這類物質(zhì)并不是與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，而是與非活性中心結(jié)合，所以稱為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)方程由“快速平衡”假設(shè)推導(dǎo)出表觀最大反應(yīng)速率(1-25)(1-26)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-25)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特點(diǎn)酶分子可以和抑制劑In結(jié)合，生成EIn，也可和底物S結(jié)合，生成ES，再生成無(wú)活性的ESIn最大反應(yīng)速率Vmax下降米氏常數(shù)Km值不變某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的—SH基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競(jìng)爭(zhēng)性抑制酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的速率曲線酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素反競(jìng)爭(zhēng)性抑制（uncompetitiveinhibition）抑制劑In不能和游離酶結(jié)合，只和酶－底物復(fù)合物ES結(jié)合成無(wú)活性的三元復(fù)合物ESIn，也是說(shuō)S和E的結(jié)合不僅不排斥In，反而促進(jìn)In和E的結(jié)合在多元反應(yīng)體系中常見(jiàn)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的動(dòng)力學(xué)方程由“擬穩(wěn)態(tài)”假設(shè)可推導(dǎo)出表觀最大反應(yīng)速率和米氏常數(shù)(1-27)(1-28)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-27)(酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素反競(jìng)爭(zhēng)性抑制的速率曲線酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素激活劑對(duì)酶反應(yīng)速率的影響能夠增加酶催化活性，或使酶催化活性顯示出來(lái)的物質(zhì)稱為酶的激活劑或活化劑常見(jiàn)的激活劑有無(wú)機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Mn2+、Cl-等）和某些有機(jī)分子等。部分酶也可以作為激活劑激活作用的類型激活劑A與游離酶E相結(jié)合，形成活性酶復(fù)合物EA激活劑A與底物S相結(jié)合，形成復(fù)合的活性底物SA激活劑A與游離酶E、酶－底物復(fù)合物ES形成三元復(fù)合物EAS酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素A+EEA競(jìng)爭(zhēng)性激活作用，動(dòng)力學(xué)方程：A+E+SEAS非競(jìng)爭(zhēng)性激活作用，動(dòng)力學(xué)方程：(1-29)(1-30)酶和酶工程概論影響酶催化作用的因素(1-29)(酶和酶工程概論酶的分類與命名蛋白類酶（proteozyme，P酶）國(guó)際酶學(xué)委員會(huì)提出的酶的命名與分類方案六大類酶核酸類酶（ribozyme，R酶）分子內(nèi)催化R酶（incisribozyme）分子間催化R酶（intransribozyme）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名蛋白類酶（P酶）的命名規(guī)則p11推薦命名法——底物名+催化反應(yīng)類型+酶“水解酶”可以省略“水解”二字（如淀粉酶、蛋白酶等）有時(shí)可以加上酶的來(lái)源或特性（如胃蛋白酶、堿性磷酸酶等）系統(tǒng)命名法——底物名（供體：受體）+催化反應(yīng)類型+酶如果反應(yīng)中有多個(gè)底物，每個(gè)底物均需列出（水解反應(yīng)中的水可省略），底物名稱之間用“:”隔開(kāi)若底物有構(gòu)型，也需標(biāo)出酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶命名舉例e.g.1:[EC]乙醇脫氫酶——俗名乙醇：NAD+氧化還原酶——系統(tǒng)命名CH3CH2OH+NAD+

CH3CHO+NADH+H+——催化的反應(yīng)e.g.2:[EC]谷丙轉(zhuǎn)氨酶——俗名丙氨酸：-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶——系統(tǒng)命名丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸——催化的反應(yīng)酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶系統(tǒng)命名編號(hào)EC類.亞類.小類.序號(hào)EC：EnzymeCommission的縮寫(xiě)類——P酶的六大類氧化還原酶類（oxidoreductases）轉(zhuǎn)移酶類（transferases）水解酶類（hydrolases）裂合酶類（lyases）異構(gòu)酶類（isomerases）連接酶類（ligases）或合成酶類（synthetases）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶系統(tǒng)命名編號(hào)亞類——每個(gè)大類中，按照酶作用的底物、化學(xué)鍵或基團(tuán)的不同，分為若干亞類小類——每一亞類中再根據(jù)某一種相同的性質(zhì)劃分為若干小類序號(hào)——每一小類中包括若干具體的酶，按照一定的順序依次編號(hào)e.g.：-D-葡萄糖氧化還原酶[EC]氧化還原酶類反應(yīng)在供體的CH—OH基上進(jìn)行以氧為氫受體酶和酶工程概論酶的分類與命名氧化還原酶類反應(yīng)在供酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——氧化還原酶（oxidoreductases）催化受體A的氧化還原反應(yīng)的酶：很多情況下需要輔酶（如NAD+、FMN等）參與系統(tǒng)命名——A：B氧化還原酶推薦名A脫氫酶（dehydrogenase）或A還原酶（reductase）以O(shè)2作為氫受體時(shí)——A氧化酶（oxidase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——轉(zhuǎn)移酶（transferases）催化某基團(tuán)X從供體化合物A轉(zhuǎn)移到受體化合物B上的酶系統(tǒng)命名——A：B基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶L-丙氨酸：2-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)移酶[EC]推薦名——A基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶/B基團(tuán)X轉(zhuǎn)移酶丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（alaninetransaminase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——水解酶（hydrolases）催化化合物AB進(jìn)行水解反應(yīng)的酶系統(tǒng)命名——AB：化學(xué)鍵水解酶5’-核苷酸磷酸水解酶[EC]（省略了“：水”）推薦名——AB（水解）酶5’-核苷酸酶（5'-nucleotidase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——裂合酶（lyases）催化一個(gè)化合物AB分解成兩個(gè)化合物A、B及其逆反應(yīng)的酶。一般裂合酶催化底物裂解為產(chǎn)物后，產(chǎn)生一個(gè)雙鍵系統(tǒng)命名——AB-裂解的基團(tuán)X-裂合酶（單底物）L-谷氨酸-1-羧基-裂合酶[EC5]推薦名谷氨酸脫羧酶（glutamatedecarboxylase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——異構(gòu)酶（isomerases）催化分子內(nèi)部基團(tuán)位置或構(gòu)象轉(zhuǎn)換的酶系統(tǒng)命名——底物+消旋酶/異構(gòu)酶/變位酶……推薦名——同系統(tǒng)命名或用習(xí)慣名稱丙氨酸消旋酶[EC]（alanineracemase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——連接酶（ligases）或合成酶（synthetases）催化兩個(gè)分子A和B進(jìn)行連接反應(yīng)，生成產(chǎn)物AB的酶，伴隨ATP的水解供能系統(tǒng)命名——A：B連接酶L-天冬氨酸：氨連接酶[EC]推薦名——AB合成酶天冬酰胺合成酶（asparaginesynthetase）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶——連接酶（ligases）或合成酶（synthetases）e.g.1——L-天冬氨酸：氨連接酶[EC]e.g.2——L-谷氨酸：氨連接酶[EC]酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶的其他分類法——按酶的化學(xué)組成分類簡(jiǎn)單蛋白酶酶的活性僅僅決定于它的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)例：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等結(jié)合蛋白酶酶只有在結(jié)合了非蛋白組分（輔助因子）后，才表現(xiàn)出酶的活性酶蛋白（apoenzyme）脫輔基蛋白（apoprotein）全酶（holoenzyme）輔助因子(cofactor)、輔基(prostheticgroup)、輔酶(coenzyme)酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名P酶的其他分類法——按酶分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類單體酶（monomericenzyme）一般由一條肽鏈組成，如溶菌酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等有的單體酶由多條肽鏈組成，鏈間由二硫鍵相連構(gòu)成一個(gè)共價(jià)整體，如胰凝乳蛋白酶的3條肽鏈通過(guò)鏈間二硫鍵連接寡聚酶（oligomericenzyme）由兩個(gè)或兩個(gè)以上相同或不同的亞基組成亞基間以次級(jí)鍵締合。如乳酸脫氫酶、丙酮酸激酶等多酶體系（multienzymesystem）由幾種酶靠非共價(jià)鍵彼此嵌合而成，主要指結(jié)構(gòu)化的多酶復(fù)合體，如丙酮酸脫氫酶系、脂肪酸合成酶復(fù)合體等酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名核酸類酶（R酶）的分類與命名特殊的RNA，催化RNA、DNA、多肽甚至多糖和其他生物分子剪切或剪接反應(yīng)剪切（R酶）?水解（P酶）剪接（R酶）?轉(zhuǎn)移（P酶）催化類型：剪切酶、剪接酶、多功能酶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：錘頭型、發(fā)夾型、含I型IVS（間隔序列）的R酶、含II型IVS的R酶底物：分子內(nèi)催化、分子間催化酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名R酶的分類與命名 p10酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名分子內(nèi)催化R酶（incisribozyme）自我剪切酶（self-cleavageribozyme）在一定條件下催化自身RNA進(jìn)行剪切反應(yīng)，生成兩段RNA片段自我剪接酶（self-splicingribozyme）含I型IVS的R酶：催化rRNA前體的自我剪接，需Mg2+和鳥(niǎo)苷（或5’-鳥(niǎo)苷酸）參與含II型IVS的R酶：催化mRNA前體的自我剪接，需Mg2+參與酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名分子間催化R酶（intransribozyme）RNA剪切酶（RNAcleavageribozyme，1983年）催化對(duì)象：特定的非自身RNA分子，水解磷酸酯鍵許多原核生物的核糖核酸酶P中的RNA（RNaseP-RNA）能催化tRNA前體剪切生成成熟的tRNADNA剪切酶（DNAcleavageribozyme，1990年）催化對(duì)象：特定的DNA分子，水解磷酸酯鍵多糖剪接酶（polysaccharidesplicingribozyme）多肽剪切酶（peptidecleavageribozyme，1992年）酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的分類與命名分子間催化R酶（intransribozyme）氨基酸酯剪切酶(aminoacidestercleavageribozyme,1992年)多功能酶（multifunctionribozyme，1986年）例如，多功能酶L-19IVS催化的反應(yīng)：酶和酶工程概論酶的分類與命名酶和酶工程概論酶的活力測(cè)定酶活力酶活力是指在一定條件下，酶所催化反應(yīng)的初速度，它是定量表征酶催化能力的指標(biāo)表示方法——底物S或產(chǎn)物P的變化率在一定的條件下，控制一定的反應(yīng)時(shí)間，測(cè)定底物S或產(chǎn)物P的濃度的變化，來(lái)計(jì)算酶活力在外界條件相同的情況下，反應(yīng)速率越大，表示酶活力越高酶和酶工程概論酶的活力測(cè)定酶和酶工程概論酶的活力測(cè)定酶活力測(cè)定的一般過(guò)程——均相反應(yīng)根據(jù)待測(cè)酶的特征，選擇合適的底物，并配制溶液底物必須是容易檢測(cè)且干擾較少的物質(zhì)確定合適的反應(yīng)條件溫度、pH值、添加輔因子等將酶液與底物溶液迅速、均勻地混合，并開(kāi)始計(jì)時(shí)反應(yīng)一段時(shí)間后，迅速取出適量反應(yīng)液，中止反應(yīng)，測(cè)定底物減少量或產(chǎn)物增加量中止：迅速煮沸滅活、加酶變性劑、過(guò)酸過(guò)堿等測(cè)定：化學(xué)分析法、光譜測(cè)定法、氣體測(cè)定法等，要求快、準(zhǔn)、簡(jiǎn)酶和酶工程概論酶的活力測(cè)定酶和酶工程概論酶的活力測(cè)定酶活力單位酶活力的國(guó)際單位（IU）特定條件下（最適溫度、pH），每1min催化1μm