酶的发现概要
酶学的研究与应用
酶学的研究与应用酶是一类特殊的蛋白质，是生物体内一种具有催化作用的分子。
酶具有高度的选择性和效率，可以加速化学反应的速度。
酶学是研究和应用酶的学科，已经成为现代生命科学和生物技术中不可缺少的一部分。
本文将从酶学的发展历程、酶的结构和功能、酶学的应用三个方面来探讨酶学的研究和应用。
一、酶学的发展历程酶学的研究始于19世纪末。
当时，科学家已经发现了酵母菌能够将葡萄糖转化为酒精，但是不清楚具体的化学过程和机理。
直到1897年，著名的斯沃森和斯基里克斯发现了第一种蛋白质酶之一，即淀粉酶，这标志着酶学的诞生。
20世纪初，英国科学家斯莫尔特发明了酶的定量测定方法，奠定了酶学实验基础。
随着科学技术的不断进步，酶学的研究逐渐深入，越来越多的酶被发现，对酶的结构和功能进行了深入探究，酶的应用也得到了广泛发展。
二、酶的结构和功能酶是由氨基酸组成的长链蛋白质分子。
不同的酶有不同的序列和折叠方式，因此结构也各有不同。
但是所有的酶都有一个共同的特点，就是有一个催化部位，具有催化作用。
酶的活性主要取决于催化部位的结构和环境条件，在适当的条件下，酶可以加速化学反应的速率。
酶的功能非常广泛，可以催化各种化学反应，例如消化、代谢、免疫等。
其中，消化酶可以帮助人体消化食物，如淀粉酶可以将淀粉分解为葡萄糖；代谢酶则可以帮助人体内的化学反应进行到最终产物，如乳酸脱氢酶可以将乳酸转化为丙酮酸；免疫酶可以保护身体免受病原体的侵害，如抗体。
三、酶学的应用随着酶学的深入研究和理解，酶的应用范围也越来越广泛。
酶学的应用主要包括以下三个方面。
1. 医疗应用酶在医疗领域中有着广泛的应用。
其中一个典型的例子就是酶替代治疗。
一些人体内缺乏某种消化酶，导致消化不良。
此时，可以通过酶替代治疗，给患者注射相应的消化酶，帮助消化食物。
此外，酶还可以用于制药工业，如制造抗生素和蛋白质药物。
2. 食品加工酶学在食品加工中也有广泛的应用，如在制作乳制品中，可以使用乳糖酶来分解乳糖，制作出不含乳糖的乳制品；在制作酒类中，使用酵母菌来发酵麦芽，制造出啤酒和葡萄酒等。
酶的发现
酶的活性在最適溫度發揮得最好 酶的活性在最適溫度發揮得最好 最適溫度
酶 的 活 性
溫度(℃ 溫度 ℃ )
酶 的 活 性
溫度(℃ 溫度 ℃ )
影響酶作用的因素
二：酸鹼度（ｐＨ）影響酶活性
不同種類的酶有不同的最適pH值 不同種類的酶有不同的最適 值，某些酶只能在特定 值範圍內才能起作用。 的pH值範圍內才能起作用。 值範圍內才能起作用 胃蛋白酶 反 應 速 率 唾液澱粉酶 胰蛋白酶
酶的發現
古埃及時代: 古埃及時代 穀物
神奇力量
酒精
巴斯德: 巴斯德
糖
酶
酒精
20世紀---酶的世紀 20世紀---酶的世紀 世紀--＊每一種生物都有酶,酶的成分是蛋白質 每一種生物都有酶,
1926年 結晶出一種酶（ 1926年,Sumner 結晶出一種酶（ urease ）從此 開啟了數十年的蓬勃酶化學研究
萨姆纳） （詹姆斯B萨姆纳） 詹姆斯 萨姆纳
,
•活細胞內每一步代謝反應，都有一個對應 活細胞內每一步代謝反應， 活細胞內每一步代謝反應 的專用酶來負責催化
代謝作用的定義
什麼是新陳代謝? 什麼是新陳代謝 活細胞內進行的各種化學反應 化學反應, 代 謝 作 用= 活細胞內進行的各種化學反應 代謝作用的總合表現即生命現象
酶的特性
2:通常是大分子的蛋白質 通常是大分子的蛋白質 易受高溫或酸鹼值破壞
蛋白質受熱變質,無法回覆原來特性 蛋白質受熱變質 無法回覆原來特性
酶的特性
可重複使用: 3. 可重複使用: 進行催化,但本身不參與反應,所以反應完畢， 進行催化,但本身不參與反應,所以反應完畢，回覆原 反應完畢 可繼續進行催化. 狀,可繼續進行催化 可繼續進行催化 4.只需少量酶便足夠 4.只需少量酶便足夠 因為能重複使用，且催化的效率很高, 因為能重複使用，且催化的效率很高,故只需少量便足夠 5.具有專一性 5.具有專一性 只會與一種性質相似的物質起催化作用, 只會與一種性質相似的物質起催化作用,所以每一種 反應各有特定的酶進行催化
关于酶的有趣的科普
关于酶的有趣的科普酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的速率，但自身不参与反应过程。
它具有高度专一性和高效性，被广泛应用于生物学、医学、工业生产和科学研究等领域。
下面我将从酶的发现、结构与功能、应用以及一些有趣的例子来介绍关于酶的科普知识。
一、酶的发现酶的研究始于18世纪末，当时荷兰医生安东尼·范·李伊文霍克发现了微生物，而后发现微生物可以将酒精转化为乙醛。
这一发现揭示了有机物质转化的神秘过程，也为后来的酶研究奠定了基础。
二、酶的结构与功能酶是蛋白质的一种，由氨基酸组成，形成特定的三维结构。
酶可以根据其功能分为六类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、异构酶、连接酶以及类似酶。
不同的酶对应不同的底物，以及催化的化学反应。
酶作用的底物称为反应物，通过酶的活化中心进行催化反应，生成产物。
酶是高度专一性的，特定酶只能催化特定的反应。
三、酶的应用由于酶具有高效和高专一性的特点，广泛应用于多个领域。
以下是一些酶应用的例子：1.医学酶在医学领域有广泛的应用，如临床诊断、药物研发和基因工程等。
临床诊断中常用的酶有乳酸脱氢酶、肝素酶和葡萄糖氧化酶等。
药物研发中，酶可以用来合成药物或者优化药物配方，提高药物的效果并降低副作用。
2.食品工业酶在食品工业中扮演着重要的角色。
例如，面包的制作过程中使用酵母菌酶进行发酵；啤酒和葡萄酒的生产中使用乙醇酶进行酵母发酵，从而将糖转化为酒精；乳制品加工中使用凝乳酶分解乳糖，形成呈现出不同风味和口感的乳制品。
3.环境保护酶在环境保护中也起到重要的作用。
例如，废水处理中常用酶来分解有机物质，减少水体污染。
此外，酶还被用于生物降解塑料的研究，帮助减少塑料污染。
四、有趣的例子1.牛奶变酸奶酸奶是我们日常生活中常见的乳制品，得益于酶的作用。
将牛奶中的乳糖通过酶分解为乳酸，使牛奶变酸，从而制成了酸奶。
2.美味的水果有些水果在成熟过程中会生成一种叫做“酮”（ketone）的化合物，它们在人体内起着给水果特殊香气的作用。
酶的发现过程
时间
国家
科学家
成就或结论
1773年
意大利
斯帕兰扎尼
鹰的胃液可以消化肉块。
19世纪
欧洲
发酵是纯化学反应，与生命活动无关。
1857年
法国
巴斯德
发酵与活细胞有关；起发酵作用的是整个酵母细胞。
1857年
德国
李比希
引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
1779年
荷兰
英格豪斯
植物更新空气的条件是绿叶，且在光照下。
1845年
德国
梅耶
光能转换成化学能。
1864年
德国
萨克斯
光合作用产生淀粉。
1880年
美国
恩格尔曼
光合作用的场所是叶绿体。
1939年
美国
鲁宾、卡门
光合作用产生的O2来自于H2O，而不是CO2。
20世纪40年代
美国
卡尔文
CO2中的碳转化成有机物中的碳的途径。
德国
毕希纳
酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
1926年
美国
萨姆纳
从刀豆种子提纯出来脲酶，并证明是一种蛋白质。
20世纪80年代
美国
切赫、
奥特曼
少数RNA具有生物催化功能。
二、光合作用的探究历程：
时间国家Βιβλιοθήκη 科学家（实验）结论或发现
1771年
英国
普利斯特利
植物可以更新空气。
生物酶的发现与应用
生物酶的发现与应用生物酶是一种具有催化作用的蛋白质分子，可以促进生物体内的化学反应发生。
它们在生命体内起着至关重要的作用，包括食物消化、免疫系统维护和细胞代谢等方面。
本文将探讨生物酶的发现历史以及它们在不同领域的应用。
一、生物酶的发现历史19世纪末，人们开始对发酵过程的原理展开研究。
当时，化学家们将酒精酶和纤维素酶等物质分离出来。
然而，真正把生物酶作为一个独立的研究领域来探索的是萨克雷（Eduard Buchner）。
1897年，他以实验酿造酒精的方法，证明了在没有活体存在的条件下，酵母可以将葡萄糖转化为乙醇。
这一实验结果让人们认识到酵母中存在一种新的物质，即生物酶。
随着对生物酶的研究不断深入，人们逐渐明确了酶是一种具有高度催化活性的蛋白质。
20世纪初，萨克雷因其对酵母的研究成果，获得了诺贝尔化学奖。
此后，科学家们开始着手分离、纯化和研究各类酶，并发现了更多种类的生物酶。
二、生物酶的应用领域1. 食品工业生物酶在食品工业中有着广泛的应用。
例如，面包的发酵过程离不开酵母中的酶；啤酒的酿造过程同样需要酵母及其产生的酶；乳制品加工中，酶被用来促进乳蛋白的分解等。
生物酶的应用可以提高食品生产的效率和质量，并减少对化学添加剂的使用。
2. 医疗领域酶在医疗领域有着广泛的应用。
例如，血液病理学中，酶可以用来检测血液中特定酶的活性，从而帮助诊断疾病。
此外，酶还被用于医药研发和生产，例如生产药物时常用的合成酶。
3. 生物技术生物技术是近年来快速发展的领域，酶在其中起着重要的作用。
生物酶被广泛应用于基因工程、转基因作物的研究和开发，以及制药等方面。
通过酶的作用，科学家们能够更加高效地改良生物体的性状，使其具备更好的抗病能力或产量。
4. 环境保护生物酶在环境保护中也发挥着重要作用。
例如，利用酶可以将有机废弃物转化为有用的能源，并减少对环境的污染。
此外，酶还可以被用来处理工业废水和污泥，减少污染物的排放。
三、未来展望随着科技的不断发展，生物酶的应用前景十分广阔。
酶 的发现
上世纪80年代美国人切赫和加拿大人奥特 斯曼发现了具有催化作用的RNA——核酶。
酶为生 活添姿 彩
一、酶的发现
1. 胃液对食物的消化作用
1773年
意大利科学家斯帕兰扎尼研
究发现，鹰胃中的分泌物对
肉有消化作用。
斯帕兰扎尼（1729-1799）
2.对于酵母发酵的争论
19世纪中期
发酵离不开酵母菌的生命活动， 发酵的动力蕴涵于活细胞中， 具有生命活力。
巴斯德（1822-1895）
发酵是一种化学反应，与酵母
பைடு நூலகம்
发酵确实可以在无细胞的条件下进行 发酵所需要的物质是活细胞产生的
5.对酵母提取液的研究
1904年
英国人哈登利用透析袋分析
酵母提取液的成分。 推测其催化作用的可能是其中的大分子物质 ——蛋白质。
哈登 （1865-1940）
6.酶的化学本质
1926年美国人萨姆纳尔得 到脲酶的结晶，证实了酶的 化学本质是蛋白质。
菌的生命活动无关。
李比希 （1803-1873）
3.酶（Enzyme）的名称的提出
1877年
德国人库恩提出酶（Enzyme） 这个名词，取自希腊语“来源 于酵母”之意。
库恩（1837–1900）
4.无细胞发酵的发现
1897年
德国的毕希纳发现无细胞的
酵母汁就可以完成发酵。
毕希纳 （1860-1917）
《生物化学》-第五章 酶化学
—CH2—·O·：
H
底物中典 型的亲电 中心包括：
磷酰基
Cys-SH
—CH2—·S·：
H
脂酰基 糖基
His-咪唑基
—CH2—C=CH
HN N：
CH
（五）金属离子催化
金属离子作为酶的辅助因子起作用的方式：
1.与酶蛋白紧密结合稳定酶的天然构象，亲电催化 2.与酶结合较弱，作为激活剂存在。 3.通过价态的可逆变化，参与氧化还原反应。
其他成分的酶：
核酶（ribozyme） ：具有催化活性的天然RNA。 近年还有DNA分子具有催化活性报道。
酶的概念： 酶是生物催化剂。由活细胞产生的具有高效催化能力 和催化专一性的蛋白质、核酸或其复合体。
脲酶：专一性水解尿素。
第一个被分离提取的酶，并证明其化学本质为蛋白质。 抗体酶：是用化学反应的过渡态类似物作免疫原产生 的催化性抗体，是一种具有催化能力的蛋白质，其本 质上是免疫球蛋白。
（6）对于结合酶，辅酶、辅基往往参与酶活中心的 组成。
第二节 酶催化作用的机制
一、酶与底物的结合——中间复合物学说
该学说认为，在酶促反应中，酶（E）总是先和底 物（S）结合生成不稳定的中间复合物（ES），再 分解成产物（P），并释放出酶（E）。 ——中间复合物学说能较好的解释酶为什么能降 低反应的活化能。
实际上，底物与酶结合是一种相互作用的过程， 底物可诱导蛋白质构象改变，蛋白质必需基团也可使 底物敏感键发生变化，更好“契合” 。 3.“三点附着”模型：该模型认为底物与酶活中心的 结合有三个结合位点，只有当这三个位点都匹配的时 候，酶才会催化相应的反应。
二、酶作用高效率机制
（一）底物与酶的邻近、定向效应
1）绝对专一性
酶工程 第一章绪论 第一节酶的基本概念与发展史
第一节 酶的基本概念与发展史
（1）催化代谢反应，建立各种各样代谢途径和代谢体系；
（2）执行具体的生理机能，如乙酰胆碱酯酶能水解乙酰胆 碱，参与神经传导；
（3）协同激素等生理活性物质在体内发挥信号转换、传递 和放大作用，调节生理过程和生命活动，如腺苷酸环化酶对糖 类代谢的调节；
（4）清除有害物质，起着保卫作用，如超氧歧化酶能破坏 超氧负离子，从而防止脂质超氧化。Biblioteka 酶工程第一章 绪论
第一节 酶的基本概念与发展史
一、酶是一种生物催化剂
酶是一种由活细胞产生的具有生物催化功能的生物大分 子。现在，已知的酶都是由生物体合成的，除少数具有催化 能力的RNA外，其化学本质都是蛋白质。它们大部分存在于 细胞体内，少部分分泌到体外。
一切生命活动都是由新陈代谢的正常运转来维持的，新 陈代谢是生命活动的最重要的特征之一。而酶则是促进生物 体内一切代谢活动的物质，没有酶的作用代谢反应就无法进 行，生命也即停止。酶在生物体内发生的作用主要有以下几 种类型：
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探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉溶液
蔗糖溶液
一 1号试管中加入2mL 实 淀粉溶液
2号试管中加入2mL 蔗糖溶液
验二 步
加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入60℃ 左右的热水中，反应5min
第3节 酶 酶的发现
斯帕兰札尼的实验
讨论： 1、是什么物质使肉块消失了？
是胃内的化学物质将肉块分解了
2、怎样才能证明你的推测？
收集胃内的化学物质，看看这些物质在 体外是否也能将肉块分解了
讨论：
1、巴斯德和李比希的观点 各是什么？有什么积极意义？ 各有什么局限性？ 2、巴斯德和李比希出现争论 的原因是什么？这一争论对后人 进一步研究酶的本质起到了什么 作用？
2.进入胃腔后，唾液淀粉酶本身会发生变化吗？
3.口腔中有酶，为什么塞在牙缝里的肉两天后 仍没有被催化?
★影响酶促反应速率的因素：
1、温度
酶 促
反
2、pH
应 速
3、酶的浓度：反应速率随 率
酶浓度的升高而加快。
4、底物浓度：在一定浓度 酶
促
范围内，反应速率随浓 反
应
度的升高而加快，但达
速 率
到一定浓度，反应速率
最适PH
1.5
7 8
高温、低温、过酸和过碱对酶活性 的影响其本质相同吗？
不同，过酸、过碱或温度过高，会使 酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活； 低温使酶活性明显下降，但在适宜温度 下其活性可以恢复。
酶的特性：
具有高效性
总结：
具有专一性
作用条件较温和 要有合适的温度
要有合适的pH
思考：
1.口腔中的唾液淀粉酶随食物进入体内，还能 发挥作用吗？
骤 三 加入本尼迪特 试剂
振荡
约60℃水浴2min
实验 蓝色
现象
砖红色沉淀
无变化
结论 淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
二、酶具有专一性
❖一种酶只能催化 一种或少数相几似种底物的反应。
❖细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的_____ 是分不专开一的性。
❖目前发现的酶有4000多种,它们分别催化不 同的化学反应。
5.加酶洗衣粉中一般含有蛋白酶，请回答下面的问题： （1）这种洗衣粉为什么能够很好地除去衣物上的
奶渍和血渍？ （2）使用这种洗衣粉为什么要用温水？ （3）含有蛋白酶的洗衣粉不宜用来洗涤下列哪些
衣料？（ B）D
A.化纤 B.纯毛 C.纯棉 D.真丝 （4）为了更好地除去衣物上的油渍，在洗衣粉中
还可以加入什么酶？ 脂肪酶
C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用
D.小肠中没有蛋白质可被消化
C 3.能够使唾液淀粉酶水解的是（ ）
A.淀粉酶
B.脂肪酶
C.蛋白酶
D.肽酶
4.关于酶的特性，下列表述中错误的一项是
（D）
A.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 B.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变 C.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响 D.一旦离开活细胞，酶就失去催化能力
3
4
3
4
事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂 的 107 ～倍10。13
酶具有高效性的意义： 酶的高效性保证了细胞内 化学反应的顺利进行 能量供应的稳定
探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催 化作用下能水解为麦芽糖和葡萄糖。蔗糖在酶 的催化作用下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、 葡萄糖、果糖均属还原性糖。还原性糖能够与 本尼迪特试剂发生氧化还原反应，生成砖红色 的沉淀。
A．有利于过氧化氢酶的释放 B．保护过氧化氢酶
C．提高过氧化氢酶的活性 D．以上说法都不正确
二、酶的特性
所有的酶在一定的条件下， 能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行， 酶本身并不发生变化。
那么，酶与无机催化剂相比，具有哪些 不同的特点呢？
一、酶具有高效性 比较过氧化氢酶和MnO2的催化效率
少量肝脏 研磨液
新陈代谢—
细胞中每时每刻都进行着许多化学 反应，统称为新陈代谢。
（是细胞生命活动的基础）
这些化学反应发生的环境条件是什 么？
常温常态的状态下
二、酶的催化效率
2 H2O2 ？→ 2 H2O + O2
1、无机催化剂 2、过氧化氢酶
滴加MnO2
鸡肝研磨液或马铃 薯匀浆
1、在过氧化氢酶和MnO2
的催化效率比较的实验中，把肝脏制成研磨液的目 的是（ ）。
不再变化
酶的浓度 酶量一定
底物浓度
课堂练习：
1.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是
A.所吃食物不能消化
（ ）C
B.胃没有排空
C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降
D.吃药使人没有了胃口
2.胃蛋白酶在进入小肠后就Байду номын сангаас乎没有了催化作用，
A 主要原因是（
）
A.pH不适合
B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了
毕希纳实验
3、从毕希纳实验可以 得出什么结论？
4、萨姆纳研究哪种酶？ 你认为他成功的主要原 因是什么？
5、酶的本质是什么？
酶的本质
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
来源 功能
活细胞产生的 催化剂
化学本质
绝大多数是蛋白质， 少数是RNA。
酶是生物催化剂
催化剂具有促使反应物发生化学变化， 本身却不发生化学变化的特点。
每种酶都有自己的
最适温度
在最适温度的两侧，反应速率都比较 低
较高的温度容易使酶的空间结构遭到破坏而
失去 活性 。
一般在0~40o,酶的活性随温度升高而升高
在最适合的pH下， 过氧化氢酶 酶的活性 最高
在过酸过碱的条件下，都会使酶的空间结构
遭到破坏而失去 活性 。
酶的名称
胃蛋白酶
唾液淀粉酶 胰蛋白酶