应用酶学绪论

应用酶学酶－茶－酶应用茶叶产业的困境茶叶科研的困境茶学教育的局限茶产业的出路现代生物技术与茶学应用酶学－茶叶本课程目的与任务

一、茶综合利用的迫切性几个概念传统茶业

是指以茶树的芽、叶、嫩梢等组织器官为原料，经特定加工工艺加工而成的、可用于人类以冲泡方式饮用的原茶产品，及与之相关的产业运营活动的统称，是一种基于物质文化、制度文化、精神文化层面的生活方式和态度。

一、茶综合利用的迫切性现代茶业

是指以茶树鲜叶、茶花、茶果、成品茶、半成品茶或是茶叶加工副产品等为原（辅）料，利用现代技术和工艺生产的食品、保健品、药品、日用品、建筑材料等非原茶形态的新型衍生产品，及与之相关的产业运营的统称，是现代分离、纯化及重组等技术集成应用的产物，使茶叶的重要优化突破方向。

一、茶综合利用的迫切性茶的综合利用

是以茶树（含根、茎、枝、叶、花、果、种子等）、中低档成品茶、茶叶废次品、茶叶加工中的副产品等为原料，从医学、食品科学和轻工业的视野进行综合开发，应用于农业、医药业、食品业、畜牧业、轻工业、化工业、服装业等方面，由此获得高附加值终端产品的过程。涉及初、精深加工及化工工艺，产品具有或不具有茶的色、香、味。制品可能以茶为主体,也可以茶为辅助物。是以现代科技手段，对茶树及其衍生物进行全方位的利用和开发，做到物尽其用，以最大限度地发挥茶的消费价值。

一、茶综合利用的迫切性1、鲜叶仅是茶树生物量中的一小部分每公顷茶园的生物产量约为14.7t，采摘的新稍仅为2.8t（Hadfield，1975），占19.0％。一般大体可获得茶叶产量750～1000kg/667m2（陈兴琰，1983），我国茶叶产量多小于500kg/667m2项目叶枝茎根总量kg.hm2602211924143611279845105

％13.3526.4431.8428.37100马尾松9.5025.7340.9023.87100

一、茶综合利用的迫切性2、茶资源利用率低，资源浪费巨大通常，茶资源因选择性采摘遗弃的废弃物约占可采量的50％，原茶加工过程中产生的废弃物约占采摘量的20％；泡饮或深加工提取后只有约30%的茶叶水溶性物质被人们利用，其余70%的物质都被废弃每年只有30%的春茶被采摘，70%苦涩的夏秋茶鲜叶被弃采，夏秋茶鲜叶浪费巨大；每年全国还有近10万吨中低档茶滞销我国茶产业长期存在效益低下、茶资源浪费巨大浪费的夏秋茶树鲜叶浪费的夏秋茶树鲜叶浪费的夏秋茶树鲜叶

一、茶综合利用的迫切性3、茶资源供大于求国际茶叶市场相对饱和，世界茶叶出口停滞不前，整个茶叶市场供略过于求，我国茶园面积已有3170万亩，至2015年会有几百万亩茶园面积投入生产。贵州、湖北2012年世界茶叶产量为452.7万吨，其中，中国为176.1万吨，印度为111.2万吨，斯里兰卡为32.6万吨，肯尼亚为37万吨，印度尼西亚为13.1万吨，越南为15.8万吨。

2011年出口32.3万吨中国，211.3万公顷，约3170万亩世界，384万公顷，5760万亩，中国占55%

全国涉茶人员8000多万，其中3000万人以茶为生(数据来源：中国茶叶流通协会)(数据来源：中国茶叶流通协会)(数据来源：中国茶叶流通协会)

一、茶综合利用的迫切性4、茶深加工效益显著，我国茶叶深加工比例过低我国茶叶消费一直局限于传统消费方式，缺乏变化和新鲜感。目前我国深加工茶叶占茶叶总比重不足10％，而世界平均水平约为22％，日本约占33％。茶叶提取物出口数量快速增长

2009年全国茶叶内销量约100万吨,2010年全国茶叶内销量约110万吨,2011年全国茶叶内销量约120万吨,2009世界人均消费610克（06年500克）2009中国人均消费接近700克（06年400克）2010中国人均消费接近800克（00年200-300克）2011年中国人均消费接近900克2012年中国人均消费约1000克

中国茶产业现状-茶叶内销中国茶叶年人均消费量将迎来1公斤（1000克）时代说明：中国人喝茶有5000历史，前5000年增加到5两，每1000年增加1两！近年，每1年增加2两！一年相当于2000年！中国茶产值的增长年份产值（亿元）一、二、三产业比1990200020022004200620072008200920102011

4690125

310/+93/年

550/+120/年

660/+110/年

820/+160/年

1000/+180/年

1300/+3001600-1700/10010083:15:968:19:1359:28:1356:38:1643:43:1441:45:14中国茶产值将迎来2000亿时代甚至3000亿时代＜10亿元6.5%中国茶产量10万吨茶叶9000吨茶提取物茶叶功能成分提取物速溶茶/浓缩汁中国茶饮料出口创汇健康产品

茶饮料18

茶叶深加工意义/必要性2009年，传统茶产业，162.3万吨，产值730亿元现代茶产业（深加工产业）：用茶约10万吨，产值≥800多亿元中国和日本茶业对比：产量16~17︰1；产值1︰3

二、茶综合利用的依据（一）茶综合利用的依据第一章绪论

本章重点与难点：

掌握酶的概念、分类方法及命名方法第一节酶功能意义第二节酶的特性第三节酶的定位、命名与分类第四节几种酶的概念

第一节酶功能意义酶学（enzymology）是研究酶的性质、酶的作用规律、酶的结构和作用原理、酶的生物学功能及酶应用的科学。应用酶学1.酶学发展的简史微生物的发酵作用－－酿酒、酿醋、制酱、作奶酪等

1783，意大利科学家Spallanzani在实验中观察到，鸟的胃液能使肉类分解消化。这算是最早的酶学实验。1833，Payen和Person用酒精处理麦芽提取液，分离出一种热敏感物质，这种物质能使淀粉水解成可溶性糖，取名为dastase（淀粉酶），不久用于棉布退浆。这是最早的酶制剂，故常认为是Payer和Persoz首先发现了酶。1860，Pasteur，发酵不能离开活细胞（活力论）。1897，Buchner兄弟，发酵可以在细胞外进行。意义：推翻活力论，打开生物化学的大门。2.酶和生命活动密切相关2.1执行具体的生理机能例如，肌球蛋白具有ATP酶的活性，它和肌动蛋白共同完成肌肉收缩的任务；又如，乙酰胆碱酯酶能水解乙酰胆碱，参与神经传导。2.2催化代谢反应，建立各种代谢途径和代谢体系2.酶和生命活动密切相关2.3协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换、传递、放大作用，调节生理过程和生命活动；

腺苷酸环化酶，接受肾上腺素受体传来的激素信号后，催化cAMP生成，后者再和蛋白激酶、糖原磷酸化酶以及糖原合成酶等组合，协同发挥作用，形成级联调节系统（cascaderegulation），将微量的激素信号加以转化、放大，调节糖代谢的水平。2.4清除有害物质，起着保卫作用。

限制性内切核酸酶能选择性地降解外源DNA，抵制外源遗传物质的入侵；超氧化物歧化酶能破坏超氧负离子（O－），防止脂质过氧化。2.酶和生命活动密切相关

2.5其他

酶的组成和分布是生物进化与组织功能分化的基础。精氨酸酶：只存在于排尿素动物的肝脏内，排尿酸的动物则没有；与三羧酸循环、氧化磷酸化有关的酶：在心肌中的含量就远比骨骼肌中高与糖酵解有关的酶，如醛缩酶等则相反。

不同的病毒感染特定的宿主，也是因为宿主细胞中含有它们需要的酶及其他物质。第二节酶的特性1.酶是一类高效生物催化剂酶与一般催化剂一样，遵循化学反应的基本规律，降低反应的活化能(activationenergy)，缩短达到化学平衡的时间，而不改变反应的平衡点。

1）极高的催化效率：高108～1020倍

2）对催化反应的高度的专一性：

3）催化活性在体内受到调节控制。第二节酶的特性2.酶与无机催化剂相比相同点：①酶和无机催化剂在反应前后本身不发生质量和数量上的变化。②能加速反应达到平衡点，但不改变平衡点。③从热力学角度看，只能催化本身能够发生的化学反应，不能催化本身不能发生的化学反应。④都能降低反应所需要的活化能第二节酶的特性2.酶与无机催化剂相比不同点：①凡是影响到蛋白质变性的因素，如强酸、强碱、剧烈振荡，X-射线、生物碱试剂、重金属离子等都可使蛋白质变性，无机催化剂则不受影响。②催化效率高，酶催化反应的反应速度比催化反应的速度要高108-1020倍，例如：脲酶催化脲素分子的分解比非酶催化速度要快1015倍。第二节酶的特性3.酶性质的不稳定性酶促反应需要特定的pH、温度、离子强度等必要的条件，一般在常温、常压、接近中性pH等较温和的条件下进行酶的催化作用。凡能引起蛋白质性质发生变化的因素，都会对酶产生同样的作用。如在高温、高压、重金属盐、有机溶剂、强酸、强碱或紫外线等不利的物理或化学条件下，容易使酶蛋白变性，导致酶活性降低或失去其催化活性。第二节酶的特性4.酶的化学本质大多数酶的化学本质是蛋白质结合蛋白酶的分子中除了有蛋白质成分以外，还有非蛋白质的成分，即辅助因子。近年来的一些研究结果表明，某些RNA分子也具有催化活性。1982年美国Cech发现四膜虫的rRNA前体能自我剪切，拼接形成成熟的、有生物功能的rRNA，证明了核酸具有催化能力，将具有催化能力的核酸命名为Ribozyme,可译为核酶、拟酶或核糖酶。第三节酶的定位、命名与分类1．酶在细胞内的定位和功能生命体内的酶类约有四千多种，这些酶具有高度的秩序，而且是相对地集中在特定细胞器内。1.1细胞核内核内的酶与细胞分裂有关，主要有DNA聚合酶、RNA聚合酶、也有些蛋白质合成酶，因此，细胞核内有DNA的自我复制和转录的功能。第三节酶的定位、命名与分类1．酶在细胞内的定位和功能1.2线粒体线粒体是呼吸的中心，线粒体有内膜、外膜、衬质。衬质内有：三羧酸循环的全套酶系（糖代谢），脂肪酸氧化的全套酶，氨基酸分解的酶。内膜上：氧化磷酸化酶外膜上：有NAD、细胞色素C还原酶，脂肪酸激活酶等。第三节酶的定位、命名与分类1．酶在细胞内的定位和功能1.3叶绿体叶绿体与光合作用密切相关，在叶绿体膜上主要是光反应，叶绿体是进行光合作用的场所，含有参与光合作用碳素固定和糖的转化与合成的全套酶系统，所以叶绿体磷酸化，把光能转化成为化学能，把简单的CO2和H2O合成复杂的贮存能量的有机物质。第三节酶的定位、命名与分类1．酶在细胞内的定位和功能1.4微粒体是细胞质里的细胞器，主要分两种类型：①过氧化物酶体是乙醇酸氧化的场所;②乙醛酸体：油料种子萌发时一个很重要的循环--乙醛酸循环就是在乙醛酸体内进行的。1.5细胞质里面有糖酵解的一系列酶，脂肪酸合成酶，磷酸糖循环的一系列酶等。第三节酶的定位、命名与分类2.酶的命名2.1习惯命名法1、根据作用的底物命名：如脲酶分解尿素、淀粉酶分解淀粉、脂酶分解脂等。2、一般采用底物及催化的反应性质而命名：如蛋白水解酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。3、根据酶的来源命名：来源于胃的蛋白酶叫胃蛋白酶；来源于胰脏的叫胰蛋白酶。4、对水解酶类，只要底物名称即可：如蔗糖酶、胆硷酯酶、蛋白酶等。第三节酶的定位、命名与分类2.酶的命名2.1习惯命名法5、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。6、根据催化的反应性质命名：如催化脱氢的酶叫脱氢酶；催化转氨基作用的酶叫转氨酶。习惯命名法简单，较好命名，应用历史长，但其缺点是缺乏系统性，在一些情况下往往会出现一酶多名或一名多酶的现象。第三节酶的定位、命名与分类2.酶的命名2.2系统命名法国际酶学委员会（

International

EnzymeCommission,I.E.C）规定了一套系统的命名法，包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号，一种酶只有一个名称

根据E.C分类法所有的酶可分为六大类，再根据底物中被作用的基团或键的特点将每一大类分为若干亚类，每一亚类可分为若干亚亚类，所以每一个酶的分类编号由4个数字组成，编号之前都要用E.C

。第三节酶的定位、命名与分类2.酶的命名2.2系统命名法如对催化下列反应酶的命名

ATP+D—GS→ADP+D—GS-6-P

该酶的系统命名是：ATP：葡萄糖磷酸转移酶酶分类编号是：E.C.。第1个数字‘2’代表酶的分类名称（转移酶类）第2个数字‘7’代表亚类（磷酸转移酶类）第3个数字‘1’代表亚亚类（以羟基作为受体的磷酸转移酶类）第4个数字‘1’代表该酶在亚-亚类中的排号（D葡萄糖作为磷酸基的受体）第三节酶的定位、命名与分类2.酶的命名2.2系统命名法国际酶学委员会建议，在发表论文时，讨论有关的主要酶在第一次提到时应写出它的标码、系统命名、习惯命名和来源，然后再用系统命名或习惯命名叙述。第三节酶的定位、命名与分类3.酶的分类每个大肠杆菌细胞中包含的蛋白质约3,000种，其中大部分是酶；高等真核生物每个细胞中包含的蛋白质约50,000种，其中主要的也是酶。根据国际生化联合会酶委员会的统计，1961年已知的酶的总数为712种，1972年为1770种，1978年为2122种，截止1997年为止，已知的酶也仅3700种。酶国际统一命名网站http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/第三节酶的定位、命名与分类3.酶的分类国际酶学委员会(I.E.C)规定，按酶促反应的性质，可把酶分成六大类：

氧化还原酶类：包括脱氢酶和氧化酶

转移酶类：转移的基团有多种，属于不同的转移酶

水解酶类：

裂解酶类：即裂合酶，包括醛缩酶、脱羧酶及脱氨酶

异构酶类：同分异构体之间相互转化，内部基团重排

合成酶类：称连接酶，催化两分子底物合成为一分子第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.1按是否天然存在分为组成酶和诱导酶结构酶（structuralenzyme，也称组成酶）：指细胞中天然存在的、含量较为稳定的酶，受外界影响小诱导酶（inducedenzyme）：指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶的底物的类似物或底物本身。细胞内酶的合成是受遗传基因和有关代谢物的双重控制，有些基因需特定的诱导物存在时才产生，如NO3-还原酶。第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.2按是否仅有蛋白质构成分为单纯酶和结合酶单纯酶（simpleproteinases）：酶只由氨基酸组成的肽链构成，不含其它成分，如蛋白酶、淀粉酶。结合酶（conjugatedproteases）：除了蛋白质组分外，还含对热稳定的非蛋白小分子物质。前者称为酶蛋白（apoenzyme），后者称为辅因子（cofacters），如转氨酶、乳酸脱氢酶、碳酸酐酶及其它氧化还原酶类全酶（holoenzyme）=酶蛋白＋辅因子第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体1、单体酶

(monomericenzyme)

仅有一个活性中心的多肽链构成的酶，一般是由一条多肽链组成，如牛胰核糖核酸酶溶菌酶等。有的单体酶是由多条多肽链组成，如胰凝乳蛋白酶由3条肽链组成，链间由二硫键相连构成一个共价整体。这类含几条肽链的单体酶往往是由一条前体肽链经活化断裂而生成。单体酶种类很少，一般多是催化水解反应的酶，分子量在13000～35000之间。

第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体2、寡聚酶

是由两个或两个以上相同或不同的亚基组成的酶，亚基之间靠非共价键结合，彼此容易分开。大多数寡聚酶，其聚合形式是活性型，解聚形式是失活型，分子量一般在35000～几百万。很多寡聚酶是调节酶，都具有变构效应，在代谢调控中起重要作用。第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体3、多酶复合体(multienzymecomplex)

由2个或2个以上的酶靠非共价键连接而成的一个有一定构型的复合体，分子量一般都在几百万以上，能进一步提高酶的催化效率。

复合体中每一个酶催化一个反应，所有反应依次连接，第一个酶催化的产物直接由邻近下一个酶催化，第二个酶催化的产物又为复合体第三酶的底物，构成一个代谢途径或代谢途径的一部分。丙酮酸脱氢酶复合体

E．coli色氨酸合成酶复合体脂肪酸合成酶复合体：7种酶和一个酰基携带蛋白构成第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体4、多酶体系(multienzymesystem)

体内物质代谢的各条途径往往有许多酶共同参与，依次完成反应过程，这些酶不同于多酶复合体，在结构上无彼此关联，故称为多酶体系。如参与糖酵解的11个酶均存在于胞液，组成一个多酶体系。第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体5、多功能酶(multifunctionalenzyme)

指一个酶分子中含有2种或2种以上催化酶活性，这种酶称为多功能酶或串联酶(tandemenzyme)，也称为多酶融合体。多酶融合体是基因融合的产物，可是单体酶、寡聚酶或更复杂的多酶体系。如大肠杆菌DNA聚合酶I为一条多肽链，具有催化DNA链的合成、3’-5’核酸外切酶和5’-3’核酸外切酶的活性。

第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.3按酶分子的肽链数分为单体酶、寡聚酶、多酶复合体5、多功能酶(multifunctionalenzyme)

多功能酶的每种酶活性均有一个E.C.编号，故在国际系统分类中就占有一个以上的位置和E.C.编号。有的酶在母体细胞内或离体状态下表现出完全不同的酶活性，例如RNAN-糖苷酶、多核苷酸磷酸化酶等，也显示出多功能。第三节酶的定位、命名与分类4.酶的其他分类法4.4按合成的酶分布位置分为胞内酶、胞外酶和外向酶胞内酶（intracellularenzyme）：分泌在胞内，主要是参与细胞的分解和合成代谢过程胞外酶（extracellularenzyme）：酶在细胞内合成后，被分泌到细胞外，主要为水解酶，主要是将大分子物质分解成可被利用的小分子物质。外向酶（ectoenzyme）：分布在细胞表面，活性中心朝外的第四节几种酶的概念1．酶原(zymogen)

有些酶在细胞内合成时，或初分泌时，没有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。酶原向活性的酶转化的过程称为酶原的激活，酶原激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。如：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧基肽酶、弹性蛋白酶酶原激活的生理意义避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。第四节几种酶的概念1．酶原(zymogen)酶原激活条件活化的酶

水解掉的肽段胃蛋白酶原H＋或胃蛋白酶胃蛋白酶+六个多肽片段胰蛋白酶原肠激酶或胰蛋白酶胰蛋白酶+六肽糜蛋白酶原A胰蛋白酶或糜蛋白酶α-糜蛋白酶+两个二肽羧基肽酶原A胰蛋白酶羧基肽酶A+几个碎片弹性蛋白酶原胰蛋白酶弹性蛋白酶+几个碎片表1-2某些酶原的激活过程第四节几种酶的概念2、同工酶(isoenzyme)

概念指能催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构、理化性质乃至免疫原性不同的一类酶。存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或同一细胞的不同细胞器中。第四节几种酶的概念2、同工酶(isoenzyme)

同工酶结构的形成有两种类型：原级同工酶：由于酶蛋白的编码基因不同而产生的；次级同工酶：指酶蛋白的经修饰反应而形成的各种亚基，经组装而成不同的同工酶。第四节几种酶的概念2、同工酶(isoenzyme)

同工酶的性质：同工酶最主要的特征是由遗传基因决定的一级结构不同的多种分子形式，各亚基的氨基酸组成不完全相同；分子量pI，pKm物理性质、化学性质、免疫性质、电泳行为等方面表现出差异。第四节几种酶的概念2、同工酶(isoenzyme)

同工酶大多数是由两个或两个以上亚基组成的寡聚体至今已知的同工酶已不下几十种，如己糖激酶、6－磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、酸性和碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、过氧化酶和胆碱酯酶等。

第四节几种酶的概念2、同工酶(isoenzyme)