酶工程学第1周绪论

开学啦!Kepler-452bFindinganotherEarth,notfoundKepler-452b有生命吗？

WHATISLIFE?ERWINSCHRODINGERFirstpublished1944Whatislife?ThePhysicalAspectoftheLivingCell.BasedonlecturesdeliveredundertheauspicesoftheDublinInstituteforAdvancedStudiesatTrinityCollege,Dublin,inFebruary1943.TothememoryofMyParents1887—1961埃尔温.薛定谔生物学家关于生命是什么的回答：CellsignalpathwayTheSevenYearItch酶主宰了内脏和细胞的所有功能，没有酶就没有生命！酶学研究七获诺贝尔奖：1907年诺贝尔化学奖：Buchner（德），发现无细胞发酵现象1929年诺贝尔化学家：Harden（英），发酵机理的研究1946年诺贝尔化学奖：Willstatter（德），揭示了酶是蛋白质1975年诺贝尔医学或生理学奖：Dulbecco、Temin和Baltimore（美），逆转录酶的发现1978年诺贝尔医学或生理学奖：Arber（瑞士）、Smith（美）和Arber（美），限制性内切酶的发现和应用1989年诺贝尔化学奖：Altman和Cech（美），打破了酶是蛋白质的传统观念1997年诺贝尔化学奖：Boyer（美）和Walker（英），揭示了ATP合成酶的作用机制酶工程学EnzymeEngineering

酶工程：酶的生产与应用技术过程。主要任务是经过预先设计，通过人工操作获得人们所需的酶，并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。学习内容绪论(第一章)酶的生产酶的改性酶的应用酶生物合成的基本理论(第二章)酶的生物合成法(第三章)酶的提取与分离纯化(第四章)酶改性的基本理论(第五章)酶分子修饰(第六章)酶固定化(第七章)酶的非水相催化(第八章)酶应用的基本理论(第九章)酶反应器的应用(第十章)酶的应用领域(第十一章)参考书（一）教材：《酶工程》，郭勇主编，高等教育出版社，第一版，2005年。（二）参考资料：国家面向21世纪课程教材，《生物化学》上、下册,王镜岩等主编，高等教育出版社，第三版。第一章绪论第一节酶的基本概念酶,

enzyme源于希腊语：ενζυμον德语：Enzym原意:

inyeast在酵母中的东西生命体内催化化学反应的物质按照起催化作用的主要成分分类：蛋白类酶(proteozyme,P酶)核酸类酶(ribozyme,R酶)1713年：Reaumur发现消化过程的化学变化1783年：Spallamzan发现鸟的胃液能消化肉1814年：Kirchhoff发现稀酸对淀粉的加水分解作用【麦芽抽提液加入淀粉后能生成麦芽糖,即麦芽抽提液中必定有能水解淀粉的水溶性物质→ferment(酵素)】1826年：Mitscherlich提倡水溶性酵素为“unorganizedferment”1830年：Kuhlne开始使用Enzyme这一术语一、酶学研究史1833年：Payen&Persoz从麦芽抽提液得到了ferment,称diastase【溶于水、稀酸,但不溶于高浓度酒精,即现在的amylase】1835年：Berzelius提出ferment起的是催化作用1857年：Pasteur认为发酵分几个阶段进行,每一步都有特定的酶参与,但酶只在活体细胞中才能起作用1894年：Bertrand发现了水解酶以外的酶1897年：Buchner兄弟以"没有酵母的酒精发酵"证明了酶可以离开细胞起作用1910年：Halden&Young发现酶是蛋白质与耐热性低分子量化合物(cofactor)的复合物,提出蛋白质只是担体1913年：米氏方程建立1926年：Sumner得到了Urease的结晶【12年后,Northrop结晶化了Pepsin,Trypsin等蛋白酶】结晶中测定不到cofactor1929年：Warburg发现呼吸链诸酶中的血红素【1935-1936年维生素与辅酶的关系的解明】1929年：Sabbarow发现ATP【1939-1940年F.Lipmann解明高能磷酸化合物的生理意义】1959年：SutherlandcAMP的发现----→酶与激素的关系1970年：Restrictionenzyme的发现-----→基因工程1982年：ThomasR.Cech和SidneyAltman在研究RNA分子剪切机理时发现RNA分子也有催化能力1.松散排列二、酶的聚集形式酶酶酶酶1.酶在细胞中各自以可溶单体的形式存在，彼此之间没有及结构上的联系。2.反应时酶是随机扩散的，催化效率不高特点：酶酶酶酶酶酶酶酶糖酵解途径——是指细胞在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。这一过程是在细胞质中进行，不需要氧气，每一反应步骤基本都由特异的酶催化。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。糖酵解总共包括10个连续步骤，均由对应的酶催化。例：糖酵解中的酶总反应为：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O2.簇式排列几种酶有机地聚集在一起，精巧地镶嵌成一定的结构，定向转移，形成多酶复合体，催化效率高。特点：例：丙酮酸脱氢酶复合体（丙酮酸脱氢酶系）——催化丙酮酸脱羧反应的多酶复合体。丙酮酸脱氢酶（24个）二氢硫辛酸转乙酰基酶（24个）二氢硫辛酸脱氢酶（12个）焦磷酸硫胺素（TPP）硫辛酸(ALA)FADNADCoAMg2+三种酶六种辅助因子CH3—CO—COO+CoA~SH+NAD→CH3—CO~CoA+CO2+NADH大肠杆菌丙酮酸脱氢酶：例：脂肪酸合成酶乙酰CoA+7丙二酸CoA+14NADPH+14H+→棕榈酸+7CO2+8CoA+14NADP++6H2O3.与生物膜结合一种结构更高的多酶复合体，酶整齐地排列在生物膜上，催化效率最高。特点：——又称电子传递链，是由一系列电子载体构成的，从NADH或FADH2向氧传递电子的系统。例：呼吸链第二节酶的分类与命名P3图1-1一、蛋白类酶（P酶）的分类与命名习惯命名法一般采用底物加反应类型而命名，如蛋白水解酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆碱酯酶、蛋白酶等。有时在底物名称前冠以酶的来源，如血清谷氨酸－丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶等系统命名法例如对催化下列反应酶的命名：ATP+D-葡萄糖→ADP+D—葡萄糖-6-磷酸该酶的正式系统命名是：酶的作用底物酶作用的基团催化反应的类型表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。ATP:葡萄糖磷酸转移酶酶的作用底物

酶作用的基团催化反应的类型E.C.1.1.3.4系统编号ATP:葡萄糖氧化酶蛋白类酶(P酶)的分类原则：按照酶催化作用的类型分为六大类，在每一大类酶中，又根据底物中被作用的基团或键的特点分为若干亚类，然后再把属于某一亚类、亚亚类的酶按顺序排好，这样把已知的酶分门别类地排成一个表，叫做酶表。氧化还原酶转移酶水解酶裂合酶异构酶连接酶P3图1-1二、核酸类酶（R酶）的分类与命名根据酶催化反应的类型，区分为分子内催化R-酶和分子间催化R-酶，根据作用方式将R-酶分为三类：剪切酶剪接酶多功能酶第三节酶的活力测定酶的活力：指酶催化一定化学反应的能力。酶活力单位：在特定条件下，1分钟内转化1微摩尔底物所需的酶量为一个活力单位(U)。温度规定为25℃，其他条件取反应的最适条件。酶的比活：每毫克酶蛋白所具有的酶活力。单位是u/mg。比活越高则酶越纯。（一）基本概念一、游离酶的活力测定酶的转化数与催化周期：每分子酶或每个酶活性中心在单位时间内能催化的底物分子数(TN)。相当于酶反应的速度常数Kp。也称为催化常数（Kcat）。1/Kp称为催化周期。碳酸酐酶是已知转换数最高的酶之一，高达36×106/min，催化周期为1.7微秒。（二）酶活力测定方法选择合适的底物确定反应条件：温度、pH、底物浓度、激活剂浓度底物和酶溶液混合启动反应终止反应，测定底物消耗量或产物生成量二、固定化酶的活力测定方法（一）基本概念固定化酶的比活力：每克(g)干固定化酶所具有的酶活力单位，或单位面积(cm2)的酶活力单位表示(酶膜、酶管、酶板）。酶的结合效率=加入的总酶活力-未结合的酶活